【正文】 時溫度控制的模糊控制理論，制定了不同的煮飯功能對應的炊煮模糊控制方案。本文參考的是美的電飯煲，在本設計中實現(xiàn)了其控制面板上的大部分功能，在討論炊 煮時溫度控制方面，本文主要采用模糊控制技術實現(xiàn)其加熱溫度的控制 。 隨著以計算機技術為核心的信息 技術，特別是數(shù)字化技術、多媒體技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，智能家電產(chǎn)業(yè)也在迅速崛起。在嵌入式系統(tǒng)中，單片機是最重要也是應用最多的智能核心器件。雖然各個公司的產(chǎn)品各 有特色，但是從產(chǎn)品的電器性能來說，都是應用了嵌入式系統(tǒng)，使產(chǎn)品的功能智能化、人性化、小型化、節(jié)能化等。 當前，模糊技術還處在發(fā)展階段，有待進一步完善。 ? 主要遇到問題是要實現(xiàn)智能電飯煲預約、炊煮功能所對應的硬件電路該如何選擇，在整個炊煮過程中如何進行相應的模糊化控制。 (2)、 按鍵模塊 按鍵采用獨立式按鍵接口，分為 6 個按鍵，分別對應確認、取消、預約、功能、時間加、時間減的功能。 圖 22 軟件結(jié)構(gòu)框圖 . 各模塊主要功能 (1)、 溫度采集模塊 分為采集子程序和控制子程序，前者涉及定時器的定時、溫度對照等環(huán)節(jié)。 第 9 頁 第 3章 智能電飯煲硬件部分的詳細設計 第 單片機外圍電路設計 本課題所設計的智能電飯煲是以美的 FS406 為參照，如圖 31 所示，實現(xiàn)其大部分功能，包括了開始、關、預約、功能、時 、分功能。加熱盤與電飯煲的內(nèi)膽（內(nèi)鍋）底部緊密接觸以便更高的利用加熱所產(chǎn)生的熱能，其中繼電器功能是在其選定工作模式或冷飯再加熱時控制其加熱功率，單片機通過 口對繼電器進行控制。 VCCR151KC322PFRST 圖 36 復位電路 第 EEPROM 擴展電路設計 本課題采用 AT24C16 的 EEPROM 擴展，如圖 37 所示，用 8052 的 P2 口模擬 I2C 總線與 EEPROM通信連接電路圖，由于 AT24C16是漏極開路，圖中 R1， R2 為上拉電阻（ 10K），A0~A2 和 VCC 地址引腳均接地。 vccQ2PNPR1910KD6LEDU5BUZZERR1810KR1610KR171K 圖 39 蜂鳴器電路 第 鍵盤接口電路設計 獨立式鍵盤是直接用 I/O 口構(gòu)成的單個按鍵電路，如圖 310 所示 ，每根 I/O 口線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他 I/O 口的工作狀態(tài)，該電路屬于查詢方式電路，當按鍵沒有按下時， CPU 對應的 I/O 口由于有上拉電阻，其輸入為高電平；當某按鍵按下后，對 應 I/O口變低電平，同時在 VCC=5V 的情況下， I/O 輸出灌電流在 5mA 左右 [16]。 第 理想的最佳煮飯方法 生米煮成熟飯的過程是相當復雜的生化轉(zhuǎn)化過程。 (4)、 烘飯：在高溫沸騰停止后，鍋內(nèi)的水蒸汽將冷卻液化，滴回米飯表面。如圖 42 所示為煮飯最佳曲線圖。一般燜飯之后的米飯含水率在 69％左右。 (2)、 模糊推理 模糊推理包括三個組成部分：大前提、小前提和結(jié)論。查表法是將輸入的u z y x e + r － MCU 知識庫 模糊化 模糊 推理 清晰化 K1 量化 控制表 K3 控制對象 d/dt K2 量化 第 18 頁 隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則和輸出隸屬度函數(shù)都用表格來表示，從輸入量的模糊化、模糊推理和模糊判決都通過查表來實現(xiàn)。 本項課題采用的方法是通過設定底部傳感器溫度值，當?shù)撞繙刂蹬c設定值 (qtystart)相等時，取上傳感器一個適當?shù)墓潭ǖ臏囟取?steam”，不同的米量加熱到電飯煲上傳感器達到這個溫度“ steam”的時間 Trx是不同的。 第 19 頁 表 41 FS460 的米量判斷對應表 精煮 Trx 快煮 Trx 對應米量 少量米 Trx 對應米量 判定值 ~539。30 2杯 ~539。50 ～ 1039。20 4杯 7 ~2039。 (3)、 進行模糊推理，根據(jù) E 和△ E 量化后的模糊集合 A 和 B 得出每條規(guī)則的模糊算子進而求的輸出量的模糊集合 C。和△ E39。 高斯型隸屬度函數(shù)公式： ? ?22xcye???? （ 4） 第 22 頁 其中 c 為頂點值， ? 為 圖形寬度。 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 BB BM BS M SB SM SS 第 23 頁 分別列出隸屬度函數(shù)后，再根據(jù)以往人們生活中所得到 的經(jīng)驗，建立模糊控制規(guī)則，表 48 是模糊控制規(guī)則表。=NB and △ E39。010Aeeeee????? ???? ? ?? ?? ?039。39。根據(jù)加權(quán)平均法進行清晰化計算得到精確控制量 ? ?? ?5639。 如圖 44 所示 第 26 頁 開 始初 始 化設 置 工 作 方 式2 s 內(nèi) 按 啟 動 ？L C D 顯 示E E P R O M 讀 寫煮 飯 對 策計 時 時 鐘 開 啟預 熱1 分 鐘 經(jīng) 過 ？N下 傳 感 器到 達 設 定 值 ?上 傳 感 器到 達 設 定 值 ?米 量 判 斷Y主 加 熱 盤 功 率 選定副 加 熱 盤 實 時 溫度 控 制吸 水快 速 加 熱定 時 時 間 到 ？定 時 時 間 到 ？沸 騰 維 持定 時 時 間 到 ？悶 飯定 時 時 間 到 ？煮 飯 完 成蜂 鳴 器 ， L E D 燈啟 動保 溫取 消 鍵 ？結(jié) 束NNNYYYYNNNNNYYYY冷 飯 加 熱 圖 44 整體軟件流程圖 . 按鍵功能程圖 程序進程：進入子程序后首先默認精煮模式，如需要改動，按功能鍵，處理器根據(jù)功能鍵按下次數(shù)來輪流顯示功能直到停止選擇，即為最后確定的煮飯模式。 如圖 49 所示 開 始冷 飯 再 加 熱 2 5 分 鐘 倒計下 傳 感 器 ≥ 沸 騰值 ?上 傳 感 器 ≥ 設 定值 ?3 2 s 導 通 時 間1 6 s 導 通 時 間時 間 經(jīng) 過 2 0 分 鐘？下 傳 感 器 ≥ 沸 騰 值 ?＆ 上 傳 感 器 ≥ 蒸 汽 值 ?8 s 導 通 時 間保 溫剩 余 時 間 過 ？NNYYYYYNNN 圖 49 冷飯再加熱子程序圖 . 保溫 程序流程圖 程序進程：在煮飯過程結(jié)束后，進入該程序，所以還是保持原有的主加熱盤功率不變的前提下，實行與實時溫度控制類似的方法進行溫度的控制。 在軟件設計上闡述了各個功能的程序流程。這就需要電飯煲在使用過程中通過工作的積累對這些狀態(tài)進行學習。,39。 fisMat=addvar(fisMat,39。NB39。,39。pimf39。,[3 0 0])。 fisMat=addmf(fisMat,39。input39。,1,39。NB39。,39。gaussmf39。,[ 0])。 fisMat=addmf(fisMat,39。input39。,1,39。BM39。,39。gaussmf39。,[ 2])。g。,39。M39。,1,39。output39。 fisMat=addmf(fisMat,39。,[ 4])。gaussmf39。,39。NS39。,2,39。input39。 fisMat=addmf(fisMat,39。,[1 2 2 6])。trimf39。,39。NS39。,1,39。input39。de39。 fisMat=addvar(fisMat,39。但模糊控制也有它的缺點，就是沒有學習能力。后者煮飯過程一結(jié)束，便進入此程序。 如圖47 和 如圖 48 所示 開 始定 時 器 初 始 化定 時 開 始定 時 時 間 到 ？輸 出 溫 度 采 樣 值對 比 溫 度 設 定 值大 于 設 定 值 ？小 于 設 定 值 ？定 時 時 間 到 ？結(jié) 束YNNY減 小 導 通 角增 加 導 通 角NYYN 圖 47 實時溫度控制子程序圖 開 始取 溫 度 采 樣 值下 傳 感 器 設 定值 ?上 傳 感 器 設 定值 ?計 算 時 間 差 值 T r x查 表米 量 推 測返 回YY延 遲 1 0 sNN 圖 48 米量推測子程序圖 第 29 頁 . 冷飯再加 熱 程序流程圖 程序進程：設定時間為 25 分鐘，采用檢測上、下傳感器是否達到設定值來確保再加熱食物溫度適宜，如沒達到設定溫度，就開啟加熱盤，達到了，就減小加熱盤的導通時間。 第 25 頁 圖 43 曲線圖和輸入 /輸出曲面 圖 第 整體軟件流程圖 整體程序執(zhí)行進程：初始化后判斷是否在 2s 內(nèi)有動作，如果沒有，表明進入冷飯再加熱過程，如有動作，則進行煮飯過程，經(jīng)過 LCD， EEPROM 等初始化后，選擇模式 和是否需要預約，此后通過選定的煮飯模式進行米量推測，選擇煮飯對策，從而進入溫度控制階段，在煮飯的各階段都有時間限定，到時間便進入下一階段，直至煮飯過程結(jié)束。ii C?? （ 5） 其中，合成運算符“ ”為最大 最小運算方法， Ri 是模糊隱函數(shù) ,如： iA i iR A C?? （ 6） 運算方法為取小運算。 39。和 B39。=NB then Z39。 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 NB NM NS ZE PS PM PB 表 47 Z39。)= {NB(負大 ),NM(負中 ),NS(負小 ),ZE(零 ),PS(正小 ),PM(正中 ),PB(正大 )} T(Z)={BB(大大 ),BM(大中 ),BS(大小 ),M(中 ),SB(小大 ),SM(小中 ),SS(小小 )} 每個模糊集合可以用不同形狀表示，如梯形、鐘形等，本課題采用三角形、高斯型和 ? 型隸屬度函數(shù)公式表示各模糊集合，并計算得到數(shù)據(jù) 三角形隸屬度函數(shù)公式： ? ?? ?? ?? ?? ?0。 通過量化，我們可以方便計算，方便理解，也方便劃分論域及模糊集合。 2℃。50 ～ 1339。00 3杯 ~739。20 1杯 1 ~739。31～ 639。米量判斷過程是通過下傳感器達到統(tǒng)一的溫度值 (qtystart)開始計時，采用大功率持續(xù)加熱，直到上傳感器檢測到蒸汽溫度為止，根據(jù)多年的電飯煲開發(fā)經(jīng)驗，這是一種非?？煽康拿琢繖z測方法，不 同米量的值，這個過程所需的時間不等，具有明顯的梯度，所以可以比較準確的判斷出米量。 如圖 42 所示的模糊控制框架圖。在實際應用中，常常選擇三角形作為語言變量的隸屬度曲線。大米充分吸水后，鍋內(nèi)的水逐漸減少，鍋底趨于干燥，當鍋底的水分減少到一定程度后，米飯的溫度迅速上升進入圖 41 中的烘飯階段，在該曲線圖中，烘飯包含在高溫沸騰的階段中。這種電飯煲的煮飯過程中沒有也難以實現(xiàn)吸水和 燜飯過程，同時也不能準確的控制各個階段的溫度以及溫度變化。為了避免米粒表面糊化后不向內(nèi)部傳熱，這時應快速升溫，使米粒內(nèi)外在極短時問內(nèi)，同時達到高溫，有利于米粒內(nèi)外同時糊化、熟化。 R14VCCDQ2VDD1GND3U4DS18B20(3)DQ2VDD1GND3U3DS18B20(3)DQ2VDD1GND3U2DS18B20(3) 圖 311 溫度傳感器電路 第 15 頁 第 4章 智能電飯煲軟件部分的詳細設計 電飯煲的基本功能就是煮飯，如何將米煮成香噴噴的米飯是電飯煲需要解決的主要問題。 第 13 頁 R110KR310KR410KR210KVCCR510KR910KR10330R11R610KR810KR710K