【正文】 GND1VCC2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D31016D411D512D613D71415CON1LCD1602 CHARVCCC5vccVCCD0D1D2D3D4D5D6D7RSRWLCDERSRWLCDED0D1D2D3D4D5D6D7 圖 38 LCD顯示電路 第 蜂鳴器電路 設(shè)計 蜂鳴器電路要求在炊煮結(jié)束時“奏出”出悅耳的提示音給使用者。對于 51 單片機(jī)而言，只要 REST 端保持二個機(jī)器周期（ 24 個時鐘振蕩周期）的高電平即可硬件復(fù)位。 如圖 33所示， 當(dāng)交流 220VAC 電源開始工作時，由 C 點產(chǎn)生基本上與交流電源同 步的方波，這樣INTl 就能產(chǎn)生周期性的中斷，從而在中斷程序中就可以處理一些與交流信號有關(guān)的控制，控制可控硅的觸發(fā)。 (5)、 其他 程序模塊 蜂鳴器程序主要功能是判斷煮飯過程是否結(jié)束，如結(jié)束，則發(fā)出聲音來提醒使用者煮飯過程已結(jié)束，同時小燈點亮進(jìn)入保溫狀態(tài)。 (8)、 蜂鳴器模塊 炊煮結(jié)束后能提供音樂和燈光提示。如圖 21 所示。其中智能炊煮、米量推算和保溫功能采用模糊控制技術(shù)實現(xiàn)智能化煮飯，外加一些預(yù)約、聲音、燈光 提示等附加功能。 (3)、 模糊控制具有很好的魯棒性，對參數(shù)的變化適應(yīng)性強(qiáng)，具 有較好的抗干擾能力，第 5 頁 消除了常規(guī)控制系統(tǒng)常存在的魯棒性與靈敏度之間的矛盾，提高了系統(tǒng)的可靠性。日本、臺灣等地區(qū)對嵌入式小家電的研究及生產(chǎn)要早于其他地區(qū)。而人工智能的載體通過傳統(tǒng)的邏輯電路實現(xiàn)顯然是不現(xiàn)實的，而通過嵌入式系統(tǒng)就能輕松實現(xiàn)。本課題研究的是智能電飯煲的硬件和軟件的設(shè)計以及煮飯功能的實現(xiàn)過程。 i 基于 51 單片機(jī)實現(xiàn)智能電飯煲功能的設(shè)計與實現(xiàn) 目 錄 前言 ........................................................... 3 第 1 章 緒論 .................................................... 4 第 節(jié) 智能家電概述 .......................................... 4 第 節(jié) 本課題主要任務(wù) ........................................ 5 第 2 章 智能電飯煲整體設(shè)計 ...................................... 6 第 節(jié) 硬件整體框架 .......................................... 6 第 節(jié) 軟件整體框架 .......................................... 7 第 3 章 智能電飯煲硬件部分的詳細(xì)設(shè)計 ............................. 9 第 節(jié) 單片機(jī)外圍電路設(shè)計 .................................... 9 第 節(jié) 時鐘電路設(shè)計 ......................................... 11 第 節(jié) 復(fù)位電路設(shè)計 ......................................... 11 第 節(jié) EEPROM 擴(kuò)展電路設(shè)計 ................................... 12 第 節(jié) 顯示電路設(shè)計 ......................................... 12 第 節(jié) 蜂鳴器電路設(shè)計 ....................................... 13 第 節(jié) 鍵盤接口電路設(shè)計 ..................................... 13 第 節(jié) 溫度傳感器電路設(shè)計 ................................... 14 第 4 章 智能電飯煲軟件部分的詳細(xì)設(shè)計 ............................ 15 第 節(jié) 理想的最佳煮飯方法 ................................... 15 第 節(jié) 煮飯功能模糊控制器 ................................... 16 第 節(jié) 米量的模糊推理 ....................................... 18 第 節(jié) 副加熱盤的模糊控制 ................................... 20 第 節(jié) 整體軟件流程圖 ....................................... 25 結(jié)論 .......................................................... 32 參考文獻(xiàn) ...................................................... 33 致謝 ........................................... 錯誤 !未定義書簽。隨著科技的不斷發(fā)展，這類小家電也在不斷的完善和提升自己，并向著智能化、節(jié)能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。它所涉及的高新技術(shù)領(lǐng)域十分廣泛，其中包括：多媒體技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、模糊控制技術(shù)、太陽能技術(shù)、專家系統(tǒng)、人工智能、生物技術(shù)等。 嵌入式系統(tǒng)在小家電上的應(yīng)用遠(yuǎn)晚于其在黑色家電及其他大型家電上的應(yīng)用。 (2)、 對一些很難或根本無法建立數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)和長時滯、非線性、多因素交互影響的時變系統(tǒng)，應(yīng)用模糊控制技術(shù)可對其實施有效的閉環(huán)控制。 ? 在軟件上的實現(xiàn)預(yù)約、保溫、米量推算、智能炊煮和冷飯加熱等功能。 第 硬件整體框架 硬件的整體框架包括 MCU、電源、溫度傳感器、 LCD 顯示、 EEPROM、 RTC、加熱盤以及按鍵 [9]。 (7)、 EEPROM 模塊 利用 EEPROM AT24C16 擴(kuò)展實現(xiàn)對系統(tǒng)斷電后的數(shù)據(jù)存儲。 (4)、 附加功能 附加功能有冷飯再加熱、炊煮完成后的保溫子程序，這些功能用了簡單的加熱器通斷溫度傳感器模塊 時鐘程序 顯示程序 MCU 模糊控制 控制對象 附加功能 第 8 頁 功能實現(xiàn)，根據(jù)生 活經(jīng)驗，冷飯再加熱要求的是快，因為需要再加熱的東西往往是熟的，且量也不會太多，只要達(dá)到適合使用的溫度即可，保溫功能也與其類似。 第 10 頁 . 過零檢測電路 可控硅及繼電器的觸發(fā)信號需要對市電進(jìn)行過零檢測，以實現(xiàn)觸發(fā)脈沖的相位延時，該電路的目的是檢測交流 220V 電源信號，也可稱之為交流電過零點檢測電路。 Y1C130PFC230PFXTAL2XTAL1 圖 35 時鐘電路 第 復(fù)位電路設(shè)計 系統(tǒng)要能長時間可靠工作就離不開復(fù)位電路，復(fù)位電路可在單片機(jī)運行出錯或進(jìn)入死循環(huán)時，通過復(fù)位使系統(tǒng)重新運行。單片機(jī) P0 口用于對 LCD 的數(shù)據(jù)傳輸， ～ 都是作為控制端對 LCD 輸入讀 /寫數(shù)據(jù)信號，選擇數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器，以及是否進(jìn)行顯示 [19]。該電路 通常要求外接一個 的上拉電阻至電源 [8]。 (2)、 快速升溫：當(dāng)米粒內(nèi)外溫度達(dá)到 70℃時，米粒將開始糊化，糊化首先發(fā)生在米粒表面。達(dá)到最高溫度后，開關(guān)自動斷開，煮飯結(jié)束。沸騰階段電飯煲內(nèi)的溫度保持在 100℃的水平。 (1)、 模糊化 模糊化是將模糊控制器輸入量的確切值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變量值的過程，此相應(yīng)語苦變量值均由對應(yīng)的隸屬度來定義。常用的方法有最大隸屬度法、加 權(quán)平均法和重心法。 模糊電飯煲實行模糊控制的關(guān)鍵是煮飯量的模糊測定，這一工作是在吸水階段進(jìn)行的。Trx的值在 539。00 ~439。50 ～ 1039。50 6 ~1239。 第 20 頁 第 副加熱盤的模糊控制 經(jīng)過先前的米量推算后，得到應(yīng)選用的煮飯模式，從而開始進(jìn)行煮飯溫度的模糊控制，這種控制主要的實施 器件是與加熱盤串連的可控硅，通過控制其導(dǎo)通時間來實現(xiàn)對溫度的控制 [21]，具體方法： (1)、 根據(jù)鍋身溫度傳感器傳給單片機(jī)的實時的溫度信號，再對比同一時間最佳煮飯曲線所對應(yīng)的溫度值，得到傳感器現(xiàn)測溫度信號與預(yù)設(shè)溫度之間的誤差值 E 以及誤差值變化率△ E，誤差 E 的范圍規(guī)定我177。 表 44 表示了偏差值 E、偏差變化率△ E 的連續(xù)域的量化。)={NB(負(fù)大 ),NM(負(fù)中 ),NS(負(fù)小 ),NZ(負(fù)零 ),PZ(正零 ),PS(正小 ),PM(正中 ),PB(正大 )} T(△ E39。隸屬度函數(shù) △ e 隸屬值 △ E39。=NB and △ E39。 是 SS 已知輸入 e0 和△ e0 模糊化運算采用單點模糊集合，則相應(yīng)的輸入量模糊集合 A39。 39。iA iBi CC?? 561 39。 根據(jù)以上的論述，通過 MATLAB 繪制出相應(yīng)的曲線圖和輸入 /輸出曲面如圖 43 所示 。其中下傳感器設(shè)定值為 60℃，上傳感器設(shè)定值為 80℃。 子 程 序 入 口保 護(hù) 現(xiàn) 場時 間 校 正重 裝 定 時 器 0 初 值滿 1 0 次 ？秒 單 元 加 16 0 s 到 ？秒 單 元 清 零分 單 位 加 16 0 m i n 到 ？分 單 元 清 零小 時 單 元 加 12 4 h 到 ？小 時 單 元 清 零恢 復(fù) 現(xiàn) 場返 回YYYYNNNN 圖 411 時鐘子程序圖 第 31 頁 子 程 序 入 口保 護(hù) 現(xiàn) 場預(yù) 約 值 與 計 時 值 分單 元 相 等 ？預(yù) 約 值 與 計 時 值 時單 元 相 等 ？預(yù) 約 啟 動 標(biāo) 志 置 位恢 復(fù) 現(xiàn) 場返 回YYNN 圖 412 預(yù)約子程序圖 . 其他 程序 流程圖 圖 413 所示 為 EEPROM 讀寫程序和蜂鳴器 程序，前者通過判斷中斷信號來進(jìn)行寫操作， 通過處理器發(fā)送讀信號來進(jìn)行讀操作。 目前國內(nèi)的電腦電飯煲大部分都是使用模糊控制理論來控制加熱系統(tǒng)，模糊控制的優(yōu)點在于它可以模擬人的思維，用推理的方式進(jìn)行飯量的檢測和加熱的控制，這種控制技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)開始普及和成熟 。)。,39。 fisMat=addmf(fisMat,39。input39。,1,39。NZ39。,39。pimf39。,[1 4 4 7])。 fisMat=addmf(fisMat,39。input39。,2,39。ZE39。,39。gaussmf39。,[ 6])。 fisMat=addmf(fisMat,39。output39。,1,39。SB39。,39。 fisMat=addmf(fisMat,39。,[ 0])。gaussmf39。,39。BB39。,2,39。input39。 fisMat=addmf(fisMat,39。,[ 2])。gaussmf39。,39。PB39。,1,39。input39。 fisMat=addmf(fisMat,39。,[6 2 2 1])。pimf39。,39。output39。e39。但如果是帶有學(xué)習(xí)功能的電飯煲，它可以根據(jù)用戶使用功能菜單的次數(shù)進(jìn)行計算，將默認(rèn)功能設(shè)定在用戶使用最多的菜單上，這樣用戶就可以省卻繁瑣的操作，輕輕一按就可以實現(xiàn)想要的功能。在煮飯的軟件實現(xiàn)當(dāng)中，引入了模糊控制器的理論，實現(xiàn)了米量判斷時間 來 判定米量值 ， 并 且著重寫了如何進(jìn)行溫度的實時控制， 本文中列舉了大量的數(shù)據(jù)和 圖片 ，作為支持理論的依據(jù)。其中設(shè)定植為 70℃。第二個功能是設(shè)定預(yù)約時間，精確到 分，預(yù)約設(shè)定完成后，等到預(yù)約時間到，即開始煮飯階段，如不選預(yù)約功能，就直接進(jìn)入煮飯階段。10 5639。 i i ii A B A B C?? ? ? ????? ? ? ? ?56 1 39。 010Beeeee?? ? ????? ?? ? ??? 運用合成運算法可求得輸出量的模糊集合 C39。=NS then Z39。 表 48 模糊控制規(guī)則表 △ E39。 經(jīng)過以上公式計算后得到下表 45 到表 47 中數(shù)據(jù)。作為模糊推理的輸入條件， Z 作為其模糊輸出， E39。 (4)、 用所求得的輸出模糊集合進(jìn)行清晰化計算（用加權(quán)平均法）得到清晰的控制 量。00 ～ 2039。50 ~939。00 2 ~839。00 ～ 539。這樣，米量模糊控制器就可以看成輸入量為時間 Trx,輸出量為米量 Q 的一維模糊控制器。軟件模糊推理的模糊化、模糊推理和模糊判決三個過程都用軟件來實現(xiàn)。大前提是多個模糊條件語句，構(gòu)成規(guī)則庫：小前提是一個模糊判斷句，又稱事實。在燜飯階段有一個間歇加熱的階段，目的是使煮熟的米飯產(chǎn)生少許的鍋巴，使整鍋的米飯更具米飯的香味，同時燜飯階段使得米飯無論在硬度上或黏度上都會另人滿意。 第 16 頁 圖 41 煮飯最佳曲線 吸水階段使大米在一定的溫度下充分吸水，使大米含水率從 14%上升到 25%左右，以保證米粒在加熱過