基于單片機的電飯煲設(shè)計論文

1、 . . . 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 基于單片機的電飯煲設(shè)計畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我在導師的指導下進行的研究工作與取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示意。 作者簽名： 日期：畢業(yè)論文（設(shè)計）授權(quán)使用說明本論文（設(shè)計）作者完全了解*學院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計）的規(guī)定，學校有權(quán)保留論文（設(shè)計）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設(shè)計）進入學校圖書館被

2、查閱。學?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部或部分容。的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。  作者簽名： 指導教師簽名：日期： 日期：注意事項1.設(shè)計（論文）的容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：

3、1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體與大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它目 錄前言3第1章 緒論4第1.1節(jié) 智能家電概述4第1.2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2.1節(jié) 硬件整

4、體框架6第2.2節(jié) 軟件整體框架7第3章 智能電飯煲硬件部分的詳細設(shè)計9第3.1節(jié) 單片機外圍電路設(shè)計9第3.2節(jié) 時鐘電路設(shè)計11第3.3節(jié) 復位電路設(shè)計11第3.4節(jié) EEPROM擴展電路設(shè)計12第3.5節(jié) 顯示電路設(shè)計12第3.6節(jié) 蜂鳴器電路設(shè)計13第3.7節(jié) 鍵盤接口電路設(shè)計13第3.8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設(shè)計15第4.1節(jié) 理想的最佳煮飯方法15第4.2節(jié) 煮飯功能模糊控制器16第4.3節(jié) 米量的模糊推理18第4.4節(jié) 副加熱盤的模糊控制20第4.5節(jié) 整體軟件流程圖25結(jié)論32參考文獻33致34附錄35整體電路圖35部分源程序3627 / 7

5、5摘要：電飯煲是人們?nèi)粘Ｉ钪凶钇毡榈募矣秒娖?，隨著人們生活水平的提到，電飯煲也日趨智能化，本課題主要基于家電智能化的背景下，根據(jù)智能電飯煲的發(fā)展和現(xiàn)狀，探討智能電飯煲如何實現(xiàn)智能化的煮飯、預約、再加熱等功能。本文參考的是美的電飯煲，在本設(shè)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(shù)實現(xiàn)其加熱溫度的控制。在硬件設(shè)計上，論文設(shè)計了以INTEL公司的8052單片機為核心的控制電路，包括復位電路、振蕩電路、LCD顯示電路、按鍵掃描電路、數(shù)字溫度傳感器電路、EEPROM擴展電路和時鐘電路。在軟件設(shè)計上，首先根據(jù)各個功能的典型最佳炊煮溫度曲線編寫出調(diào)試（測試）程

6、序，通過調(diào)試程序找出針對產(chǎn)品的對應各個功能的最佳炊煮溫度曲線。針對煮飯功能，提出了易于實現(xiàn)并且有效的米量與實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。關(guān)鍵詞：電飯煲；單片機；炊煮曲線；模糊控制；Abstract : Rice cooker is the most common household electrical appliances in daily life. As people life standard motioned, rice cooker has become more and more intelligent. This topic is ba

7、sed on the background of home appliance intelligent, according to the development and status of intelligent rice cooker. Discussing how to realize the intelligence function of cooking rice , booking and reheating. This topic reference of Midea rice cooker .Realizing most of function from the control

8、 panel .When the discussion of temperature control of boils. This topic mainly adopts the fuzzy control technology to achieve its heating temperature control.About the hardwareit is designed in detail that includes the controlling circuits that are based on MCU8052which is made in USAThe peripheral

9、circuits include reset circuit, oscillation circuit, key scanning circuit，LCD drive circuit and INTl circuit ( power detecting circuit)About the softwareaccording to the typical and best cooking curves of each function，the debugging program is programmed firstlyThen，the best cooking curves，that are

10、applicable to the rice cooker，are found out by the debugging programAccording to cooking rice methoda one-dimension fuzzy controller that can calculate the weight of rice and the heating power more easily is designedDifferent kinds of fuzzy control ways that correspond to different cooking functions

11、 are provided in the PaperKey words: Rice cooker；MCU；Cooking curves；Fuzzy controller；前言電飯煲因其安全、簡便、實用而普與到千家萬戶。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。本課題研究的是智能電飯煲的硬件和軟件的設(shè)計以與煮飯功能的實現(xiàn)過程。智能家用電器不僅僅實現(xiàn)了產(chǎn)品的原始屬性，更融入了我們?nèi)祟惖闹腔劢Y(jié)晶。隨著以計算機技術(shù)為核心的信息技術(shù)，特別是數(shù)字化技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家電產(chǎn)業(yè)也在迅速崛起。世界著名的電腦和家電企業(yè)如IBM、夏普、微

12、軟、英特爾、松下、NEC、東芝等都大力開發(fā)研制自己的智能家電產(chǎn)品，我國的許多公司如聯(lián)想、長虹、海信、TCL、海爾等也都投入到智能家電的開發(fā)工作。作為傳統(tǒng)家電代表，電飯煲也已融入到系統(tǒng)化的信息家電系統(tǒng)中，它的功能已不再只是單純的煮飯，功能齊全、操作簡便、人性化的界面，烹調(diào)過程自動化，甚至是網(wǎng)絡(luò)控制的信息化電飯煲已成為現(xiàn)代人的新需求。伴隨著生活水平的提高，電飯煲的智能化和網(wǎng)絡(luò)化將成為一種趨勢，機械式飯煲必將退出市場舞臺。緒論智能家電概述所謂智能化家電，是指運用現(xiàn)代最新科技研制開發(fā)的新一代具有智能功能的家用電器。它所涉與的高新技術(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)

13、、專家系統(tǒng)、人工智能、生物技術(shù)等。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)。嵌入式系統(tǒng)是將計算機硬件和軟件結(jié)合起來，構(gòu)成一個專門的計算裝置，完成特定的功能和任務(wù)。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。從結(jié)構(gòu)的角度講，由于單片機是嵌入家用電器部并作為核心部件，故智能家用電器的結(jié)構(gòu)體系很明顯就是一個嵌入式系統(tǒng)4。嵌入式家電的發(fā)展現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)應用到家用電器中，并作為核心控制部件，早已成為了一種歷史趨勢。在中國市場上銷售的家用電器，應用了嵌入式微控系統(tǒng)的智能產(chǎn)品層出不窮。正是基于這一美好的前景，本課題將嵌入式微控制系統(tǒng)應用到很常見的小家電

14、電飯煲之中。嵌入式系統(tǒng)在小家電上的應用遠晚于其在黑色家電與其他大型家電上的應用。日本、等地區(qū)對嵌入式小家電的研究與生產(chǎn)要早于其他地區(qū)。比較出色的公司主要集中在日本。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。當今社會科技發(fā)展迅速，人們生活水平迅速提高，家用電器越來越受到人們的重視，許多家用電器制造商都投入大量的人力、資金進行家電的升級和智能化?，F(xiàn)在，歐洲、美國、日本和國的一些家電公司都已提出了智能家電的解決方案，并已實現(xiàn)成品化，盡管各方提出的方案不同，但都本著標準化、開放性、面向未來的宗旨，體現(xiàn)以人為本的設(shè)計思路，讓

15、消費者全方位的感受數(shù)字生活。家電中的模糊控制技術(shù)為了探索人工智能，使電腦模仿人腦，進行更多的智力勞動，模糊數(shù)學便應運而生，1965年美因著名系統(tǒng)與控制論專家、加州大學教授Zandeh創(chuàng)立的模糊集合論，在電腦與人腦之間架起了一座橋梁14。與經(jīng)典控制技術(shù)、現(xiàn)代控制理論相比，模糊控制具有以下特點：模糊控制是模擬人的直覺或經(jīng)驗，用自然語言描寫被控對象的輸入、輸出關(guān)系以與凋節(jié)規(guī)則，避開了對被控對象建立數(shù)學模型的困難。對一些很難或根本無法建立數(shù)學模型的復雜系統(tǒng)和長時滯、非線性、多因素交互影響的時變系統(tǒng)，應用模糊控制技術(shù)可對其實施有效的閉環(huán)控制。模糊控制具有很好的魯棒性，對參數(shù)的變化適應性強，具有較好的抗干

16、擾能力，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。模糊控制器的設(shè)計相對較簡單，開發(fā)周期短、成本低，用傳統(tǒng)控制方法需PC機才能完成的，控制目標用一個8位單片機就可實現(xiàn)，因此它具有很強的滲透性，應用前景十分廣泛。當前，模糊技術(shù)還處在發(fā)展階段，有待進一步完善。但可以相信，它是一項控制工程領(lǐng)域的高新技術(shù)，有著誘人的發(fā)展前景和廣闊的應用天地。本課題主要任務(wù)本課題主要闡述模糊控制在電飯煲中的具體實現(xiàn)，在硬件電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過對各功能模塊的軟件設(shè)計，實現(xiàn)對溫度的檢測和分析，從而得到控制可控硅的導通時間的精確量來控制加熱盤功率以實現(xiàn)電飯煲通過模糊控制技術(shù)來煮飯的目的，使其達到

17、智能化。本課題主要任務(wù)與相關(guān)問題：¨ 在硬件上的設(shè)計主要以8052單片機為主要控制芯片的功能電路，以模塊化的設(shè)計理念分別設(shè)計溫度傳感器電路、時鐘電路、LCD顯示電路、EEPROM擴展電路、蜂鳴器電路、按鍵電路和溫度采集電路。使其具備智能電飯煲基本功能。¨ 在軟件上的實現(xiàn)預約、保溫、米量推算、智能炊煮和冷飯加熱等功能。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，外加一些預約、聲音、燈光提示等附加功能。¨ 根據(jù)人們生活經(jīng)驗中得到的最佳炊煮曲線中的溫度信息值與實際采集溫度進行對比，經(jīng)過單片機的模糊推理后來控制可控硅的導通時間，從而實現(xiàn)煮飯的模糊化控制

18、。¨ 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。其中包括用何種方法進行米量推算。在確定米量后如何進行實時的溫度模糊化控制，此問題還包含有如何劃分模糊控制器輸入的量的隸屬度函數(shù)，采用何種方法計算控制量，這些問題也是本課題所要解決的。智能電飯煲整體設(shè)計智能電飯煲整體設(shè)計包含兩部分：硬件的整體設(shè)計和軟件的整體設(shè)計，硬件的整體框架主要是以單片機為核心集合了顯示，提示音，溫控等功能的外圍模塊電路。軟件整體框架主要是以單片機實施模糊控制為主，實現(xiàn)此功能必需的溫度采集模塊、時鐘定時模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等1。硬件整體框架硬件的整體

19、框架包括MCU、電源、溫度傳感器、LCD顯示、EEPROM、RTC、加熱盤以與按鍵9。如圖2-1所示。按鍵溫度傳感器DS18B20EEPROMLCD顯示加熱盤RTC電源蜂鳴器MCU圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖各模塊介紹電源模塊電源分為為加熱盤模塊提供電的220V電源，和為溫度傳感器模塊、按鍵模塊、顯示模塊和EEPROM模塊等提供電的5V電源。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。顯示模塊采用LCD 1602 實現(xiàn)時間顯示，功能選擇，是此電飯煲的人機對話界面。溫度傳感器模塊利用溫度傳感器DS18B20來檢測溫度的變化從而使單片機進行模糊控制

20、。加熱盤模塊與220V市電直接相連，分為主、副加熱盤，并且分別對其采用繼電器和可控硅來控制功率。時鐘模塊提供單片機的工作時序，控制炊煮時間和預約功能的實現(xiàn)。EEPROM模塊利用EEPROM AT24C16擴展實現(xiàn)對系統(tǒng)斷電后的數(shù)據(jù)存儲。蜂鳴器模塊炊煮結(jié)束后能提供音樂和燈光提示。軟件整體框架軟件整體框架包括溫度采集程序模塊、RTC時鐘程序模塊、MCU的模糊控制程序模塊、LCD顯示程序模塊、蜂鳴器程序模塊和EEPROM存儲程序模塊。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圖2-2 軟件結(jié)構(gòu)框圖各模塊主要功能溫度采集模塊分為采集子程序和控制子程序，前者涉與定時器的定時、溫度對照

21、等環(huán)節(jié)。后者是當溫度采集值與設(shè)定值產(chǎn)生偏差時需要對加熱盤功率進行控制2。時鐘模塊利用單片機部定時器0作為時鐘定時，按鍵方式1，每隔100ms溢出中斷一次。MCU模糊控制模塊此模塊是系統(tǒng)主要功能程序模塊，其中把上、下溫度傳感器的信號作為模糊推理米飯量的兩個輸入量，根據(jù)上、下兩溫度傳感器達到所設(shè)定溫度的時間差來進行推算。鍋身傳感器的溫度與預設(shè)溫度之間的偏差與其導數(shù)作為溫度模糊控制的兩個輸入量，通過溫控子程序進行煮飯的各階段控制，每階段都有計時3。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

22、熟的，且量也不會太多，只要達到適合使用的溫度即可，保溫功能也與其類似。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，同時小燈點亮進入保溫狀態(tài)。EEPROM存儲程序作用是當接收到中斷信號后立即把單片機所執(zhí)行的所有數(shù)據(jù)存入存儲器。智能電飯煲硬件部分的詳細設(shè)計單片機外圍電路設(shè)計本課題所設(shè)計的智能電飯煲是以美的FS406為參照，如圖3-1所示，實現(xiàn)其大部分功能，包括了開始、關(guān)、預約、功能、時、分功能。圖3-1 美的FS406面板電源電路該單元為本系統(tǒng)的其他電路提供工作所需要的電源。如圖3-2，它由變壓器降壓后得到20V的交流電壓經(jīng)過全波整流電路和濾

23、波電路變成15V左右的直流電壓，再經(jīng)過三固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓輸出5V的穩(wěn)恒直流電源，為單片機與其周圍電路提供工作需要的電源5。圖3-2 電源電路圖抗浪涌電路壓敏電阻和PCB電流熔斷絲（長約5mm很細的PCB銅箔）共同組成了抗浪涌電路當有異常高電壓輸入時，壓敏電阻瞬間短路，這樣電源、壓敏電阻和PCB電流熔斷絲（PARTTERN-FUSE）構(gòu)成的回路電流瞬間增大，當電流尖峰值瞬間超過PCB電流熔斷絲的電流容量，PCB電流熔斷絲立即熔斷，從而保護了后面電路元件的安全。電容C1又稱安規(guī)電容或者靜噪電容，一方面能夠抑制電網(wǎng)向電源電路傳導的騷擾，另一方面也降低了自身電路向電網(wǎng)傳導的騷擾。過零檢

24、測電路可控硅與繼電器的觸發(fā)信號需要對市電進行過零檢測，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。如圖3-3所示，當交流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)。圖3-3 過零檢測電路圖加熱盤電路圖3-4所示是加熱盤電路，主加熱器是電飯煲的基本加熱單元，是實現(xiàn)各種加熱功能的基礎(chǔ)，采用盤狀的外觀所以也被稱為加熱盤。加熱盤與電飯煲的膽（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

25、飯再加熱時控制其加熱功率，單片機通過P2.1口對繼電器進行控制。副加熱盤電熱絲的加熱功率由雙向可控硅控制6，單片機通過引腳P2.2口給可控硅發(fā)信號，控制可控硅的導通角，從而控制電熱絲的有效加熱功率。其中串聯(lián)在繼電器回路的熔點為160的熱保險絲，當溫度達到160時，熱保險絲會熔斷，防止加熱盤干燒。圖3-4 加熱盤電路時鐘電路設(shè)計時鐘電路如圖3-5所示，采用的是系統(tǒng)振蕩為外部RC振蕩方式，單片機有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和TXAL2分別是次放大器的輸入端和輸出端，把這兩個引腳與作為反饋元件的晶體諧振器連接。一般采用12MHZ的石英晶體和30PF的電容作為系統(tǒng)時鐘，以減少

26、寄生電容，更好保證振蕩器的穩(wěn)定性11。圖3-5 時鐘電路復位電路設(shè)計系統(tǒng)要能長時間可靠工作就離不開復位電路，復位電路可在單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，通過復位使系統(tǒng)重新運行。對于51單片機而言，只要REST端保持二個機器周期（24個時鐘振蕩周期）的高電平即可硬件復位。考慮到從電源接通到電源電壓穩(wěn)定需要一定的時間，故圖3-6所示RC復位時間一般均應大于10ms，圖示復位電路是廣泛應用的上電復位電路12，典型取值為R=1k C=22PF。圖3-6 復位電路EEPROM擴展電路設(shè)計本課題采用AT24C16的EEPROM擴展，如圖3-7所示，用8052的P2口模擬I2C總線與EEPROM通信連接電路圖

27、，由于AT24C16是漏極開路，圖中R1，R2為上拉電阻（10K），A0A2和VCC地址引腳均接地。串行時鐘SCC接P2.4串行數(shù)據(jù)，地址線SDA接P2.3引腳。AT24C16的特性有：單電源供電，工作電壓圍寬（1.85.5V），低功耗CMOS技術(shù)100KHZ（2.5V）和400KHZ（5V）兼容，自定時寫周期（包含自動擦除）、頁面寫周期的典型值為2ns，具有硬件保護18。圖3-7 EEPROM擴展電路顯示電路設(shè)計顯示器件采用LCD1602液晶顯示器，是目前最常用的顯示器件，其顯示容量為16×2個字符，尺度為2.95×4.35 mm，適合電飯煲時間和功能的字符顯示，如圖3-

28、8，前三個引腳分別為電源地、電源正極和液晶顯示偏壓。RS和R/W為數(shù)據(jù)/命令選擇和讀/寫選擇，引腳15和16分別是背光源正、負極。單片機P0口用于對LCD的數(shù)據(jù)傳輸，P2.5P2.7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，以與是否進行顯示19。圖3-8 LCD顯示電路蜂鳴器電路設(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。選擇PFD驅(qū)動蜂鳴器，并且只用P2.2一個引腳就可以了，這樣可以節(jié)省一個I/O引腳，同時PFD輸出的信號頻率可以采用一個部定時計數(shù)器控制17，如圖3-9所示。圖3-9 蜂鳴器電路鍵盤接口電路設(shè)計獨立式鍵盤是直接用I/O口構(gòu)成的單個

29、按鍵電路，如圖3-10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。圖3-10 按鍵電路溫度傳感器電路設(shè)計本課題中溫度傳感器DS18B20采用數(shù)據(jù)線供電方式，其工作電壓圍在35.5V，溫度測量圍在-55125精度為±2，在-1085圍，其精度為±0.5，可編程為912位A/D轉(zhuǎn)換精度10。測溫分辨率可達0.0625攝氏度，如圖3-11所示，為了保證DS18B20

30、溫度變換的精確性，當溫度轉(zhuǎn)換時，數(shù)據(jù)線必須提供足夠功率，此時必須提供一個強上拉。該電路通常要求外接一個4.7K的上拉電阻至電源8。圖3-11 溫度傳感器電路智能電飯煲軟件部分的詳細設(shè)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。為了得到最佳的煮飯效果，可通過傳統(tǒng)的和科學的煮飯方法確定最佳的煮飯工藝流程即煮飯的過程控制，最后根據(jù)確定的煮飯流程編寫參數(shù)調(diào)試程序，從而得到最終的最佳煮飯流程和溫度控制曲線。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。在這一過程中，大米中的淀粉、葡萄糖等成份進行一系列的轉(zhuǎn)化。影響轉(zhuǎn)化的最主要因素是溫度與溫度的變化。鐵鍋

31、柴灶煮飯時，有經(jīng)驗的“巧婦”，在小知不覺中，運用灶膛中火力大小，使飯鍋的溫度發(fā)生變化，滿足了大米的最佳轉(zhuǎn)化條件，從而蒸煮出香噴噴的米飯。這種溫度發(fā)生變化大致分為5個階段：低溫吸水：讓大米在3040的溫水中浸泡足夠時間，使米粒充分吸水膨脹，米粒外隨水溫慢慢升高至6070。快速升溫：當米粒外溫度達到70時，米粒將開始糊化，糊化首先發(fā)生在米粒表面。為了避免米粒表面糊化后不向部傳熱，這時應快速升溫，使米粒外在極短時問，同時達到高溫，有利于米粒外同時糊化、熟化。高溫沸騰：促使米粒外同時熟透，并蒸發(fā)掉鍋多余水分，避免米粒含水過多而稀化，也就是常說的“爛飯”。烘飯：在高溫沸騰停止后，鍋的水蒸汽將冷卻液化，滴

32、回米飯表面。為繼續(xù)蒸發(fā)掉表面多余水分，同時使米粒部水分進一步排出，使米飯更松軟。燜飯：在熟飯后維持一定溫度，使米粒進一步釋水松軟，靠鍋的米粒得熱較多而出現(xiàn)少許焦黃，整鍋米飯浸透燒香味。日常使用的機械式電飯煲，利用磁鋼受熱后磁性減弱來控制加熱絲的通斷。電源一旦接通，就持續(xù)加熱。達到最高溫度后，開關(guān)自動斷開，煮飯結(jié)束。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與溫度變化。因而米飯的口感和質(zhì)量較差，同時無法實現(xiàn)和用戶之間的交互以完成各種附加功能。如圖4-2所示為煮飯最佳曲線圖。烘飯t/min吸水快速升溫高溫沸騰燜飯保溫米飯溫度120100704030圖4

33、-1 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程中外均勻受熱，熱量透到大米的芯部，從而使之燒成柔軟鼓脹狀，但是，一旦水溫超過70，米將變成糊狀。所以，一般將水溫控制在60以下?？焖偕郎仉A段把已吸足水分的米采用大功率進行加熱，迅速達到糊化溫度，如果不繼續(xù)迅速升溫的話，米粒將在此溫度下吸入大量水分并且米粒會達到半熟的狀態(tài)，此后無論采取何種措施，米飯都不會達到理想的炊煮效果。沸騰階段是將米中不易溶于水、難以消化的淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒?、易于消化的淀粉，應保持一定的時間。沸騰階段電飯煲的溫度保持在100的水平。大米充分吸水后，鍋的水逐漸減少

34、，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4-1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。沸騰結(jié)束后，進入燜飯階段，在燜飯階段，使米粒充分受熱而外質(zhì)量趨于一致，燜飯階段還使大米外部的水分一部分滲透入米芯，促使部的成熟變化，另一部分蒸發(fā)掉，這樣就使得整粒米飯外一致。一般燜飯之后的米飯含水率在69左右。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。煮飯功能模糊控制器模糊控制基本思想模糊控制是一種計算機數(shù)字控制，所以其控制系統(tǒng)框架同一般的數(shù)字控制系統(tǒng)一樣，只

35、不過它的控制器是模糊控制器。模糊控制器的控制規(guī)律由程序?qū)崿F(xiàn)，在實現(xiàn)的過程中要經(jīng)過以下三個步驟：輸入量的模糊化、模糊推理和輸出量的解模糊。在模糊控制過程中，將測到的過程精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，再經(jīng)過根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)成的若干模糊規(guī)則和必要的模糊處理后，模糊判斷系統(tǒng)根據(jù)輸入的模糊信息按照控制規(guī)則和推理法則，做出模糊決策，然后輸出解模糊后的控制量并作用于執(zhí)行系統(tǒng)，完成控制動作，且這種動作足以精確量表現(xiàn)出來的13。模糊化模糊化是將模糊控制器輸入量的確切值轉(zhuǎn)換為相應模糊語言變量值的過程，此相應語苦變量值均由對應的隸屬度來定義。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。在模糊化的過程中，一般利用最大隸屬

36、度原則，即在語言集中選擇該元素對應的隸屬度最大的語言變量，作為該項確切值的模糊子集。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。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。模糊推理就是以已知的規(guī)則庫和輸入變量為依據(jù)，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過程。解模糊解模糊是將模糊推理后得到的模糊集轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值的過程。它的目標是產(chǎn)化確切的控制動作，應該能夠最好的反映出推理出的模糊控制動作分配的可能性。常用的方法有最大隸屬度法、加權(quán)平均法和重心法。如圖4-2所示的模糊控制框架圖。uzyxe+rMCU K1量化控制表K3控制對象d/dtK2量化圖4-

37、2 模糊控制框圖目前，實用模糊邏輯控制常用的方法有查表法和軟件模糊推理等。查表法是將輸入的隸屬度函數(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)。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)。對于本文研究的米量和加熱功率模糊推理機來說，其推理過程是開環(huán)的，模糊推理機只包含輸入量的模糊化、利用規(guī)則的模糊推理與輸出量的解模糊，隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則可以用表格來表示，模糊推理機的最終輸出量為具體米量的值和加熱功率的值。參數(shù)標識煮飯模糊控制器包括飯量的模糊推理，溫度的模糊控制量部分，為了便于接下來的模糊控制設(shè)計，故列出一系列相關(guān)

38、標識量。Warmup: 下傳感器預約溫度 初始值：3080Steam: 上傳感器檢測到的蒸汽溫度 初始值：6090Qtystart: 下傳感器米量判斷開始溫度 初始值：5070Hightem: 上傳感器防凝露控制溫度 初始值：95115米量的模糊推理電飯煲的結(jié)構(gòu)不允許采用重量傳感器等可以直接測量的方法，根據(jù)多年的設(shè)計經(jīng)驗，采用上、下溫度傳感器配合測出飯溫信號，利用模糊推理，組成測定飯量的軟傳感器，最后通過模糊決策來判斷米量的值是一種十分有效的、可行的方法。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行的。米量判斷過程是通過下傳感器達到統(tǒng)一的溫度值(qtystart)開

39、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，這是一種非常可靠的米量檢測方法，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。米量的區(qū)分以電飯煲產(chǎn)品附帶的量杯為單位。本項課題采用的方法是通過設(shè)定底部傳感器溫度值，當?shù)撞繙刂蹬c設(shè)定值(qtystart)相等時，取上傳感器一個適當?shù)墓潭ǖ臏囟取皊team”，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。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。表4-1為1.0L產(chǎn)品的煮飯模式下，米量判斷時間Trx對應的

40、米量判斷值Q。通過米量Q的值來判斷煮飯時各時間段的合理時間區(qū)間，得到相應飯量的煮飯最佳曲線，表格中Trx為時間段，比如美的FS460的精煮功能，Trx的值在05'30"時間段，得到的Q值為0;Trx的值在5'31"6'10"時間段，得到的Q值為1,依次類推，表中列出各個時間段的上限值。表4-1 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5'00"5'20"1杯3'40"0.5杯05'50"6'00"1.5杯4

41、'20"1杯17'20"7'30"2杯5'00"1.5杯28'10"8'30"2.5杯6'40"2杯39'50"10'00"3杯7'30"3.5杯410'50"10'50"3.5杯9'00"3杯512'00"12'20"4杯9'50"3.5杯612'50"13'20"4.5杯

42、11'20"4杯720'00"20'00"5杯以上20'00"5杯以上8加熱功率的模糊控制通過以上米量的模糊推算，我們就可根據(jù)判定值Q來推斷主加熱盤應該用何種加熱模式來進行炊煮過程，這里利用加熱時間占空比參數(shù)TP來替代PW，通過改變TP從而改變加熱盤的加熱功率PW這里取32s一個周期，通過調(diào)節(jié)這32s中主加熱盤的通斷來控制加熱功率PW，在保證可以實現(xiàn)最佳加熱曲線的前提下，以簡化算法，易于實現(xiàn)為原則，按下表4-2可根據(jù)Q值推算TP的值。表4-2 主加熱盤加熱模式表 模式 TP (s)Q精煮快煮少量米0111381121410

43、2131612314181541620175182219620242172326238252825通過控制主加熱盤的通斷，保證基本的煮飯功率，如表所示，之所以不能讓TP完全導通，一方面為了不讓鍋底過熱，導致鍋里的飯下面焦而上面未熟透，另一方面也為副加熱盤進行模糊溫度控制從而更逼近最佳炊煮曲線提供了必要的初始、穩(wěn)定的溫度保障。副加熱盤的模糊控制經(jīng)過先前的米量推算后，得到應選用的煮飯模式，從而開始進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，通過控制其導通時間來實現(xiàn)對溫度的控制21，具體方法：根據(jù)鍋身溫度傳感器傳給單片機的實時的溫度信號，再對比同一時間最佳煮飯曲線所對應的溫

44、度值，得到傳感器現(xiàn)測溫度信號與預設(shè)溫度之間的誤差值E以與誤差值變化率E，誤差E的圍規(guī)定我±2。分別對E和E進行量化，并描述其隸屬度，列出隸屬度表，制定模糊控制規(guī)則表。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。用所求得的輸出模糊集合進行清晰化計算（用加權(quán)平均法）得到清晰的控制量?；谀：刂撇襟E：模糊化、規(guī)則庫建立、模糊推理、解模糊，對加熱盤的溫度模糊控制采用鍋身溫度傳感器的溫度信號作為系統(tǒng)輸入，晶閘管控制量作為系統(tǒng)輸出，采用二維模糊控制器進行模糊算法的設(shè)計。輸入輸出的量化對實際輸入量，第一步首先需要進行尺度變換，將其變換到要求的論

45、域圍。本課題采用線性的變換方法，實際輸入量為E變化圍為-2,2，要求的論域為-6,6,則量化因子為: (1)量化公式為: (2)同理，也可以得到E的量化值。表4-4表示了偏差值E、偏差變化率E的連續(xù)域的量化。通過量化，我們可以方便計算，方便理解，也方便劃分論域與模糊集合。表4-4 誤差值E的量化和誤差變化率E的量化E量化等級變化圍 /E量化等級變化圍 /s 62.0 60.062 5(1.64 2.0 5(0.052 0.062 4(1.28 1.64 4(0.042 0.052 3(0.86 1.28 3(0.032 0.042 2（0.5 0.86 2(0.022 0.032 1（0.14

46、 0.5 1（0.012 0.022 0(-0.22 0.14 0(-0.012 0.012-1(-0.58 -0.22-1(-0.022 -0.012-2(-0.94 -0.58-2(-0.032 -0.022-3(-1.3 -0.94-3(-0.042 -0.032-4(-1.68 -1.3-4(-0.052 -0.042-5（-2.0 -1.68-5(-0.062 -0.052-6-2.0-6-0.062知識庫與規(guī)則庫根據(jù)量化后的E'和E'作為模糊推理的輸入條件，Z作為其模糊輸出，E'、E'和Z的模糊子集合的劃分如下所示。其中T(E')=NB(負大

47、),NM(負中),NS(負小),NZ(負零),PZ(正零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)T(E')= 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：（3）其中a和c為對應隸屬度值為0的點，b為三角形的頂點。高斯型隸屬度函數(shù)公式：（4）其中c為頂點值，為圖形寬度。經(jīng)過以上公式計算后得到下表

48、4-5到表4-7中數(shù)據(jù)。表4-5 E'的隸屬度函數(shù) e隸屬值E'-6-5-4-3-2-10123456NB1.00.80.70.40.10.00.00.00.00.00.00.00.0NM0.20.71.00.70.30.00.00.00.00.00.00.00.0NS0.00.10.30.71.00.70.20.00.00.00.00.00.0NZ0.00.00.00.00.10.61.00.00.00.00.00.00.0PZ0.00.00.00.00.00.01.00.60.10.00.00.00.0PS0.00.00.00.00.00.00.20.71.00.70.30

49、.10.0PM0.00.00.00.00.00.00.00.00.20.71.00.70.3PB0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.40.71.0表4-6 E'隸屬度函數(shù) e隸屬值E'-6-5-4-3-2-10123456NB1.00.70.30.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0NM0.30.71.00.70.30.00.00.00.00.00.00.00.0NS0.00.00.30.71.00.70.30.00.00.00.00.00.0ZE0.00.00.00.00.30.71.00.70.30.00.00.00.0PS0

50、.00.00.00.00.00.00.30.71.00.70.30.00.0PM0.00.00.00.00.00.00.00.00.30.71.00.70.3PB0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.30.71.0表4-7 Z'隸屬度函數(shù) z隸屬值Z'-6-5-4-3-2-10123456BB1.00.70.30.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0BM0.30.71.00.70.30.00.00.00.00.00.00.00.0BS0.00.00.30.71.00.70.30.00.00.00.00.00.0M0.00.00.00

51、.00.30.71.00.70.30.00.00.00.0SB0.00.00.00.00.00.00.30.71.00.70.30.00.0SM0.00.00.00.00.00.00.00.00.30.71.00.70.3SS0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.30.71.0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4-8是模糊控制規(guī)則表。表4-8 模糊控制規(guī)則表 E'Z'E'NBNMNSZEPSPMPBNBBBBBBBBBBMMMNMBBBBBBBBBMMMNSBMBMBMBMMSBSBNZBMBMBSMS

52、BSMSMPZBMBMBSMSBSMSMPSBSBSMSMSMSMSMPMMMSMSSSSSSSSPBMMSMSSSSSSSS表中表示的規(guī)則依次為：R1:if E'=NB and E'=NB then Z' 是 BBR2:if E'=NB and E'=NS then Z' 是 BBR56:if E'=PB and E'=PB then Z' 是 SS已知輸入e0和e0模糊化運算采用單點模糊集合，則相應的輸入量模糊集合A'和B'分別為：運用合成運算法可求得輸出量的模糊集合C'為：（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：（6）運算方法為取