基于單片機(jī)的智能廚房控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉軍

摘 要：信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，為人們生活環(huán)境質(zhì)量的改善帶來了重要的保障作用，最大限度地滿足了人們的實(shí)際需求。在此形勢影響下，智能廚房控制系統(tǒng)逐漸成為了許多研究者重點(diǎn)關(guān)注的課題。這種控制系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中可以對不同的廚房電器進(jìn)行有效地控制，操作流程相對簡單。該文將對基于單片機(jī)的智能廚房控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入地分析，以便為相關(guān)的研究工作開展提供一定的參考信息。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 智能廚房控制系統(tǒng) 課題 設(shè)計(jì) 參考信息

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）03（a）-0045-02

為了降低現(xiàn)代化建筑中廚房的使用成本，優(yōu)化資源配置效率，需要采取有效的技術(shù)手段構(gòu)建出符合實(shí)際需要的智能廚房控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)，依賴于性能可靠的單片機(jī)。運(yùn)用單片機(jī)原理構(gòu)建出的智能廚房控制系統(tǒng)，具有各種各樣的功能，系統(tǒng)的不同接口可擴(kuò)展性良好，可以滿足人們的多樣化需求。

1 智能廚房的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人們生活水平的不斷提高，智能建筑的應(yīng)用范圍正在不斷地?cái)U(kuò)大。在此形勢影響下，性能可靠的智能廚房受到了市場的追捧，客觀地體現(xiàn)了這種廚房良好的市場前景。在房地產(chǎn)行業(yè)快速發(fā)展的情況下，各種廚電的銷售量正在逐漸地增加。但是，與之相隨的是行業(yè)競爭的激勵(lì)性，對于國內(nèi)外廚電企業(yè)的生產(chǎn)能力提出了更高的要求。為了擴(kuò)大自身的規(guī)模，提高市場占有率，很多的廚電企業(yè)轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)單一廚電產(chǎn)品銷售的經(jīng)營思路，對智能廚房的重視程度正在不斷地加大。這種經(jīng)營理念與國際廚電行業(yè)的發(fā)展思路是高度吻合的，智能廚房未來的發(fā)展方向?qū)?huì)更加明確。而現(xiàn)階段很多廚電行業(yè)主要集中在智能電器的研發(fā)方面，對于智能廚房控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)考慮較少，影響著未來相關(guān)產(chǎn)品的銷售。

2 智能廚房控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求

智能廚房控制系統(tǒng)構(gòu)建中需要運(yùn)用多種信息化技術(shù)，最大限度地增強(qiáng)系統(tǒng)的安全可靠性。這種控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求包括：（1）充分地發(fā)揮上位機(jī)的優(yōu)勢，加強(qiáng)對廚房內(nèi)所有電器的監(jiān)控及使用。在上位機(jī)的作用下，操作人員可以及時(shí)地獲取廚房內(nèi)各種電器的工作狀態(tài)信息。系統(tǒng)在實(shí)際的過程中既要保證成本的合理性，也要滿足通用性的具體要求。同時(shí)，其中的不同子系統(tǒng)控制下的電器都應(yīng)該在上位機(jī)上進(jìn)行有效地控制，并將狀態(tài)信息顯示在對應(yīng)的設(shè)備上；（2）在不受中心控制子系統(tǒng)的管理下，所有廚房用電器應(yīng)該處于相互獨(dú)立的運(yùn)行狀態(tài)；（3）系統(tǒng)中所包含的中心控制子系統(tǒng)應(yīng)該具有集中控制的功能，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性；（4）構(gòu)建出可靠的網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)，滿足雙向通信的具體要求，提高不同電器的信息傳遞效率；（5）每個(gè)電器都應(yīng)該建立對應(yīng)的接口控制子系統(tǒng)，確保所有的電器能夠處于穩(wěn)定、高效的工作狀態(tài)。同時(shí)，每一個(gè)電器接口的功能包括：與中心控制子系統(tǒng)之間保持雙向通信功能；可以實(shí)時(shí)地對被控電器的開關(guān)發(fā)出遠(yuǎn)程控制命令的功能；具有溫控的功能；能夠?qū)Ρ豢氐碾娖鬟M(jìn)行實(shí)時(shí)的信息傳輸與采集。

2.2 系統(tǒng)方案協(xié)議選擇

智能廚房控制系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)過程中主要利用到的協(xié)議有：X-10電力載波；CEBus及電器廠家自定義結(jié)構(gòu)。這3種協(xié)議的有效使用，保證了智能廚房控制系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定、高效的工作狀態(tài)。

X-10電力載波主要是通過性能可靠的電線來控制各種加墊產(chǎn)品，最大限度地減少新線路的架設(shè)。X-10電力載波的實(shí)質(zhì)是將頻率為60 Hz的電力線作為載波，利用數(shù)字家電的控制技術(shù)完善系統(tǒng)的服務(wù)功能。相對而言，X-10逐漸成為了一種可靠的智能家居電力載波協(xié)議，可以使很多的電子元件具有兼容性，彼此間可以保持正常的通信，減少新線路的布設(shè)。X-10系統(tǒng)作用的廚房用品設(shè)置方式豐富、配置效率高、價(jià)格比較實(shí)惠。

CEBus是針對X-10使用中可能存在的缺陷而制定的一種家庭廚房自動(dòng)化控制標(biāo)準(zhǔn)，是由美國電子工業(yè)同業(yè)公會(huì)制定的。CEBus也稱為EIA—600協(xié)議，主要是為了使廚房中的各種電子產(chǎn)品具有通信的功能。它的開放性良好，實(shí)際應(yīng)用中開發(fā)出的廚房電氣成本價(jià)格低，構(gòu)建出的通信系統(tǒng)與生產(chǎn)廠商無關(guān)，可以滿足智能廚房控制系統(tǒng)的各種要求。

電器廠家自定義結(jié)構(gòu)主要是針對用戶的實(shí)際需求，從而以智能家庭網(wǎng)絡(luò)總線標(biāo)準(zhǔn)或者智能家電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于系統(tǒng)。一些電氣廠家的自定義結(jié)構(gòu)成本價(jià)格高、缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，導(dǎo)致它們在智能廚房控制系統(tǒng)應(yīng)用中存在著一定的局限性。在未來的發(fā)展領(lǐng)域中，采用自定義協(xié)議、集中布線的控制方式，促使系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快、控制穩(wěn)定性增強(qiáng)等，將會(huì)成為智能廚房控制系統(tǒng)主要的發(fā)展方向。

2.3 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及晶振模塊的相關(guān)內(nèi)容

采用市面上應(yīng)用較為廣泛的8位單片機(jī)AT89S51，可以為智能廚房控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)提供可靠地保障。AT89S51的可編程芯片主要位于單片機(jī)內(nèi)部，相關(guān)的存儲(chǔ)器具有安全系數(shù)高、非易失性的特點(diǎn)。同時(shí)，這種單片機(jī)的成本價(jià)格低，功能強(qiáng)大，可以作為系統(tǒng)的主控芯片。AT89S51的單片機(jī)的晶振也稱為晶體振蕩器，主要的作用是在系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生符合實(shí)際需要的原始時(shí)鐘頻率。這種頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的作用后可以形成各種總線頻率。晶振模塊實(shí)際作用的發(fā)揮，可以對系統(tǒng)正常工作中的振蕩信號(hào)頻率及相關(guān)的電容容量產(chǎn)生積極的影響，保證了電路所需的晶振頻率處于合適的范圍內(nèi)。

2.4 智能廚房系統(tǒng)組成模塊及相關(guān)模塊

結(jié)合智能廚房控制系統(tǒng)的實(shí)際作用，可以將這種控制系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)為兩個(gè)部分：上位機(jī)監(jiān)控模塊與下位機(jī)控制模塊。采用PC機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)控模塊，在保證系統(tǒng)運(yùn)行高效性的同時(shí)也有效地降低了系統(tǒng)成本。同時(shí)，作為整個(gè)智能廚房控制系統(tǒng)中核心部分，PC機(jī)上位機(jī)監(jiān)控模塊可以對所有的電器發(fā)出一定的控制指令，并根據(jù)不同電器的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行自定控制，促使所有的電器能夠處于安全、可靠的工作狀態(tài)。下位機(jī)控制模塊的實(shí)際作用與上位機(jī)監(jiān)控模塊有關(guān)：它可以負(fù)責(zé)接收PC機(jī)監(jiān)控模塊發(fā)出的指令，并根據(jù)不同指令的具體內(nèi)容對廚房電器進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制，具有定時(shí)查詢電器工作狀態(tài)的功能。相對而言，下位機(jī)控制模塊實(shí)際工作中需要監(jiān)聽系統(tǒng)運(yùn)行中總線上的控制指令，根據(jù)指令的要求進(jìn)行針對性的操作。同時(shí)，作為性能可靠的主設(shè)備，下位機(jī)控制模塊可以對智能廚房中的所有電器進(jìn)行必要地控制，并查詢這些電器的工作狀態(tài)。

3 基于單片機(jī)的智能廚房控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

將可靠的單片機(jī)作為智能廚房控制系統(tǒng)的重要芯片，可以對系統(tǒng)的運(yùn)行能力進(jìn)行綜合地評估。當(dāng)系統(tǒng)中的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)地傳輸時(shí)，單片機(jī)端將會(huì)根據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行響應(yīng)。由于傳輸線路中可能會(huì)存在著干擾信號(hào)，使得單片機(jī)端的最大速率有著一定的限制。當(dāng)系統(tǒng)工作中的負(fù)載較少、各種信號(hào)的傳輸距離較短時(shí)，線路噪聲及干擾相對較少，系統(tǒng)的工作效率高，單片機(jī)能夠發(fā)揮必要的支持作用。該系統(tǒng)中主要采用的是8位單片機(jī)AT89S51，可以最大限度地滿足系統(tǒng)工作的實(shí)際需要，將系統(tǒng)運(yùn)行中影響信號(hào)傳輸速率的線路噪聲和干擾控制在合理的范圍內(nèi)，最大限度地保證了智能廚房控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效性。

4 結(jié)語

在未來的發(fā)展領(lǐng)域中，智能化廚房控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將會(huì)越來越大，將會(huì)給人們的日常生活帶來更多的便利。智能廚房控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，并對不同功能模塊的實(shí)際作用進(jìn)行充分地說明，利用可靠的設(shè)計(jì)方法優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)智能廚房控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊海川.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海交通大學(xué)，2013.

[2] 張紅葉.智能家居生態(tài)與安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].太原理工大學(xué)，2015.

[3] 劉煥平，李娟.基于51單片機(jī)的智能定時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（6）：26-28.

[4] 陳穎.基于C8051F單片機(jī)的火災(zāi)智能報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].大連海事大學(xué)，2011.

[5] 陳亞芹，尚泰.基于單片機(jī)及紅外感應(yīng)雙重控制的智能節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2013（7）：60.

[6] 張鑫宇，陳欽朋，吳曉桐.基于單片機(jī)的智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].四川水泥，2016（2）.