單片機(jī)助推小家電的智能化發(fā)展

孫礪寒

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 智能化 小家電

單片機(jī)又稱單片微控制器，它利用集成電路技術(shù)將一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上，體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、能耗低，為學(xué)習(xí)、開發(fā)和應(yīng)用提供了一個(gè)便利的條件。

廚房小家電的種類越來越多，從機(jī)械化到智能化，從單一功能到多種功能，可以說單片機(jī)（MCU）起到了非常大的作用。而植入到小家電產(chǎn)品內(nèi)部的單片機(jī)雖然沒有電腦系統(tǒng)那么強(qiáng)大，仍然讓產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了諸多智能化的功能。

單片機(jī)的資源豐富是基本條件

設(shè)計(jì)家電產(chǎn)品控制器的核心是成本，功耗，資源等。早期的廚房小家電產(chǎn)品大多使用一個(gè)單片機(jī)和一個(gè)用于擴(kuò)展I/O端口的三-八譯碼器。最初的智能小家電產(chǎn)品因?yàn)橹悄芑墓δ茌^少，大多使用的是4位元單片機(jī)。

以電飯煲為例，當(dāng)電飯煲接通電源并選擇好功能后，單片機(jī)對由傳感器檢測的信息做分析，并判斷溫度的變化，按照預(yù)先設(shè)定的程序，在各烹飪階段發(fā)出不同的指令，控制不同的部件完成相應(yīng)的功能。最初的智能飯煲是電熱盤加熱。單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)如下的一些功能：

1、檢測鍋蓋傳感器、鍋底傳感器的信號。

2、根據(jù)檢測到的信號和預(yù)設(shè)的烹飪程序控制主加熱器、保溫加熱器等加熱單元的工作。

3、實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面，包括顯示，按鍵，聲音等。

再看早期的電壓力鍋，應(yīng)用了4位元單片機(jī)的電壓力鍋，和電飯煲相比，需要增加壓力控制單元，在需要上壓和泄壓的階段，單片機(jī)控制壓力控制單元工作。

隨著小家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的智能化功能的增多，8位元單片機(jī)被大量使用，有的產(chǎn)品甚至用16位元單片機(jī)或者32位元單片機(jī)，還有的產(chǎn)品使用了2個(gè)單片機(jī)?，F(xiàn)在普遍使用的8位元單片機(jī)技術(shù)更加成熟，穩(wěn)定性強(qiáng)，負(fù)載能力強(qiáng)，存儲量大，速度更快，程序移植性好，可編程性更好。

以目前小家電行業(yè)采購較多的臺灣中穎的某款專為智能化家電產(chǎn)品開發(fā)的8位元單片機(jī)為例。該產(chǎn)品具有最高工作頻率為8MHz，工作電壓2.0V～5.5V，有1280字節(jié)的RAM和64K字節(jié)的FLASHROM，42～46個(gè)可編程I/O口，8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，3通道16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，2個(gè)12位PWM輸出口，集成了可調(diào)光LED、LCD驅(qū)動器，看門狗、定時(shí)器，低電壓復(fù)位功能及系統(tǒng)時(shí)鐘監(jiān)控功能。當(dāng)然，實(shí)際上51系列單片機(jī)才是主流。

因?yàn)橐_和程序空間更多，使用了8位元單片機(jī)電飯煲可實(shí)現(xiàn)的功能就更多，使用者可選擇的包括米種、口感、功能、定時(shí)、LED屏幕、時(shí)鐘顯示、保溫及開關(guān)。米種和口感分別有4個(gè)選項(xiàng)，功能有8個(gè)選項(xiàng)。目前廚房小家電使用單片機(jī)的引腳多在20個(gè)以上，如果控制系統(tǒng)可以連接的外部資源多，甚至要采購44個(gè)引腳的單片機(jī)。研發(fā)人員選擇單片機(jī)的時(shí)候既要考慮成本，也要考慮到后期的產(chǎn)品提升，預(yù)留出幾個(gè)引腳，以待后期產(chǎn)品改進(jìn)的時(shí)候，與相應(yīng)的端口連接。

因?yàn)榇钶d了資源足夠豐富、引腳更多的單片機(jī)，目前的智能電飯煲可實(shí)現(xiàn)的功能就更加符合消費(fèi)者的需求，包括一些個(gè)性化的需求。蘇泊爾開發(fā)的行業(yè)獨(dú)有的IH蒸汽飯煲的控制系統(tǒng)要求單片機(jī)增加檢測蒸汽溫度的資源，A/D轉(zhuǎn)換需要對模擬數(shù)字信號做處理，而這個(gè)端口不是所有的單片機(jī)都具備的。還有的單片機(jī)只有3個(gè)端口具備這個(gè)功能，但是實(shí)際上控制需要4路測溫，就需要選擇資源更豐富、成本更高的單片機(jī)。

蘇泊爾的IH球釜電飯煲，為了讓加熱更加均勻，采用了立體加熱的方式，內(nèi)膽的周圍搭載有IH加熱系統(tǒng)，頂部則是普通的加熱系統(tǒng)，相當(dāng)于兩個(gè)控制單元，整體的控制系統(tǒng)較普通的電飯煲更加復(fù)雜。因此，控制板的廠家為了讓控制板的線路更加簡潔，工程師開發(fā)更方便，程序移植性更優(yōu)，就開發(fā)了2個(gè)控制系統(tǒng)，也就有2個(gè)單片機(jī)。其中，底部的單片機(jī)主要用于對IGBT、傳感器等外圍數(shù)據(jù)的檢測，以及IH加熱系統(tǒng)的驅(qū)動和系統(tǒng)的保護(hù)；電飯煲頂部的單片機(jī)主要是用于處理外部傳感器的數(shù)據(jù)，并發(fā)出相應(yīng)精準(zhǔn)的指令。與普通的電飯煲相比蘇泊爾IH電飯煲使用2個(gè)單片機(jī)，控制更加集成化和穩(wěn)定。

有些用戶希望能夠記憶自己的使用習(xí)慣，避免每次的重復(fù)操作，所以需要單片機(jī)具有掉電存儲功能。又有一些飯煲考慮到為用戶節(jié)電的目的，會要求單片機(jī)具有低功耗模式等等。

當(dāng)然，很多小家電的智能化還在逐步的提升，包括WIFI接入、視頻顯示等，這些都要選擇資源豐富的單片機(jī)。

大品牌定制單片機(jī)是方向

國內(nèi)廚房小家電使用的單片機(jī)大多為產(chǎn)自臺灣、歐美、日本和韓國的產(chǎn)品，大陸企業(yè)自主研發(fā)的單片機(jī)較少。

作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，單片機(jī)的品牌很多，型號也很多，通用性很強(qiáng)。某一類型的產(chǎn)品使用的單片機(jī)功能大多相似，甚至型號都是一樣的。例如，A、B、C三家企業(yè)的電飯煲均使用了韓國現(xiàn)代的某型號的單片機(jī)，因此，會把該款單片機(jī)分別命名為AH、BH、CH。但其實(shí)，這三個(gè)單片機(jī)是同一款產(chǎn)品?？梢哉f，這是單片機(jī)生產(chǎn)商為某一類產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，成本低，穩(wěn)定性強(qiáng)。

隨著企業(yè)產(chǎn)品的個(gè)性化需求在不斷增加，具有一定規(guī)模的品牌為了降低成本，提高電器產(chǎn)品控制的穩(wěn)定性，開始向單片機(jī)的企業(yè)反向定制單片機(jī)。例如，蘇泊爾的產(chǎn)品中規(guī)模較大的電磁爐、電飯煲和電壓力鍋有很多功能是相似的，就可以使用同一款單片機(jī)。2018年，蘇泊爾也嘗試定制了2款單片機(jī)，目前正處于測試期。雖然與之前的單片機(jī)相比改動并不大，但是可以滿足更多個(gè)性化開發(fā)的需求。

當(dāng)然，定制單片機(jī)要建立在規(guī)模和穩(wěn)定性以及成本三個(gè)綜合因素的基礎(chǔ)上，盲目為了個(gè)性化，是不經(jīng)濟(jì)的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，研發(fā)周期和測試時(shí)間較長，而技術(shù)的更迭又很快，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出了紕漏，風(fēng)險(xiǎn)就很大。一個(gè)品牌的產(chǎn)品最合適哪個(gè)系列的單片機(jī)、成本最優(yōu)，才是最佳的選擇。

單片機(jī)的功能集成化

除了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和存儲處理能力以外，單片機(jī)在應(yīng)用領(lǐng)域上還有集成化的趨勢。例如，電飯煲、電壓力鍋和電磁爐都屬于廚房小家電的品類，其在控制系統(tǒng)上有很多相類似的性能，那么品牌完全可以采購?fù)ㄓ眯詮?qiáng)的同一款單片機(jī)。作為單片機(jī)的廠家，就可以將以上幾個(gè)產(chǎn)品外圍設(shè)計(jì)的功能集成到一個(gè)單片內(nèi)，不但可以降低成本，可靠性更好，穩(wěn)定性更強(qiáng)。因此，單片機(jī)的設(shè)計(jì)集成化對于應(yīng)用領(lǐng)域來說，是一個(gè)非常好的研發(fā)方向。

單片機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，且工業(yè)用單片機(jī)更加復(fù)雜。中國的工業(yè)制造4.0與單片機(jī)息息相關(guān)。但是單片機(jī)在家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用，仍然給整個(gè)行業(yè)帶來質(zhì)的提升與改變。

單片機(jī)只是小家電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動控制的一個(gè)載體，廚房小家電產(chǎn)品想要提高性能，主要還是來自于深入的了解消費(fèi)需求，著重于功能的開發(fā)以及相應(yīng)程序的設(shè)計(jì)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)將助推小家電產(chǎn)品的智能化提升到更高的水平。