基于機智云平臺的智能電飯煲設計

李楠鑫 寧媛

摘 要：隨著人們對電飯煲的要求越來越高，導致了電飯煲的相關技術也需要不斷的向前發(fā)展。如今人們對電飯煲的要求不僅僅是煮飯一樣簡單，更重要的是能夠提供快捷方便且多功能的服務。于是提出一種機智云平臺的電飯煲的設計，采用STM32F401RE為控制芯片，ESP8266WIFI模塊為通信模塊，結合其它硬件電路與設計完成對電飯煲的遠程控制，能夠自動加食材、加水，工作于不同的模式之下完成稀飯、米飯、粥等不同的要求。

關鍵詞：智能電飯煲;STM32F401RE;云平臺

文章編號：2095-2163（2019）04-0159-04 中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A

0 引 言

當今社會人們的生活節(jié)奏和工作節(jié)奏變得越來越快，物質(zhì)生活水平不斷的提高，人們對生活的舒適度、便捷度有了更高的要求[1-2]。很多人不愿意花費更多的時間去做飯，相比起自己做飯，人們更愿意去選擇外賣，去餐廳等方法來解決自己的吃飯問題。智能互聯(lián)電飯煲的提出就是為了解決這些問題，當前市場上有很多的電飯煲向著智能化發(fā)展，但實際上幾乎所有的電飯煲都沒有徹底解決這個問題，大部分的電飯煲只是實現(xiàn)了通過控制不同溫度與加熱時間來做不同的料理，而其中部分的電飯煲能夠通過遠程控制開始工作，然而還是需要人們將所有原料準備好后放入鍋里。本文旨在提出一種完全自動化的電飯煲，該設計以STM32F401RE為主控芯片，通信部分利用機智云平臺進行數(shù)據(jù)傳輸，步進電機與食材存儲盒組成放食材模塊，電磁閥對放水多少進行控制，此外，利用加熱盤來完成加熱部分，DS18B20完成溫度檢測。

1 總體方案設計

本文設計了一種智能電飯煲系統(tǒng)，能夠通過機智云平臺與手機進行實時的數(shù)據(jù)傳輸。設計包括了通信模塊、放食材模塊、放水模塊、加熱控制模塊、報警模塊。系統(tǒng)能夠通過手機端發(fā)送指令到通信模塊，之后主控芯片通過判斷指令分步打開放食材與放水模塊，通過控制加熱溫度與加熱時間完成不同模式的工作，當內(nèi)部溫度值高于報警溫度值時，電飯煲停止工作，手機端同時產(chǎn)生報警信號。設計能夠通過軟件與硬件并行的方式在后續(xù)添加更多的工作模式。設計結構如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 放食材模塊設計

放食材模塊的設計主要由5V驅(qū)動的步進電機與2個大小內(nèi)徑相近但不同的柱狀存儲盒組成，較大的存儲盒盒面開2個口，小的存儲盒開1個口，當小存儲盒開口與上端開口重合時可向里面加入食材，與下端開口重合將會把食材放入鍋中，當需要工作時通過步進電機控制轉動角度，使大小存儲盒開口位于同一角度完成放入食材的工作，其結構示意圖如圖2所示。

采用步進電機型號為24BYJ48，需要5V驅(qū)動，單脈沖產(chǎn)生角度為ω，其角度計算方法如下：

在需要小存儲盒開口與大存儲盒上端或下端開口重合的情況下，控制其正反轉動角度皆為45°，則計算可得所需脈沖X為：

放食材模塊中，小存儲盒在需要向其中加入食材時，通過按鍵進入加食材模式使步進電機帶動小存儲盒轉動使小存儲盒開口與大存儲盒上端開口重合，在重合8min后將自動轉回原位，而工作時小存儲盒將在轉動后與大存儲盒下端開口重合，向鍋內(nèi)加入食材。在保持20 s后轉回原位。其定時利用STM32內(nèi)部時鐘完成。大存儲盒與小存儲盒組成1個存儲單元，設計中共有3個單元，其中2個單元放米，1個單元加入紅豆。

2.2 放水模塊

放水電路由5V驅(qū)動繼電器模塊與12V驅(qū)動的電磁閥所組成。電磁閥入口連接到水箱，另外一段連接一小段水管通過電飯煲鍋蓋，繼電器設置為高電平觸發(fā)，當主控芯片發(fā)出信號后電磁閥打開閥門，水通過水箱經(jīng)過電磁閥、水管后進入鍋內(nèi)。電磁閥供電源使用電路為220V AC轉12 DC電源電路。通過內(nèi)部時鐘控制放水時間的形式來達到控制放水量的多少。

2.3 加熱控制模塊與報警模塊

加熱控制模塊里有不同的加熱方式，分別通過控制加熱盤的溫度來完成。設計中使用加熱底盤為220V額定功率500 W的加熱底盤。供電直接使用市電即可。對其加熱盤通斷的控制通過帶光耦隔離的雙向可控硅模塊來完成，能夠?qū)崿F(xiàn)低壓控制高壓[3]。模塊驅(qū)動電壓3.3～24 V，可控制功率為1 100 W以下的設備，設計采用5V直流電源驅(qū)動模塊完成對加熱盤的通斷控制。設計中采用了DS18B20數(shù)字溫度傳感器來完成溫度的測量，擁有數(shù)字式、需要引腳資源少、通信簡單等優(yōu)點[4-5]。將DS18B20緊貼鍋的外底側鍋壁，而DS18B20將會將實時的溫度傳送到STM32主控芯片之中，在主控芯片在收到工作信號后，加熱盤開始加熱，之后通過DS18B20將檢測溫度傳回，達到某一設定上限溫度后斷開連接;而恢復至下限溫度后恢復連接，從而使電飯煲能夠工作在一個恒定的工作范圍以內(nèi)。而不同的模式下的上下限溫度不同，且加熱的時間不同。在達到規(guī)定的加熱時間之后，電飯煲將會進入保溫模式，而此模式中上下限溫度都會產(chǎn)生變化。

為了防止意外，加熱盤串聯(lián)一個110°的溫控開關，而主控芯片設置了一個108°的報警上限，當溫度達到108°時APP端會產(chǎn)生報警，達到110°時溫控開關將會直接斷開。

2.4 通信模塊

通信模塊主要采用ALIENTEK公司推出的AKT-ESP8266為核心模塊，該模塊為UART-WiFi模塊，串口工作電壓為3.3～5 V，性價比很高[6-7]。在通過對STM32的串口初始化后模塊與主控芯片能夠進行串口通信。選用平臺為機智云平臺，機智云擁有大量的經(jīng)驗和技術積累，從而為物聯(lián)網(wǎng)領域提供了一套完整的云平臺的工具和服務，以此降低硬件廠家以及開發(fā)者的開發(fā)門檻[8-9]，其所提供的GAgent通信協(xié)議能與模塊發(fā)生交互以進行數(shù)據(jù)交換[10]。平臺軟件兼容并支持ESP8266模塊。在對ESP8266完成初始化之后，工作時通過機智云的手機APP與ESP8266進行能夠云端的數(shù)據(jù)交換傳輸，從而完成對設計的控制。而其中的通信內(nèi)容能夠被存儲到云平臺的開發(fā)者中心。