时钟电路设计第节复位电路设计第节扩展电路设计第节显示电路设计第节蜂鸣器电路设计第节键盘接口电路设计第节温度传感器电路设计第章智能电饭煲软件部分的详细设计第节理想的最佳煮饭方法第节煮饭功能模糊控制器第节米量的模糊推理第节副加热盘的模糊控制第节整体软件流程图结论参考文献致谢,附录整体电路图部分源程序第页基于单片机实现智能电饭煲功能的设计与实现摘要电饭煲是人们日常生活中最普遍的家用电器，随着人们生活水平的提到，电饭煲也日趋智能化，本课题主要基于家电智能化的背景下，根据智能电饭煲的发展和现状，探讨智能电饭煲如何实现智能化的煮饭预约再加热等功能。本文参考的是美的电饭煲，在本设计中实现了其控制面板上的大部分功能，在讨论炊煮时温度控制方面，本文主要采用模糊控制技术实现其加热温度的控制。在硬件设计上，论文设计了以公司的单片机为核心的控制电路，包括复位电路振荡电路显示电路按键扫描电路数字温度传感器电路扩展电路和时钟电路。在软件设计上，首先根据各个功能的典型最佳炊煮温度曲线编写出调试测试程序，通过调试程序找出针对产品的对应各个功能的最佳炊煮温度曲线。针对煮饭功能，提出了易于实现并且有效的米量与实时温度控制的模糊控制理论，制定了不同的煮饭功能对应的炊煮模糊控制方案。关键词电饭煲单片机炊煮曲线模糊控制第页第页前言电饭煲因其安全简便实用而普及到千家万户。随着科技的不断发展，这类小家电也在不断的完善和提升自己，并向着智能化节能化网络化的方向发展。本课题研究的是智能电饭煲的硬件和软件的设计以及煮饭功能的实现过程。智能家用电器不仅仅实现了产品的原始属性，更融入了我们人类的智慧结晶。随着以计算机技术为核心的信息技术，特别是数字化技术多媒体技术和网络技术的飞速发展，智能家电产业也在迅速崛起。世界著名的电脑和家电企业如夏普微软英特尔松下东芝等都大力开发研制自己的智能家电产品，我国的许多公司如联想长虹海信海尔等也都投入到智能家电的开发工作。作为传统家电代表，电饭煲也已融入到系统化的信息家电系统中，它的功能已不再只是单纯的煮饭，功能齐全操作简便人性化的界面，烹调过程自动化，甚至是网络控制的信息化电饭煲已成为现代人的新需求。伴随着生活水平的提高，电饭煲的智能化和网络化将成为种趋势，机械式饭煲必将退出市场舞台。第页第章绪论第节智能家电概述所谓智能化家电，是指运用现代最新科技研制开发的新代具有智能功能的家用电器。它所涉及的高新技术领域十分广泛，其中包括多媒体技术数字技术模糊控制技术太阳能技术专家系统人工智能生物技术等。而人工智能的载体通过传统的逻辑电路实现显然是不现实的，而通过嵌入式系统就能轻松实现。嵌入式系统是将计算机硬件和软件结合起来，构成个专门的计算装置，完成特定的功能和任务。在嵌入式系统中，单片机是最重要也是应用最多的智能核心器件。从结构的角度讲，由于单片机是嵌入家用电器内部并作为核心部件，故智能家用电器的结构体系很明显就是个嵌入式系统。嵌入式家电的发展现状嵌入式系统应用到家用电器中，并作为核心控制部件，早已成为了种历史趋势。在中国市场上销售的家用电器，应用了嵌入式微控系统的智能产品层出不穷。正是基于这美好的前景，本课题将嵌入式微控制系统应用到很常见的小家电电饭煲之中。嵌入式系统在小家电上的应用远晚于其在黑色家电及其他大型家电上的应用。日本台湾等地区对嵌入式小家电的研究及生产要早于其他地区。比较出色的公司主要集中在日本。虽然各个公司的产品各有特色，但是从产品的电器性能来说，都是应用了嵌入式系统，使产品的功能智能化人性化小型化节能化等。当今社会科技发展迅速，人们生活水平迅速提高，家用电器越来越受到人们的重视，许多家用电器制造商都投入大量的人力资金进行家电的升级和智能化。现在，欧洲美国日本和国内的些家电公司都已提出了智能家电的解决方案，并已实现成品化，尽管各方提出的方案不同，但都本着标准化开放性面向未来的宗旨，体现以人为本的设计思路，让消费者全方位的感受数字生活。家电中的模糊控制技术为了探索人工智能，使电脑模仿人脑，进行更多的智力劳动，模糊数学便应运而生，年美因著名系统及控制论专家加州大学教授创立的模糊集合论，在电脑与人脑之间架起了座桥梁。与经典控制技术现代控制理论相比，模糊控制具有以下特点模糊控制是模拟人的直觉或经验，用自然语言描写被控对象的输入输出关系以及凋节规则，避开了对被控对象建立数学模型的困难。对些很难或根本无法建立数学模型的复杂系统和长时滞非线性多因素交互影响的时变系统，应用模糊控制技术可对其实施有效的闭环控制。模糊控制具有很好的鲁棒性，对参数的变化适应性强，具有较好的抗干扰能力，第页消除了常规控制系统常存在的鲁棒性与灵敏度之间的矛盾，提高了系统的可靠性。模糊控制器的设计相对较简单，开发周期短成本低，用传统控制方法需机才能完成的，控制目标用个位单片机就可实现，因此它具有很强的渗透性，应用前景十分广泛。当前，模糊技术还处在发展阶段，有待进步完善。但可以相信，它是项控制工程领域的高新技术，有着诱人的发展前景和广阔的应用天地。第节本课题主要任务本课题主要阐述模糊控制在电饭煲中的具体实现，在硬件电路设计的基础上，通过对各功能模块的软件设计，实现对温度的检测和分析，从而得到控制可控硅的导通时间的精确量来控制加热盘功率以实现电饭煲通过模糊控制技术来煮饭的目的，使其达到智能化。本课题主要任务及相关问题在硬件上的设计主要以单片机为主要控制芯片的功能电路，以模块化的设计理念分别设计温度传感器电路时钟电路显示电路扩展电路蜂鸣器电路按键电路和温度采集电路。使其具备智能电饭煲基本功能。在软件上的实现预约保温米量推算智能炊煮和冷饭加热等功能。其中智能炊煮米量推算和保温功能采用模糊控制技术实现智能化煮饭，外加些预约声音灯光提示等附加功能。根据人们生活经验中得到的最佳炊煮曲线中的温度信息值与实际采集温度进行对比，经过单片机的模糊推理后来控制可控硅的导通时间，从而实现煮饭的模糊化控制。主要遇到问题是要实现智能电饭煲预约炊煮功能所对应的硬件电路该如何选择，在整个炊煮过程中如何进行相应的模糊化控制。其中包括用何种方法进行米量推算。在确定米量后如何进行实时的温度模糊化控制，此问题还包含有如何划分模糊控制器输入的量的隶属度函数，采用何种方法计算控制量，这些问题也是本课题所要解决的。第页第章智能电饭煲整体设计智能电饭煲整体设计包含两部分硬件的整体设计和软件的整体设计，硬件的整体框架主要是以单片机为核心集合了显示，提示音，温控等功能的外围模块电路。软件整体框架主要是以单片机实施模糊控制为主，实现此功能必需的温度采集模块时钟定时模块数据存储模块等。第节硬件整体框架硬件的整体框架包括电源温度传感器显示加热盘以及按键。如图所示。图硬件结构框图各模块介绍电源模块电源分为为加热盘模块提供电的电源，和为温度传感器模块按键模块显示模块和模块等提供电的电源。按键模块按键采用式按键接口，分为个按键，分别对应确认取消预约功能时间加时间减的功能。显示模块采用实现时间显示，功能选择，是此电饭煲的人机对话界面。温度传感器模块利用温度传感器来检测温度的变化从而使单片机进行模糊控制。加热盘模块与市电直接相连，分为主副加热盘，并且分别对其采用继电器和可控硅来控按键温度传感器显示加热盘电源蜂鸣器第页制功率。时钟模块提供单片机的工作时序，控制炊煮时间和预约功能的实现。模块利用扩展实现对系统断电后的数据存储。蜂鸣器模块炊煮结束后能提供音乐和灯光提示。第节软件整体框架软件整体框架包括温度采集程序模块时钟程序模块的模糊控制程序模块显示程序模块蜂鸣器程序模块和存储程序模块。图软件结构框图各模块主要功能温度采集模块分为采集子程序和控制子程序，前者涉及定时器的定时温度对照等环节。后者是当温度采集值与设定值产生偏差时需要对加热盘功率进行控制。时钟模块利用单片机内部定时器作为时钟定时，按键方式，每隔溢出中断次。模糊控制模块此模块是系统主要功能程序模块，其中把上下温度传感器的信号作为模糊推理米饭量的两个输入量，根据上下两温度传感器达到所设定温度的时间差来进行推算。锅身传感器的温度与预设温度之间的偏差及其导数作为温度模糊控制的两个输入量，通过温控子程序进行煮饭的各阶段控制，每阶段都有计时。附加功能附加功能有冷饭再加热炊煮完成后的保温子程序，这些功能用了简单的加热器通断温度传感器模块时钟程序显示程序模糊控制控制对象附加功能第页功能实现，根据生活经验，冷饭再加热要求的是快，因为需要再加热的东西往往是熟的，且量也不会太多，只要达到适合使用的温度即可，保温功能也与其类似。其他程序模块蜂鸣器程序主要功能是判断煮饭过程是否结束，如结束，则发出声音来提醒使用者煮饭过程已结束，同时小灯点亮进入保温状态。存储程序作用是当接收到中断信号后立即把单片机所执行的所有数据存入存储器内。第页第章智能电饭煲硬件部分的详细设计第节单片机外围电路设计本课题所设计的智能电饭煲是以美的为参照，如图所示，实现其大部分功能，包括了开始关预约功能时分功能。图美的面板电源电路该单元为本系统的其他电路提供工作所需要的电源。如图，它由变压器降压后得到的交流电压经过全波整流电路和滤波电路变成左右的直流电压，再经过三固定输出电压的集成稳压电路的稳压输出的稳恒直流电源，为单片机及其周围电路提供工作需要的电源。图电源电路图抗浪涌电路压敏电阻和电流熔断丝长约很细的铜箔共同组成了抗浪涌电路当有异常高电压输入时，压敏电阻瞬间短路，这样电源压敏电阻和电流熔断丝构成的回路电流瞬间增大，当电流尖峰值瞬间超过电流熔断丝的电流容量，电流熔断丝立即熔断，从而保护了后面电路元件的安全。电容又称安规电容或者静噪电容，方面能够