電飯煲設(shè)計(jì)內(nèi)容

1、電飯煲模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上海紅心器具有限公司胡念平摘要從硬件和軟件上介紹模糊理論控制電飯煲燒飯的工作原理和整個(gè)過程并簡(jiǎn)要介紹美國(guó)Microchip公司PIC芯片在電飯煲中的具體使用。關(guān)鍵詞電飯煲模糊控制單片機(jī)模糊電飯煲與傳統(tǒng)的電飯煲相比具有許多優(yōu)越性。首先它能根據(jù)鍋內(nèi)的米量、水量按要求選擇最佳方式從而做出合適的控制對(duì)策這樣既省電煮出的米飯又松軟可口其次它功能多操作簡(jiǎn)便。本文重點(diǎn)介紹如何將模糊邏輯應(yīng)用于電飯煲的溫度控制過程以及具體實(shí)現(xiàn)方法

2、。一、米飯的烹飪過程分析要想做出松軟香滑的米飯必須掌握加熱對(duì)象的性質(zhì)以及詳細(xì)的加熱過程只有這樣才能夠?qū)⒋竺字胁灰兹苡谒译y以消化的β淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒⒁子谙摩恋矸?。?jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)要想達(dá)到理想的米飯效果須要經(jīng)過吸水、升溫、沸騰、燜飯、保溫5個(gè)階段。在整個(gè)燒飯過程中各階段的持續(xù)時(shí)間不同鍋內(nèi)溫度的變化規(guī)律也各不相同如圖1所示。下面詳細(xì)介紹米飯的幾個(gè)烹飪過程。圖11吸水過程（t0～t1）一般情況下大米本身含有14%左右的水分在大功率加

3、熱升溫之前小功率低溫使米的含水率達(dá)到25%左右可使米粒內(nèi)部均勻受熱從而使之燒成柔軟鼓脹狀。但是一旦水溫超過60℃米中含有的β淀粉開始轉(zhuǎn)化為α淀粉米將變成糊狀。因此必須控制水溫在60℃以下通常使水溫保持在35℃左右來完成理想的吸水過程。模糊推論的第1任務(wù)就是要確定吸水時(shí)間的長(zhǎng)短。2.快速升溫過程（t1～t2）把已吸足水分的米采用大功率進(jìn)行加熱使水溫較快地升到沸點(diǎn)但是速度要適當(dāng)通過對(duì)不同升溫過程下的米飯進(jìn)行α化并還原糖量、硬度、粘著力、色澤

4、等綜合分析后發(fā)現(xiàn)溫度上升時(shí)間大約保持10min左右時(shí)燒出的米飯綜合效果最佳。這是模糊控制電飯煲要解決的第2個(gè)重要問題。3.沸騰階段（t2～t3）在水溫達(dá)到沸騰狀態(tài)之后采取小功率加熱保持沸騰促使米粒中的β淀粉變?yōu)棣恋矸弁瑫r(shí)鍋中的水分不斷被米粒吸收或蒸發(fā)掉。當(dāng)達(dá)到斷電溫度時(shí)停止加熱使米粒的水分較少保證米粒顆粒均勻色澤感強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明沸騰時(shí)間在20min左右以及合理的斷電溫度是影響米飯質(zhì)量的又一個(gè)重要因素。4.燜飯過程（t3～t4）在停止加

5、熱之后一段時(shí)間再通電加熱可使米粒上的多余水分完全蒸發(fā)掉。這對(duì)于保證米飯質(zhì)量也很重要。用模糊邏輯制定小火燜飯過程是否應(yīng)該結(jié)束以及加熱功率大小是要解決的第4個(gè)問題。5.保溫階段t4以后進(jìn)入保溫階段后應(yīng)控制溫度在70℃左右等待食用。2、模糊控制技術(shù)的應(yīng)用1.硬件電路電飯煲單片機(jī)控制電路如圖2所示。由于PIC16C56單片機(jī)內(nèi)部有1KB的ROM、25字節(jié)的RAM、12個(gè)IO口每個(gè)IO具有較大的驅(qū)動(dòng)能力而且又有片內(nèi)看門狗所以該單片機(jī)幾乎不需要其他

6、外部芯片硬件極為簡(jiǎn)單有效地降低了成本并且提高了控制系統(tǒng)的可靠性。圖22.測(cè)溫電路在電飯煲頂部和底部分別安裝有熱敏電阻RB和RC分別測(cè)量室溫及煲內(nèi)水溫。測(cè)溫電路由RBRCR9及C5組成。其測(cè)溫原理是：熱敏電阻的阻值隨溫度而變化從而改變RC充電回路的充電時(shí)間。充電時(shí)間由RTCC記錄即RTCC記錄RB7引腳從“0”到“1”的時(shí)間。通過比較充電時(shí)間即可求出熱敏電阻阻值進(jìn)而通過查表求得所測(cè)溫度。3.計(jì)時(shí)脈沖和計(jì)時(shí)RTCC的計(jì)時(shí)采用對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)的

7、方法實(shí)現(xiàn)。外部脈沖由220V、50Hz交流電壓經(jīng)單相半波整流產(chǎn)生50Hz的脈沖信號(hào)輸入到RTCC。但是PIC16C56的RTCC只是1個(gè)8位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器而且沒有溢出中斷能力所以程序中又使用1個(gè)16位的Tacu計(jì)數(shù)器和3個(gè)8位計(jì)數(shù)器。4.加熱器控制電路電飯煲由底部主加熱器、側(cè)面及頂部2個(gè)輔助加熱器執(zhí)行加熱。底部加熱器由繼電器提供電源鍋側(cè)加熱器和鍋頂加熱器由可控硅提供電源。單片機(jī)控制開關(guān)三極管V1V2V3即可實(shí)現(xiàn)對(duì)可控硅的控制。5.按鍵和

8、顯示器家用電器的操作按鍵越少操作越方便就越受顧客的青睞。為此本系統(tǒng)只設(shè)置了下述4個(gè)按鍵：?jiǎn)?dòng)停止鍵——用來啟動(dòng)或停止燒飯方式選擇——循環(huán)選擇快速燒飯、智能燒飯或保溫選中的方式由發(fā)光二極管L1~L4顯示時(shí)間增加——每按1次增加半小時(shí)時(shí)間減少——每按1次減少半小時(shí)。三、軟件設(shè)計(jì)智能控制電飯煲也是1個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)其控制過程包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)決策和實(shí)時(shí)控制3個(gè)方面?？刂浦鞒绦蛉鐖D3所示。(1)吸水過程的模糊控制圖3在同樣的加熱條件下和室溫環(huán)

9、境下若鍋底溫升比較慢則說明大米的吸水性較強(qiáng)吸水時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)相反若鍋底溫升較快則可以判定大米的吸水性較弱因此吸水時(shí)間可適當(dāng)縮短。具體做法是：采樣鍋底及鍋頂?shù)臏囟惹蟮檬覝睾湾伒诇囟茸兓嗜缓髿w納出吸水時(shí)間的模糊推論。（2）燒飯量的模糊推理顯然燒飯工藝過程各階段時(shí)間的長(zhǎng)短是和燒飯量的多少有關(guān)的因此首先必須測(cè)定燒飯量。具體做法是采樣鍋底及鍋蓋的溫度求得水溫變化率和初始水溫然后根據(jù)這2個(gè)溫度進(jìn)行模糊推理歸納出燒飯量的模糊推論。（3）工藝過程的模糊控

10、制模糊控制器的構(gòu)思可以說是吸收了人工控制的經(jīng)驗(yàn)。人們收集各個(gè)變量的信息形成概念如溫度過高、稍高、正好、稍低、過低然后依據(jù)一些推理規(guī)則決定控制決策。電飯煲的模糊控制在每一階段對(duì)應(yīng)于燒飯量的多、中、少分別有1組溫度變化率改變數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)?？刂七^程中將測(cè)量數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較歸納出多個(gè)加熱器的控制量。燒飯量模糊推理規(guī)則初始水溫?zé)埩克疁刈兓省肌礁遊]中[]低大[]中[]低[]低中[]高[]中[]低小[]高[]高[]高控制量模糊推理規(guī)則燒