论文部分内容阅读
摘 要：随着社会的进步，电压力锅逐渐进入了人们的生活，改变了传统的食物蒸煮工艺。本文设计了一款具有实时压强、温度双重控制的智能电压力锅控制系统。通过控制米饭在蒸煮的过程中适当的烹饪时间、温度以及压强，使得蒸煮出的食物营养美味，并通过参数配置使其更能适应不同人的口感要求。
关键词：电压力锅；单片机；智能；控制系统
0 引言
中国是世界粮食大国，米饭作为一种最基本的食物之一，在中国家庭有着举足轻重的地位。随着科技的发展，现在越来越多的家庭开始使用电压力锅来蒸煮米饭，这为各个家庭节省了大量的时间和精力。然而随着人们的需求不断增多，目前市场上的电压力锅仍不能满足个人对米饭硬度、黏度等口感的要求，追其根源在于市面上的电压力锅大都采用恒温控制的方法对米饭进行蒸煮。现在市场上的产品多是单一的温度检测控制，其压力控制仅仅依靠重物，利用重物堵住出气孔，等到压力大于一个大气压后，顶起重物，释放内部压力，从而达到控制压强的目的。国内市场上的电压力锅功能比较单一，还不能达到人们对口感等各方面的要求，相比而言，日本的电压力锅技术成熟、功能多样化，但其价格十分昂贵。
本文设计通过对普通电压力锅进行改造，增加温度、压力传感器、固态继电器以及电磁阀等器件，由微控制器实现对锅内温度及压强的双重检测，并采用高精度的协同算法实现食物的蒸煮，使其能够根据人们不同的口感需要来蒸煮出美味可口的食物。
1 系统总体方案设计
本设计借鉴国内外智能电饭煲的设计经验，综合运用电子技术、计算机控制技术、多传感器融合技术以及过程控制技术等知识实现电压力锅的智能控制系统。
系统整体方案的设计如下图1所示。将可控硅放置于电压力锅四周，为电压力锅提供一个均匀的加热环境；并在电压力锅内的安装压力传感器和PT100用以检测锅内的压强、温度以及可控硅的实时加热温度，并将采集的温度和压力数据经过AD转换传送至微控制器MC9S12XS128，根据条件计算进行条件判断产生控制量，通过控制量输出控制电磁阀及可控硅的通断时间，使得可控硅升温或降温，电磁阀打开或者关闭，实现锅内压强和温度的实时采集及控制。最后通过单片机将采集的温度和压力信息进行液晶屏显示，并提供过压过热的预警信息。
2 系统的硬件设计
该系统必须满足体积小，成本低，功能稳定等特点，硬件设计主要包括：核心控制模块、温度检测模块、压力检测模块、报警模块、人机接口模块、电源模块。
2.1核心控制单元模块
由MC9S12XS128担任的主控制器构成了系统的主控模块，它不仅用于设计的硬件实现，对于设计程序的软件输入和实现也起到控制作用，将控制整个报警系统能否正常工作。MC9S12XS128是16位单片机，由16位中央处理单元（CPU12X）、128KB程序Flash（P-lash）、8KB RAM、8KB数据Flash（D-lash）组成片内存储器。
2.2电源模块
电源是系统设计中的一个重要组成部分，稳定可靠的电源模块能够为系统稳定工作提供能源保障。为了提高系统的可靠性，根据传感器和整个系统电源的需要，本系统采用独立电源进行各模块的供电。本设计采用AC220V作为电压力锅的供电电压，DC5V作为MC9S12XS128主控及外围器件的供电电压。
2.3传感器模块
2.3.1温度传感器模块
温度检测模块，采用PT100温度传感器及其相应的测量电桥进行温度电压采集，应用MC9S12XS128单片机的模数转换单元将模拟量转换为数字量。PT100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号，集温度湿度采集于一体的智能传感器。
2.3.2压力传感器模块
本设计拟采用半导体压电阻型压力传感器对电饭煲内压力进行检测。半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。
2.4人机接口模块
1602液晶也叫1602字符型液晶，专门用来显示字母、数字、符号、字符（16列2行）。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功耗低。
采用按键开关作为人机交互的输入方式，进行对电饭煲的调节控制。
3 系统的软件设计
该系统的软件设计采用C语言实现，软件功能中增加故障自诊断和看门狗等功能保证系统可靠运行。程序整体由主程序与子程序构成，子程序中主要包括：MC9S12XS128最小系统控制程序；温度采集程序；温度控制程序；压力采集程序；压力控制程序；液晶屏显示程序等。
系统开机初始化后，用户可通过键盘对电压力锅的运行相关参数，如需加热时间以及蒸煮过程中锅内的温度压强控制模式进行设定。系统可通过LCD液晶实时显示温度、压强以及蒸煮是否完成等信息，并提供过热或过压时的声光报警功能。
4 结论
随着人们生活水平的提高，大家对生活品质的要求也越来越高，人们对“吃”的要求已经不仅仅局限于填饱肚子，而更追求的是口感等各方面的享受。目前，国内市场上的电压力锅功能相对还比较单一，还不能达到人们各方面的要求。本设计利用单片机对电压力锅锅内温度和压强进行实时控制，使电压力锅能够根据不同的食材做出更加符合人们口味的食物，该系统控制功能稳定，控制模块体积小，成本低，具有很高的经济效益和推广前景。
参考文献：
[1]蔡怡凡，叶桦.电饭煲温度控制系统的研究.东南大学学报（自然科学版）. 2008.11（38卷）：119-122
[2]夏婉婷.国内新概念电饭煲的发展趋势浅析.湖北美术学院学报.2010.NO.04
[3]陈卿，侯薇.家电控制与检测用集成电路[M].北京：中国计量出版社，2005：83-91
[4]王刚.模糊控制电磁电饭煲控制系统的设计与实现.哈尔滨工业大学.2008-12-01
[5]陈伟.多功能智能电饭煲设计.现代商贸工业.2015-03-15
[6]李玮.全自动电饭煲总体设计.技术与市场.2007-06-10
作者简介
秦刚（1968-），男（汉族），双学士，教授，主要研究方向为计算机控制系统；邵亚强（1991-），男，硕士生，主要研究方向为计算机控制系统。通讯联系人，18710959063，shyaqiang.com。
关键词：电压力锅；单片机；智能；控制系统
0 引言
中国是世界粮食大国，米饭作为一种最基本的食物之一，在中国家庭有着举足轻重的地位。随着科技的发展，现在越来越多的家庭开始使用电压力锅来蒸煮米饭，这为各个家庭节省了大量的时间和精力。然而随着人们的需求不断增多，目前市场上的电压力锅仍不能满足个人对米饭硬度、黏度等口感的要求，追其根源在于市面上的电压力锅大都采用恒温控制的方法对米饭进行蒸煮。现在市场上的产品多是单一的温度检测控制，其压力控制仅仅依靠重物，利用重物堵住出气孔，等到压力大于一个大气压后，顶起重物，释放内部压力，从而达到控制压强的目的。国内市场上的电压力锅功能比较单一，还不能达到人们对口感等各方面的要求，相比而言，日本的电压力锅技术成熟、功能多样化，但其价格十分昂贵。
本文设计通过对普通电压力锅进行改造，增加温度、压力传感器、固态继电器以及电磁阀等器件，由微控制器实现对锅内温度及压强的双重检测，并采用高精度的协同算法实现食物的蒸煮，使其能够根据人们不同的口感需要来蒸煮出美味可口的食物。
1 系统总体方案设计
本设计借鉴国内外智能电饭煲的设计经验，综合运用电子技术、计算机控制技术、多传感器融合技术以及过程控制技术等知识实现电压力锅的智能控制系统。
系统整体方案的设计如下图1所示。将可控硅放置于电压力锅四周，为电压力锅提供一个均匀的加热环境；并在电压力锅内的安装压力传感器和PT100用以检测锅内的压强、温度以及可控硅的实时加热温度，并将采集的温度和压力数据经过AD转换传送至微控制器MC9S12XS128，根据条件计算进行条件判断产生控制量，通过控制量输出控制电磁阀及可控硅的通断时间，使得可控硅升温或降温，电磁阀打开或者关闭，实现锅内压强和温度的实时采集及控制。最后通过单片机将采集的温度和压力信息进行液晶屏显示，并提供过压过热的预警信息。
2 系统的硬件设计
该系统必须满足体积小，成本低，功能稳定等特点，硬件设计主要包括：核心控制模块、温度检测模块、压力检测模块、报警模块、人机接口模块、电源模块。
2.1核心控制单元模块
由MC9S12XS128担任的主控制器构成了系统的主控模块，它不仅用于设计的硬件实现，对于设计程序的软件输入和实现也起到控制作用，将控制整个报警系统能否正常工作。MC9S12XS128是16位单片机，由16位中央处理单元（CPU12X）、128KB程序Flash（P-lash）、8KB RAM、8KB数据Flash（D-lash）组成片内存储器。
2.2电源模块
电源是系统设计中的一个重要组成部分，稳定可靠的电源模块能够为系统稳定工作提供能源保障。为了提高系统的可靠性，根据传感器和整个系统电源的需要，本系统采用独立电源进行各模块的供电。本设计采用AC220V作为电压力锅的供电电压，DC5V作为MC9S12XS128主控及外围器件的供电电压。
2.3传感器模块
2.3.1温度传感器模块
温度检测模块，采用PT100温度传感器及其相应的测量电桥进行温度电压采集，应用MC9S12XS128单片机的模数转换单元将模拟量转换为数字量。PT100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号，集温度湿度采集于一体的智能传感器。
2.3.2压力传感器模块
本设计拟采用半导体压电阻型压力传感器对电饭煲内压力进行检测。半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。
2.4人机接口模块
1602液晶也叫1602字符型液晶，专门用来显示字母、数字、符号、字符（16列2行）。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功耗低。
采用按键开关作为人机交互的输入方式，进行对电饭煲的调节控制。
3 系统的软件设计
该系统的软件设计采用C语言实现，软件功能中增加故障自诊断和看门狗等功能保证系统可靠运行。程序整体由主程序与子程序构成，子程序中主要包括：MC9S12XS128最小系统控制程序；温度采集程序；温度控制程序；压力采集程序；压力控制程序；液晶屏显示程序等。
系统开机初始化后，用户可通过键盘对电压力锅的运行相关参数，如需加热时间以及蒸煮过程中锅内的温度压强控制模式进行设定。系统可通过LCD液晶实时显示温度、压强以及蒸煮是否完成等信息，并提供过热或过压时的声光报警功能。
4 结论
随着人们生活水平的提高，大家对生活品质的要求也越来越高，人们对“吃”的要求已经不仅仅局限于填饱肚子，而更追求的是口感等各方面的享受。目前，国内市场上的电压力锅功能相对还比较单一，还不能达到人们各方面的要求。本设计利用单片机对电压力锅锅内温度和压强进行实时控制，使电压力锅能够根据不同的食材做出更加符合人们口味的食物，该系统控制功能稳定，控制模块体积小，成本低，具有很高的经济效益和推广前景。
参考文献：
[1]蔡怡凡，叶桦.电饭煲温度控制系统的研究.东南大学学报（自然科学版）. 2008.11（38卷）：119-122
[2]夏婉婷.国内新概念电饭煲的发展趋势浅析.湖北美术学院学报.2010.NO.04
[3]陈卿，侯薇.家电控制与检测用集成电路[M].北京：中国计量出版社，2005：83-91
[4]王刚.模糊控制电磁电饭煲控制系统的设计与实现.哈尔滨工业大学.2008-12-01
[5]陈伟.多功能智能电饭煲设计.现代商贸工业.2015-03-15
[6]李玮.全自动电饭煲总体设计.技术与市场.2007-06-10
作者简介
秦刚（1968-），男（汉族），双学士，教授，主要研究方向为计算机控制系统；邵亚强（1991-），男，硕士生，主要研究方向为计算机控制系统。通讯联系人，18710959063，shyaqiang.com。