1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及原理
系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,設(shè)計(jì)采用的是模塊化的設(shè)計(jì)思想,有利于系統(tǒng)的組裝和調(diào)試,縮短開發(fā)周期。
它的原理如下:手機(jī)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制短信到GSM模塊中,單片機(jī)通過讀GSM模塊取得控制命令字并解析得到明確的命令信息,控制繼電器動(dòng)作,完成對(duì)電飯鍋的控制并以短消息的形式將命令執(zhí)行情況通過GSM模塊反饋到用戶的手機(jī)上。
2 系統(tǒng)的各硬件實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)主要由全自動(dòng)電飯鍋和智能控制電路系統(tǒng)組成。全自動(dòng)電飯鍋在傳統(tǒng)電飯鍋的基礎(chǔ)上添加機(jī)械裝置改造而成,智能控制電路系統(tǒng)則由電源模塊、GSM模塊、單片機(jī)模塊、狀態(tài)檢測(cè)和控制模塊四個(gè)主要部分組成。
2.1 全自動(dòng)電飯鍋的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的電飯鍋無論是保溫自動(dòng)式、定時(shí)保溫式、還是新型的微電腦控制式,在實(shí)時(shí)方面已得到長(zhǎng)足的發(fā)展,但仍然存在明顯的缺陷與不足,如定時(shí)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)影響飯的口感等,有效地解決目前電飯鍋存在的各種缺陷,是創(chuàng)新與發(fā)展的方向。其中電飯鍋的全自動(dòng)化和遠(yuǎn)程智能控制是未來電飯鍋技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向,要實(shí)現(xiàn)電飯鍋全自動(dòng)控制,全自動(dòng)電飯鍋是前提,本文結(jié)合全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)思想,在傳統(tǒng)電飯鍋的基礎(chǔ)上,通過增加適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置,設(shè)計(jì)出來的全自動(dòng)電飯鍋如圖2所示。
放米裝置由電磁鐵和檔桿構(gòu)成,電磁鐵同樣選用HCNE1-1039,檔桿由可逆電機(jī)控制,可以升降,采用行程開關(guān)限位,實(shí)現(xiàn)電飯鍋鍋蓋的開閉。加水裝置由電磁閥和進(jìn)水管構(gòu)成,電磁閥選用2W160-15.總的機(jī)械動(dòng)作有儲(chǔ)米、取米、淘米、放米以及加水等,單片機(jī)接收到控制命令后通過I/O輸出高低電平控制繼電器來實(shí)現(xiàn)。
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2.2 智能控制電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.2.1 電源模塊設(shè)計(jì)
GTM900C在上電啟動(dòng),登陸GPRS網(wǎng)絡(luò),發(fā)送數(shù)據(jù)等過程中,通常有較高的電流消耗,最高達(dá)2A,故電源芯片必須滿足至少2A的最大電流供給。電源電路主要由MIC29302-BT組成,其芯片產(chǎn)生3.8V電壓,給單片機(jī)和GTM900C模塊供電,如圖3所示,該電路基本能滿足條件。另外1腳是使能端,可接到單片機(jī)端口使在不進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)時(shí)芯片不工作,降低功耗。
系統(tǒng)MCU選用美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機(jī)MSP430F149.它是一款低電壓(1.8~3.6V),高性能16位單片機(jī),其中斷源多,可以任意嵌套,使用時(shí)很靈活。此單片機(jī)還具有低功耗空閑和掉電模式,支持軟件設(shè)置睡眠和喚醒,能滿足本系統(tǒng)需求。
2.3 GSM模塊設(shè)計(jì)
出于制作成本和兼容性的考慮,系統(tǒng)采用華為公司的GTM900C芯片,由于單片機(jī)的I/O口邏輯電平為3.6V,與GTM900C的I/O口2.85V的邏輯電平相差不大,所以無需電平轉(zhuǎn)換就能進(jìn)行硬件對(duì)接。GSM模塊和單片機(jī)的連接較簡(jiǎn)單,將兩者串口接好,在單片機(jī)端將串口參數(shù)設(shè)置好即可發(fā)送相應(yīng)的AT指令對(duì)模塊進(jìn)行操作。
GSM模塊與單片機(jī)的連接情況如圖4所示。通信速率為9600Kb/s,采用8位異步通信方式。
當(dāng)有新短消息到達(dá)時(shí),由GTM900C模塊向單片機(jī)發(fā)送指令喚醒,單片機(jī)讀取短信內(nèi)容并解碼,I/O口輸出高低電平,控制繼電器動(dòng)作,完成對(duì)電飯鍋的控制,處理完畢后用指令將短信從SIM卡中刪除,然后重復(fù)上述過程。
2.4 狀態(tài)檢測(cè)與控制模塊設(shè)計(jì)
本模塊主要包括狀態(tài)檢測(cè)電路和智能控制電路,狀態(tài)檢測(cè)電路主要是采集電飯鍋的故障信息與完成狀態(tài)信息,分別有“開始煮飯”,“煮飯結(jié)束”,“出現(xiàn)故障”等,各模塊采集的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的SPI總線傳輸給單片機(jī),由單片機(jī)根據(jù)各狀態(tài)數(shù)據(jù)編碼后經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至手機(jī)中。智能控制模塊包括機(jī)械控制和煮飯控制兩部分。機(jī)械控制主要通過單片機(jī)的I/O口輸出高低電平控制繼電器來實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)選用HF32FA/005-HS型繼電器,單片機(jī)與固態(tài)繼電器的接口如圖5所示,圖中驅(qū)動(dòng)電路是為了提高單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾能力。
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3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要任務(wù)是編寫應(yīng)用程序,本系統(tǒng)的應(yīng)用程序重點(diǎn)是單片機(jī)的程序,其實(shí)現(xiàn)的主要功能包括以下幾方面:
(1)對(duì)GSM模塊的初始化;
(2)智能控制;
(3)數(shù)據(jù)通信。
GSM模塊是系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件之一,因此對(duì)它的初始化操作必須十分仔細(xì).單片機(jī)通過串口向GTM900C模塊寫入相應(yīng)的AT設(shè)置命令,進(jìn)行初始化,使模塊成功粘附在GPRS網(wǎng)絡(luò)上,獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商分配的動(dòng)態(tài)IP地址,與目的終端建立連接。GTM900C的初始化主要包括如下指令:
(1)ATE,關(guān)閉回顯;
(2)AT+CPIN,檢查SIM是否正常;
(3)AT+CGREG設(shè)置模塊注冊(cè)提示;
(4)AT+CREG測(cè)試聯(lián)網(wǎng)情況等。除此之外程序還包括CPU的初始化、來短信檢測(cè)、外部電源掉電檢測(cè)等,軟件系統(tǒng)在初始化CPU時(shí)加入了看門狗程序,能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)自動(dòng)復(fù)位。圖6是主程序的流程圖。
全自動(dòng)電飯鍋遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后,需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的有效性。系統(tǒng)上電后,GPRS網(wǎng)絡(luò)指示燈突然熄滅,模塊自動(dòng)關(guān)機(jī),后在供電電壓輸出端接電容去紋波后,模塊正常工作。用SocketTool軟件對(duì)無線模塊進(jìn)行調(diào)試,GPRS能順利接通并返回正確的數(shù)據(jù)。選用酷派8050手機(jī)編輯設(shè)置米量和煮飯方式的信息“300g,快煮”并發(fā)送。單片機(jī)收到指令后,完成取米、淘米、放米、加水及煮飯的全部流程,并把煮飯狀態(tài)反饋給手機(jī)。經(jīng)過4次測(cè)試,煮飯煮完成后,手機(jī)分別在7s,9s,11s,10s內(nèi)收到反饋信息,能基本滿足要求。系統(tǒng)對(duì)米量和水量的計(jì)量是根據(jù)所選擇的煮飯方式并通過單片機(jī)對(duì)電磁鐵和電磁閥定時(shí)控制實(shí)現(xiàn)的,測(cè)試過程中設(shè)置米量300~500g,間隔50g,“快煮”方式,水量設(shè)定為米量的1.8倍,即米量為300g時(shí),水量為540mL,依此類推,米量和水量各測(cè)試3次,測(cè)試值和設(shè)定值如表1所示。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)電飯鍋遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的方案是可行的。米量和水量的計(jì)量采用單片機(jī)定時(shí)控制替代了復(fù)雜的流量控制裝置,使得操作更簡(jiǎn)單,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時(shí)也使得系統(tǒng)成本更低。
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