采用模糊邏輯控制的電飯煲電路設(shè)計(jì)

目前，市場上的電飯煲大部分采用固定功率的方式加熱，能源利用率低、功能單一，難以滿足人們的日益增長的生活需求。開發(fā)功能齊全、成本低廉、節(jié)省能源、安全可靠的微電腦電飯煲，是非常有必要的。

1 電飯煲的工作原理及硬件組成

系統(tǒng)選用以低成本、功耗小、性能良好的8位A／D型HT46R47單片機(jī)為控制核心的控制電路。引腳如圖1所示。

他的主要特性如下：

·工作電壓：fSYS=4MHz：2．2～5．5V；

fSYS= 8MHz；3．3-5．5 V；

·13位雙向輸入／輸出口；

·8位帶溢出中斷的可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器，具有7級(jí)預(yù)分頻器；

·石英晶體或RC振蕩器；

·2 048×14位的程序存儲(chǔ)器PROM；

·64×8位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；

·在VDD=5V且系統(tǒng)時(shí)鐘為8MHz時(shí)，指令時(shí)鐘為0．5μs；

·s四通道9位的A/D轉(zhuǎn)換器；

·指令執(zhí)行時(shí)間皆為1或2個(gè)指令周期低電壓復(fù)位功能。

1．1 工作原理

電飯煲的工作原理如圖2所示。通電后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)可接收用戶的功能選擇，用戶所選功能通過顯示電路顯示出來，當(dāng)用戶按下確定鍵時(shí)，MCU開始對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)各種功能進(jìn)行相應(yīng)的加熱控制，直至功能結(jié)束時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警提示。

1．2 硬件電路設(shè)計(jì)

（1）MCU

MCU是電飯煲的核心部分，完成數(shù)據(jù)采集、輸入、處理、輸出、顯示等功能。

（2）測溫元件

測溫元件是準(zhǔn)確檢測溫度的關(guān)鍵。采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。由于熱敏電阻值的變化與溫度的變化是非線性關(guān)系，為了提高溫度的測量分辨率和系統(tǒng)的抗干擾性能，設(shè)計(jì)電路如圖3所示。

圖3中，Rt是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻；與R1并聯(lián)后的阻值與溫度的變化接近線性關(guān)系，提高分辨率；R2起分壓作用；O點(diǎn)為測量點(diǎn)：當(dāng)溫度變化時(shí)，Rt阻值發(fā)生變化，O點(diǎn)的電壓也跟隨變化，測量O點(diǎn)則可測量出溫度的變化；C1是防止干擾引起O點(diǎn)的電壓突變。

（3）加熱執(zhí)行電路

MCU通過PBl輸出方波控制信號(hào)，通過電容偶合、整流后送到三極管的B極，放大后驅(qū)動(dòng)繼電器工作。這樣有方波輸出時(shí)，繼電器接通發(fā)熱盤電源，沒有方波輸出時(shí)，則斷開發(fā)熱盤電源。而方波信號(hào)是MCU正常工作時(shí)才可輸出，當(dāng)單片機(jī)死機(jī)時(shí)，就不可能輸出。也就是說，當(dāng)單片機(jī)受到嚴(yán)重干擾死機(jī)時(shí)，PBl不可能輸出方波，發(fā)熱盤的電源會(huì)自動(dòng)斷開。這樣就可確保系統(tǒng)的安全性。

（4）聲音報(bào)警電路

MCU通過PD0口輸出方波信號(hào)，通過三極管放大，驅(qū)動(dòng)交流翁鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。

（5）顯示按鍵復(fù)用電路

顯示電路用分時(shí)掃描方式輸出，3個(gè)公共口7個(gè)顯示段，形式3×7顯示輸出。按鍵復(fù)用7個(gè)顯示段中的4個(gè)。當(dāng)掃描按鍵時(shí)，將全部顯示關(guān)掉，并把以按鍵相聯(lián)的I／O口設(shè)置為輸人口，當(dāng)掃描結(jié)束后，再改為輸出口。

（6）時(shí)鐘電源電路為MCU產(chǎn)生必要的工作條件，用于提供MCU工作所需要的時(shí)鐘和電源。

2 軟件設(shè)計(jì)

模糊控制的軟件流程如圖4所示。

在圖4中，t1，t2，t3，t01，t02是時(shí)間參數(shù)，要根據(jù)電飯鍋的不同功率進(jìn)行設(shè)定，其中t01《 t02。

在典型的750W電飯鍋應(yīng)用中取值如下：

t1=2 min，t2=30 s，t3=5 min，

t01=4 min，t02=8 min

主要步驟說明如下：

（1）通電加熱后，采用全功率加熱至60度，進(jìn)人（a）。

（2）（a）階段：記錄加熱電飯鍋膽從60-70度所需時(shí)間t，t是與鍋內(nèi)米和水的質(zhì)量成正比的；

（3）（b）階段：以t1為時(shí)間單位，測量起止溫度T1，T2當(dāng)T1＝T2時(shí)為沸騰狀態(tài)；

（4）（c）階段：根據(jù)（a）測米量所得到的時(shí)間t，和設(shè)定的參數(shù)t01，t02做比較，選擇適當(dāng)?shù)募訜峁β蔬M(jìn)行加熱；

（5）以t2為時(shí)間單位，測量起止溫度T1，T2，當(dāng)T1＝T2時(shí)為水干狀態(tài)，停止加熱；

（6）用余熱加熱米飯t3，時(shí)間，最后飯熟報(bào)警提示。

3 結(jié) 語

由于電飯鍋采用了模糊邏輯控制，模仿人的思維方式，又結(jié)合準(zhǔn)確的條件判斷，使這種電飯鍋即使在不同的海撥高度（有不同的沸點(diǎn)），也能準(zhǔn)確地檢測到電飯煲內(nèi)水的沸騰，能做到永不溢出；由于采用模糊邏輯，能準(zhǔn)確檢測到電飯煲內(nèi)的水是否已燒干，準(zhǔn)確地切斷加熱的電源，使得煮出的米飯松軟、不燒焦。在模糊邏輯的基礎(chǔ)上，再加上時(shí)間控制，就使這種模糊控制電飯煲具有的預(yù)約定時(shí)煮飯、煲湯、煲粥等功能。另外這種電飯鍋電路設(shè)計(jì)精簡可靠，所有控制電路硬件成本只需十多元。目前，我們?cè)O(shè)計(jì)的這種控制電路已被許多廠家采用，并進(jìn)行了大批量的生產(chǎn)。這種單片機(jī)模糊控制技術(shù)在電飯煲中的廣泛應(yīng)用，對(duì)改善人們的生活，將會(huì)有深遠(yuǎn)的影響。