电饭煲模糊控制器

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随着单片机技术的广泛应用,电脑控制家电越来越多,通过增加不多的硬件,配以相应的控制程序,使得家电的性能和档次较之机械控制和电子控制都大大提高。电脑电饭煲是近年出现的新一代小家电产品,炖肉、煲汤、蒸食、焗鸡、发米酒、发酸奶等功能由于不容易溢锅,对控温过冲和平稳程度要求不高,比较容易实现。但是煮粥和煮奶由于很容易溢锅,一直令电饭煲用户头疼,尽管从机械上采用了防溢内盖和密封圈等办法,但都不能完全解决。电脑电饭煲有的为了可靠,将温度控制在沸点以下,将米泡熟使口感很差。尽管电脑电饭煲有很方便的预约烹调功能,但由于担心溢锅,使得用户不敢使用。本文介绍的控制器采用了双传感器采温、模糊逻辑推理和可控硅控制,从而彻底解决了这一问题。具体介绍如下:

附图为电饭煲模糊控制器原理图。单片机IC采用带有四路A/D转换器、64段液晶驱动的MOTOROLA68HC05LI型单片机。传感器RT1、RT2采用价格低廉的热敏电阻,分别置于锅底感温帽内和锅盖内,通过补偿电阻转换成电压,送至单片机A/D输入口AN0、AN1。液晶显示板HL的COM和SEG端直接联至单片机,上面有四位数码显示和菜单指示符号。五个功能键SW1~SW5分别接有上拉电阻,联至单片机的PB口,功能分别为菜单选择、定时加、定时减、开始、取消/保温。三个发光二极管H1~H3通过限流电阻R2联至单片机的PA口,分别代表处于定时、烹调、保温中。PA6口通过三极管驱动一个蜂鸣器,用于用户在操作时及烹调完成后给出声音提示,PA7口通过光耦V3驱动可控硅V2。

图1
图1 🔍原图 (1375×1400)

煮粥和煮奶在整个烹调控制中有两个难点,一个是开锅时过冲的防止,一个是沸腾过程中随粥的粘稠程度变化改变控温点。在开锅时由于加热盘的余热,判断到开锅停止加热后已经控制不住温度过冲,造成溢锅。煮奶在开锅以后即完成烹调。煮粥随着熬的时间加长,锅内沸点是逐渐降低的,如果用单纯的温度点控制也会造成溢锅。而模糊控制技术的应用就彻底解决了这些问题。

模糊控制模型使用北京爱普公司开发的模糊控制开发平台软件Fuzzy Aid而搭建完成。首先将输入的精确量目标温差和温度变化率模糊化,成为可以用语言来描述的比较小、特别小、比较大、特别大等模糊量。还将输出的模糊量如微火、小火、大火等精确化,成为可以用来完成控制操作的精确量。然后再用语言可以描述的量设计控制规则。

对于不同的菜单及不同的烹调阶段,需要控制不同的温度点,这样单片机就可以计算出温度变化率和目标温差,送入模糊推理单元,推出加热火力值,控制加热器的加热功率,这样就可以在锅内温度接近目标温度时提前减小火力,在锅内温度降至目标温度前提前加大火力,从而避免了由于加热器的余热造成溢锅,也避免了由于加热器发热延迟造成锅内温度太低,从而将锅内温度稳定在温度控制点附近,使温度波动范围在±1.5℃以内。开始时使用最大火力,锅底温度升至目标温度时就不再上升,同时锅盖温度开始上升,随着锅盖温度上升速度增大,逐步减小火力,直至开锅,然后将锅盖和锅底温度平稳地控制在所需温度。(冯光永)