基于单片机控制的模糊电饭锅.doc

摘要一个多世纪以来，许多科学家和思想家一直致力于人类大脑的 构筑函数和运行机制的研究，试图将人类的思维方法装入机器，这 就是人工智能人工智能的出现，开辟了自动控制领域的新时代， 模糊控制技术就是人工智能的重要分支家用电器是模糊应用最多的领域之一，它们的控制过程一般很 难用精确的数学模型来描述，所以对家用电器的控制往往要基于模 糊控制，本文着重介绍在电饭煲的应用中，利用模糊控制原理如何 来识别煮饭量及进行加热温度控制，同肘简单介绍其硬件系统和软 件系统的设计关键词:模糊变量，电饭煲，模糊控制，隶属函数AbstractMore than a century, many scientists and thinkers has been committed to building the human brain functions and operating mechanism in an attempt to load the machine the human way of thinking, this is artificial intelligence. The emergence of artificial intelligence and opened up a new era in the field of automatic control, fuzzy control technology is an important branch of artificial intelligenceHousehold appliances is one of the areas most fuzzy applications, they generally difficult to control the process of accurate mathematical models to describe, so the control of household appliances often based on fuzzy control, this paper focuses on the application in the rice cooker, using fuzzy control theory and how to identify the amount of cooking and heating temperature control, while a brief introduction of their hardware and software system design. Keywords: fuzzy variables, rice cookers, fuzzy control, membership function1.前言 2 .模糊控制系统概述 22.1.＞通电饭锅的结构 22. 2.方案论证 22. 3模糊电饭锅的工作原理 22. 3.1.入水阶段 32. 3.2.力口热阶段 32. 3.3.沸腾阶段 32.3.4・烟饭阶段 32. 3.5.膨胀阶段 42. 3. 6.保$3. 电饭锅模糊控制器的设计 53. 1 .模糊电饭锅的基本功能 53. 2模糊控制的硬件设置 53. 2.1.电源电路 63. 2. 2.检测信号的电路 63. 2. 3.显示电路 63. 2.4.加热控制电路 63. 3.模糊控制的软件设计 63. 3.1系统初始化 63. 3.2参数设定 63.3.3.工艺推理及过程控制 74. 模糊控制算法 94.1模糊控制的基本原理 94. 2米量的模糊推理 104. 3加热功率的模糊推理 124.41艺过程控制 135. 小结 1414参考文献1 .前言随着科学技术的发展，家用电器发生了奇迹的变化。

如今打上模糊控制标签 的家用电器越来越多模糊控制技术是21世纪的核心技术，是模仿人类大脑思维 的技术，是简单有效的控制技术家用电器应用模糊控制技术后，在更加人性化 的同时，其性能更加的完善，使用更加的方便，节能水平更高模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算 机数字控制技术模糊控制力图对•人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进 行加工，总结出知识，从中提炼出控制规则，用一系列多维模糊条件语句构造 系统的模糊语言变量模型，应用CRT等各类模糊推理方法，可以得到适合控制要 求的控制量，可以说模糊控制是一种语言变量的控制采用模糊控制的电饭锅是一利新型的多功能家用烹饪器具，它集微机技术、 自动控制技术、食品工程技术和工业造型设计等于一体本文由MCS-51系列8031 单片机为核心组成的电饭锅模糊控制，对米量和温度进行模糊推理，来控制煮饭 的加热过程，从而使模糊电饭锅实现吸水、加热、沸腾、饷饭，膨胀等多种功能, 并且每种功能都能取得理想效果2 .模糊控制系统概述2. 1 .普通电饭锅的结构普通电饭锅也称保温式自动电饭锅在控制电路的设计上，通常把控制煮饭和 控制保温两个功能结合在一起。

它主要由加热器，内锅，锅盖，开关，磁钢限温 器，自动保温器，指示灯，电源插座和外壳等部分组成2. 2.方案论证普通电饭锅普通电饭锅的控制大都采用温度控制原则，以保证电饭锅自动断电和保温 所以，电饭锅性能的优劣完全依赖这些器件自生物理特性和机械特性的好坏，由 于限温器软磁钢导磁的不一致性和恒温器双金属片调整的不一致性，会直接影响 电饭锅的质量原则加上磁惰性以及机械惰性也会导致温度控制不准确，从而使 电饭锅的控制特性变坏它采用单一•的温度控制，由于煮饭量，煮饭量和水质可 以在较大范围内随机变化，因此，单一的温度控制原则是难以适应这种随机变化 的模糊电饭锅为了克服普通电饭锅存在的缺点，人们在设想，电饭锅的控制能否具有人类 的一定思维这种电饭锅可以进行米量的自动识别和烹调过程的自动调节，并以 “煮饭专家”的思想控制全过程，从而使煮出来的饭从糖化程度，黏度，口感等 方面进行度量，都比普通电饭锅的效果要好它根据人工经验，采用模糊控制进 行煮饭，成为名符其实的“煮饭专家” O2. 3模糊电饭锅的工作原理电饭锅是常用家用电器，采用数字单片机和模糊控制技术可以对电饭锅进行 理想的智能控制在这一节中介绍的模糊电饭锅是采用单片机MC51系列-8031 单片机进行控制的；它的煮饭过程用模糊推理进行调节；所以，利用模糊推理可 以自动推算出电饭锅内的米饭量，并根据推算出的米饭量采用最合理的烹调工艺 过程进行煮饭过程处理。

这种过程是“煮饭专家”的专家控制过程因而，模糊 电饭锅煮出来的饭比传统的电饭锅要好得多，无论从糖化程度，粘度，口感等方 面来说，都是十分吸引人的模糊电饭锅是模糊理论在实际中应用十分成功的一 个典型例子也向人们展示了模糊理论应用的广泛前景从煮饭专家的角度分析煮饭的过程，可以把这个工艺过程分成吸水，加热， 沸腾，烟饭，膨胀和保温阶段，如图1所示各个阶段的工作和意义如下：图2-1煮饭的工艺过程2. 3.1.吸水阶段大米在正常状态的含水量较低，吸水阶段的工作目的就是使大米的含水量升 高，以便在加热阶段能够使大米的加热趋于均匀，热量易透到大米的芯部，提高 烹煮的均匀性和米饭的质量在这个阶段使大米的温度随水温上升，水温应低于 55o C；否则会使大米中的淀粉a化，这样就会使米芯淀粉的糖化、还原糖等和 外部即大米表面一样在这阶段，米的传热性和水的对流情况均能达到满意的效 果，锅和水的温度基本相同，耗用功率较小，是下一阶段的准备阶段2. 3. 2.加热阶段加热阶段中对锅进行较大功耗的加热，从而使水温不断升高；大米继续吸收 水分，并且在较高温度的情况下开始了淀粉的&化，在这个阶段，由于水温较高, 热水开始进行对流，故使所有的米能均匀受热。

在加热阶段中的时间对米饭的质 量有极大的影响它会使米饭的a化程度、还原糖量、硬度、粘度和味道都会产 生不同的变化在这个阶段中，控制加热过程使其合理地进行是尤其重要的只 有十分恰当地控制这个阶段的加热过程，使上述有关的米饭各种指标能处于均衡 而较理想的程度；这样才能获得无论从营养还是口感上来讲都是令人满意的米 饭在加热阶段，无论这时锅内的米量是多还是少，-•般都控制它的加热是均匀 进行的，也就是说，要求锅中的米在一•定的时间内能均速从t,时的温度上升到 to时的100 OCo是说，要求锅中的米在一定的时间内能均速从t,时的温度上 升到t时的100o2. 3.3.沸腾阶段沸腾阶段使电饭锅的水温保持在100o C的水平这个过程使大米作深度吸 水，而且在较高的温度作用下促使淀粉的a化当大米充分吸水之后，饭锅的水 就进一步减少锅底就渐渐趋于干燥；牛锅底的水份少到一定程度，则温度就会 上升，这时沸腾过程结束烟饭阶段的目的就是要使热量能透入到米饭的芯部，使米饭充分受热而内部 的质量和外部质量趋于一致也就是使米芯的淀粉的a化，还原糖等和外部即大 米表面一样饷饭阶段还使大米外部的水份一部分深透入米芯j促进内部的成熟 变化，另一•部分水份蒸发掉。

这样，就使得整粒米饭外内一样在饷饭阶段，饭 锅内部的温度会上升到较高的温度，通常达到145 C左右这样，不但有利于米 饭的成熟，而且，使锅底的米饭产生特殊的香味在到达145 C左右时•，停止 加热，由饭锅的余热对米饭进行热烟2. 3.5.膨胀阶段膨胀阶段是一个使米饭松化的过程这个过程在醐饭温度下降到一定程度 时，马上又进行加热，这次加热会使米饭的水份进一步蒸发，由于蒸发水份对米 饭的作用，使米饭进一•步变得松软加热温度高到一定程度停止，米饭乂进行放 热米饭处于这种加放热状态；就可以变得充分松软III2. 3. 6.保温阶段保温阶段在饭锅的温度下降到70C时开始执行，通过保持米饭处于恒定的 70C温度，就能在12小时左右保持米饭的质量完好如新传统的电饭锅以磁 钢对饭锅进行控制、根本无法完成这个煮饭的工艺过程用MCS-51系列8031 单片机控制的电饭锅，以模糊控制实现煮饭专家的工艺过程控制，故可以煮出质 量优良的米饭3.电饭锅模糊控制器的设计3.1 .模糊电饭锅的基本功能模糊电饭锅具有很强的功能，其中包括以下几点：（1） 可以煮各种米饭，蒸饭，蒸肉以及制作多种食品2） 可以量多个烧饭时间，在规定的时间开始做饭，并按照程序自动将饭做好 后停止蒸煮加热，进入待命状态。

3） 可以显示各种定时时间值和蒸煮温度，有故障时能显示故障信息4） 能够在一•定加热功率条件下，通过电饭锅温升的速度来判断锅内米量5） 能根据米量的多少来确定最佳烧饭温度曲线6） 烧饭时，能根据自动报知加菜时间，提醒使用者及时加菜7） 电源具有过压，欠压检测保护功3. 2模糊控制的硬件设置这是由MCS-51系列8031单片机为核心组成的电饭锅模糊控制器主要包括 电源，检测信号输入电路，功能输入电路，显示电路和加热控制电路VCCRESET p“A+5VGNDALEPt>J 60174LS164CPLED,AI2*5V<>-率SC2dtqT工幸SCI2764DiOEABCP—ABTACPBOn Q?PSUNP| irP|6XTALiXTAL,T电源（三路狡立）CLK 7D7QID3Q2QIQTV。