CN2246477Y - 模糊控制电饭煲电脑控制器 - Google Patents

Abstract

一种模糊控制电饭煲电脑控制器，其主要包括单片机、加热器驱动电路、看门狗复位电路、上电复位电路、温度检测电路、键处理电路、指示灯及液晶显示电路；其中单片机具有一个模糊推理单元、并行输入输出口线、四路A/D转换接口及液晶显示驱动电路；单片机经输入输出口线读取温度检测电路及键处理电路的电信号，经程序处理和模糊推理单元推理后，通过加热器驱动电路控制加热器的通断，通过指示灯及液晶显示电路显示当前的工作状态，经模糊推理单元的推理达到加热火力的精确控制。

Description

模糊控制电饭煲电脑控制器

本实用新型涉及一种家庭使用的电饭煲控制器，特别是一种具有模糊推理功能的模糊控制电饭煲电脑控制器。

现在的电饭煲控制器可分为机械式控温器、电子式控温器和电脑控温器。机械式控温器使用特殊磁铁和双金属片，只能控制闷米饭干锅后的103℃和保温70℃两个温度点，只能用来闷米饭；电子式控温器采用温度传感器技术，提高了控温精度，可以完成多种菜单的烹调，但是其电路比较复杂，元器件数量多，控制方式不够灵活；电脑式控温器采用单片机，功能及性能上有了较大提高，这种控制器在驱动电路中采用继电器，以常规的控制方法来控制加热，只要锅内温度低于某个温度点，就开始加热，锅内温度高于某个温度点，就停止加热，这样在开锅时和煮粥的过程中很容易造成溢锅，而且锅内温度波动很大，煮粥时一会儿开，一会儿不开，造成口感欠佳。例如；专利号为2106565公开的“多功能电子保温电饭煲”如图1所示，该电饭煲的控制器主要包括单片机1、锅盖温度检测电路2、锅底温度检测电路3、电源电路4、上电复位电路5、键处理电路6、锅底加热器驱动电路7、锅盖及侧壁加热器驱动电路8、指示灯电路9、液晶显示电路10、音响提示电路11、停电记忆电路12。

单片机1通过输入输出口线读取温度检测电路2、3及键处理电路6的数据，经程序处理后，经驱动电路7、8实现加热过程，通过指示灯电路9、液晶显示电路10显示当前工作状态，经音响提示电路11给予声音提示信号。

上述电路存在以下缺点：

1、由于其采用常规的固定温度点控制方式，锅内温度波动大，容易溢锅或不开锅；

2、锅底加热器驱动电路采用继电器控制，限制了动作频繁程度，无法实现连续变化的火力控制；

3、停电记忆电路仅能维持1小时，超过1小时后原有信息会全部丢失；

4、上电复位电路功能单一，无法保证在多种情况下可靠复位；

5、锅盖及侧壁加热器电路中对可控硅的驱动采用三极管电路，高低压未完全隔离，安全及抗干扰性能差。

本实用新型的目的在于提供一种具有模糊控制功能的模糊控制电饭煲电脑控制器。

本实用新型的另一目的在于提供一种火力大小可连续变化、系统工作可靠及使用安全的模糊控制电饭煲电脑控制器。

为了达到上述目的，本实用新型采取了如下措施：

在单片机中设置有模糊推理单元，以进行模糊控制；锅底加热器采用可控硅驱动电路，以便实现频繁通电的连续火力控制；采用了电池式长时间停电记忆电路，确保停电后再来电时状态的恢复；在上电复位的基础上增加了看门狗电路，以提高控制器工作的可靠性；可控硅驱动电路中采用光耦可控硅对高低压隔离，以提高控制器工作的安全性和可靠性。

本实用新型的模糊控制电饭煲电脑控制器，包括单片机、温度检测电路、键处理电路、加热器驱动电路、指示灯电路、上电复位电路、液晶显示电路、音响提示电路、停电记忆电路及电源电路；所述温度检测电路分为锅盖温度检测电路及锅底温度检测电路；所述加热器驱动电路分为锅底加热器驱动电路、锅盖及侧壁加热器驱动电路二部分；

其特征在于，所述单片机具有模糊推理单元、四路A/D转换接口、并行输入/输出口线、液晶显示驱动电路及存储器；

所述单片机通过输入/输出口线读取温度检测电路及键处理电路的电信号，经程序处理和模糊推理单元推理后，通过加热器驱动电路控制加热器的通、断，通过指示灯及液晶显示电路显示当前工作状态，通过所述音响提示电路输出高低不同的音响提示。

本实用新型的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述模糊推理单元中编制有具有模糊推理功能的程序；

所述模糊推理单元中存有二个输入量及一个输出量各自的隶属函数和控制规则，二个输入量为：目标温差和温度变化率：输出量为加热火力；

所述单片机依所述隶属函数将输入的目标温差和温度变化率的精确量模糊化，根据控制规则求出输出量的模糊量，使输出的模糊量如微火、小火、大火根据其隶属函数变成为用以完成控制操作的精确量。

本实用新型的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述二个加热器驱动电路均采用可控硅驱动电路；所述驱动电路由光耦可控硅电路及双向可控硅电路组成；所述单片机直接驱动光耦可控硅电路，光耦可控硅电路再驱动双向可控硅电路控制加热器的通电和断电。

本实用新型的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，还包括一个看门狗复位电路；其由一放大电路及一时基电路构成；电路DOG控制线一端联至单片机的输入/输出口，另一端联至所述放大电路的信号输入端，时基电路输出端联至单片机的复位口线。

本实用新型具有下述效果：

由于采用了模糊控制，减小了温度波动，特别是彻底消除了溢锅和不开锅现象；由于锅底加热器驱动电路采用可控硅，可以实现火力的连续控制；由于停电记忆电路采用了电池，解决了定时或烹调中断电的问题，使系统工作更加可靠；由于在上电复位电路基础上，增加了看门狗复位电路，能够保证系统可靠的上电复位及外电网干扰时系统可靠复位；由于采用了光耦可控硅式的双向可控硅驱动电路，使高低压完全隔离，增加了系统的安全性和可靠性。

总之，本实用新型由于采取了以上措施，达到了系统工作可靠、电路简单、功能全、操作简便的效果。使电饭煲不仅可以闷米饭，还可以煮粥、煮奶、煲汤，可以蒸食、炖肉，同时还具有长时间定时，自动保温等功能，使得电饭煲的使用简单、可靠、方便。

附图说明：

图1为现有电饭煲电脑控制器的原理框图；

图2为本实用新型的模糊控制电饭煲电脑控制器的原理框图；

图3为本实用新型的模糊推理单元中目标温差的隶属函数曲线示意图；

图4为本实用新型的液晶显示板图；

图5、图6为本实用新型的电路图；

图7～10为本实用新型的软件流程图。

下面结合附图及实施例对本实用新型的特点加以说明：

如图2所示，本实用新型包括单片机1、锅盖温度检测电路2、锅底温度检测电路3、电源电路4、上电复位电路5、键处理电路6、锅底加热器驱动电路7、锅盖和侧壁加热器驱动电路8、指示灯电路9、液晶显示电路10、音响提示电路11、停电记忆电路12、看门狗复位电路13；

单片机1通过输入/输出口线读取锅盖温度检测电路2、锅底温度检测电路3、键处理电路6的数据，经处理及单片机内部的模糊推理单元的推理后，通过锅底加热器驱动电路7，锅盖及侧壁加热器驱动电路8控制加热；通过指示灯电路9和液晶显示电路10显示当前工作状态；通过音响提示电路11给出高低不同的音响及音乐提示；并且通过看门狗复位电路13和停电记忆电路12保证在有外界干扰时或停电时工作正常进行。

如图5所示，本实用新型所用的单片机1是MC68HC05L1型，它是本实用新型的核心部分，它有29根输入/输出口线，2个16位定时/计数器，4K字节的程序空间，64字节的内存区，1个外中断输入端，1个定时/计数外输入端，4路8位A/D转换器，2个输入捕捉输入端，2个输出比较输出端和20根液晶驱动口线，还带有一个模糊推理单元。本单片机1性能价格比高，控制能力强，并且省去了外接总线扩展接口，本实用新型利用MC68HC05L1的输入/输出口PA做为控制锅底加热器驱动电路7和锅盖及侧壁加热器驱动电路8的输出口，PB口用做键处理电路6的输入口和指示灯电路9的输出控制口，PC口用作键处理电路6的输入口和A/D转换输入口，PD口用作音响提示电路11的输出口，PE口用作看门狗复位电路13中DOG输出脉冲的输出口。晶振GA和电容C3、C4、电阻R3构成时钟振荡电路，晶振GA的两脚分别接至单片机1片内时钟振荡器电路控制输入端，对单片机1所有未用的口线如PA口部分口线等，采用接地或接+5V的方法，防止外界从口线上串入对单片机1的干扰。电容C5用于提高A/D转换的可靠性和精度。

本实用新型中的模糊推理单元是按照模糊控制规则编制的一段具有推理计算功能的特殊程序，存储在单片机的只读存储器中，与单片机的运算单元一起完成模糊推理计算和精确数学计算，成为单片机的一个新功能。

模糊推理单元中包括有输入量：目标温差和温度变化率，输出量加热火力值的隶属函数关系。例如：目标温差的隶属函数，如图3所示，图中Y轴表示隶属度，X轴表示目标温差的值，如其中一曲线NL的函数式表示如下：

从图中可知，如当目标温差为5度时，它为正大(PL，即当前温度超过目标温度很多)，其隶属度约为30％，它为零(ZERO，即当前温度与目标温度相同)，其隶属程度约为50％。

输入量-目标温差ET及温度变化率DT分别有负大(NL)、零(ZERO)及正大(PL)三个隶属函数；输出量-加热火力有低、中、高三个隶属函数。还包含有控制规则，例如：当目标温差为负小(即当前温度比目标温度略小)，温度变化率为正小(即温度低速升高)时，加热火力为小火。

当程序调用模糊推理单元时，需将目标温差和温度变化率的精确值送入，模糊单元首先根据隶属函数将输入量模糊化，成为可用语言描述的比较小、特别小、比较大、特别大模糊量；再根据控制规则求出加热火力的模糊量如微火、小火、大火等，并根据隶属函数将其精确化，成为可以用来完成控制操作的精确量。

锅盖温度检测电路2和锅底温度检测电路3分别由热敏电阻RT1、RT2，电阻R1、R2和滤波电容C1、C2构成，温度变化时，热敏电阻的阻值变化，这样单片机1的AN4、AN5的电压就会随温度的变化而变化，通过单片机1的A/D转换，把温度转换成了单片机1可以处理的温度数据，可以分辨到0.5℃左右，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1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，控制加热器的加电时间。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，使温度波动范围维持在±1.5℃以内。加热过程是按预定的控制曲线进行的，其规律是：加热的最初阶段使用最大火力，锅底温度逐渐上升，当升至100℃时，停止上升，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。

看门狗复位电路13由三极管放大电路、时基电路NE555组成；看门狗信号DOG控制线联至单片机PE口17脚，时基电路NE555的3脚输出RESET信号联至单片机的复位RESET口。它的工作原理是：当单片机1正常工作时，单片机1的DOG口发出周期为100mS的脉冲信号，V2不断处于截止、饱和导通状态，C13不断充、放电，使C13上的电压(即NE555第2脚上的电压)总是＜1/3VCC，则NE555的输出端3脚总为高电平，当单片机1由于外界干扰不能正常工作时，DOG口不再发出脉冲信号，NE555会处于无稳态多谐振荡模式，C13通过R17充电，NE555的2脚电位随时间增加，达到2/3VCC的阈值电压时，NE555输出端3脚翻转变为低电平，由于3脚接单片机的RESET脚，使单片机强制复位，同时NE555内部放电管饱和导通，通过R16放电，使C13上电压下降至1/3VCC时，NE555第3脚又呈高电平，NE555内部放电管又处于截止状态，则C13又被充电，这样C13不断的充电、放电，则单片机的RESET端不断有复位脉冲出现，直到单片机68HC05L1强制复位成功，单片机系统又开始正常工作为止。由于系统采用了上电及看门狗双重复位，增加了系统的可靠性，可防止外界干扰时系统出现死机的现象。

如图5所示，上电复位电路由电容C6及电阻R4组成，当系统初次上电时，C6正端为低电平，并通过电阻R4对其充电，C6为高电平时，上电复位完成。

如图5所示，键处理电路6由低电平触发电路构成，电阻排RP的公共端连至电源VCC，其余端分别连至SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6，电容C15-C20起去耦作用，这样就组成了6个按键电路，SW1为菜单键，SW2为快煮键，SW3为时间减键，SW4为时间增键，SW5为取消/保温键，SW6为启动键。当某个按键按动时，可送一低电平至单片机1，单片机1检测到按键送来的信号后执行相应的功能操作。

如图5所示，液晶显示电路10仅由一块液晶板组成，它的管脚联至单片机1的VBP0-1、VSEG0-15端，由单片机1直接驱动。液晶板上的每一段都对应于单片机1的内存中的1位，只要往要显示的段所对应的位中写入“1”，则单片机1的液晶驱动电路就会驱动相应段点亮，送入“0”则熄灭。

液晶显示含义如下(如图4所示)：

错误：错误报警及受到干扰后看门狗复位标志

快煮：快速煮饭标志(适用于白米)

OK：保温状态标志

18：88：从现在至烹调结束的时间

白米、煲汤、炖肉、蒸、大米粥、八宝粥、小米粥、煮奶：烹调菜单。

如图5所示，停电记忆电路12由电阻R19、R20、R18、二极管V8、充电电池BT组成，电阻R19和R20构成电源检测电路，并接至单片机的A/D转换输入端AN0，当停电后，电源电压降低，单片机就会调整内部工作状态；当电源正常时，会通过电阻R18和二极管对充电电池BT充电，停电时，由充电电池BT对单片机供电，二极管用于防止充电电池对电源电路漏电。

如图6所示，电源电路4由电源变压器、桥式整流电路、滤波电路、7805稳压电路组成。电路的工作原理是交流220V电压经变压器转换成9V的交流电压，经V2、V3、V4、V5桥式整流，C8、C9滤波，再经7805稳压后，得到+5V直流电压，C10起滤除干扰的作用，V1起反向电压保护作用，防止电源故障对其它电路的破坏。在交流电源输入端加了压敏电阻RV和电容C11，使电源工作更加稳定。

如图6所示，锅底加热器驱动电路7、锅盖和侧壁加热器驱动电路8基本相同，由电阻(R8、R7)，光耦可控硅(V11、V10)，限流电阻(R10、R9)，旁路电阻(R12、R13)双向可控硅(V8、V9)，电阻R11和电容C7构成，可控硅V8用于驱动锅底加热器，V9用于驱动锅盖和侧壁加热器。由于锅底加热器功率较大，在V8上还并联了由R11、C7构成的阻容电路，防止其对外界的干扰。当需要对锅底加热器或锅盖和侧壁加热器加热时，单片机1在PA6或PA7上送出宽度为加热火力值乘以5mS的低电平和宽度为(256-加热火力值)乘以5mS的高电平组成的周期为1.28秒的方波，送出低电平时，光耦可控硅导通，带动双向可控硅导通，从而使加热器通电加热；送出高电平时，光耦可控硅截止，带动双向可控硅截止，使加热器断电。这样，当加热火力值在0到256之间变化时，就会得到一个连续变化的加热火力。

如图6所示，指示灯电路9由3个发光二极管H1、H2、H3和一个限流电阻R5构成，H1亮代表正在定时中，H2亮代表正在保温中，H3亮代表正在烹调中，由于3个发光二极管同时只会有1个亮，所以共用了一个限流电阻R5，这样可以减少系统元件数量，提高系统可靠性，单片机1通过PB口的PB5、PB6、PB7以灌电流方式驱动三个发光二极管，送出高电平，发光二极管灭，送出低电平，发光二极管亮。

如图6所示，音响提示电路11由电阻R6，三极管V6，电容C14，蜂鸣器HA构成，并联至单片机的输出比较控制端CMP1脚，当CMP1送出以一定频率交变的高、低电平时，三极管就会驱动蜂鸣器发出相应频率的声音，去耦电容C14用于防止蜂鸣器对其它电路的干扰，单片机用两个定时器分别控制振荡的频率和保持振荡的时间就可出现高低、长短不同的音响以及音乐。

软件说明如下：

本实用新型的软件是根据烹调要求、模糊控制规则及使用功能要求编制而成。

软件具体流程见图7～10。

程序主要由初始化模块、主程序模块、烹调程序模块构成。下面简单介绍如下：

1、初始化模块：(如图7所示)

程序首先判断6个RAM单元是否被打乱，用6个RAM单元是否保留原始值来判断，若是保留原始值，表明内存单元未被破坏，则说明是看门狗复位，回到程序复位前的位置。若未保留原始值，表明是初次上电或者干扰将内存单元已经破坏，则程序对输入/输出口、内存单元及定时器进行初始化，然后进入主程序。

2、主程序模块：(如图8所示)

程序首先判断是否有键按下，若有则进一步判断是什么按键按下，如果是开始键、取消/保温键或快煮键，则进入烹调程序模块；如果是时间增键、时间减键或菜单键，则只需完成相应功能后再判断是否有键按下。若没有再判断是否有定时及时间是否已到，若设有定时且时间到，则进烹调程序模块；否则再判断是否有键按下，如此反复循环。

3、烹调程序模块：(如图9所示)

程序每隔2秒采一次锅盖温度及锅底温度，在2秒的等待时间内不断查询取消/保温键是否按下，若无则继续等待，若按下则回到主程序。所采锅盖温度分别记为TC0(6秒前)、TC1(4秒前)、TC2(2秒前)、TCR(现在)，锅底温度分别记为TM0(6秒前)，TM1(4秒前)、TM2(2秒前)、TMR(现在)。

定义锅底目标温差TEM＝TMR－TSM

TSM为锅底设定温度

锅底温度变化率DTM＝TMR－TM0

定义锅盖目标温差TEC＝TCR－TSC

TSC为锅盖设定温度

锅盖温度变化率DTC＝TCR－TC0

将TEM、DTM、TEC、DTC送入模糊推理单元，求出锅底加热器加热火力值OUTM(OUTM＝0-255)，锅盖和侧壁加热器加热火力值OUTC(OUTC＝0-255)。

然后令TM0＝TM1      TC0＝TC1

TM1＝TM2            TC1＝TC2

TM2＝TMR            TC2＝TCR

2秒后再采温度为TMR、TCR，这样每2秒采一次温度，并计算与6秒前的温度变化率及目标温差。

加热时，则以5mS为一个时间单位，加热火力值乘以5mS为加热时间，(256－加热火力值)乘以5mS为不加热时间，这样就形成一个周期为1.28秒，占空比连续变化的方波加热电压。从而实现了火力的连续控制。

加热完后进行烹调阶段处理，决定下次应进入的阶段，然后再重新采集温度，如此循环。

4、模糊推理单元程序模块(如图10所示)：

本程序首先取入两个输入量，根据两个输入量的隶属函数，将输入量(目标温差和温度变化率)值模糊化，再根据控制规则推出输出量(加热火力)的模糊量，然后再根据加热火力的隶属函数将加热火力精确化，成为加热火力值。

上述的输入量：目标温差和温度变化率可为锅盖或锅底的目标温差和温度变化率；由烹调程序决定并送入，输出加热火力值可以用来控制锅底加热器或锅盖和侧壁加热器，由烹调程序决定并执行。

Claims (9)

1、一种模糊控制电饭煲电脑控制器，包括单片机、温度检测电路、键处理电路、加热器驱动电路、指示灯电路、上电复位电路、液晶显示电路、音响提示电路、停电记忆电路及电源电路；所述温度检测电路分为锅盖温度检测电路及锅底温度检测电路；所述加热器驱动电路分为锅底加热器驱动电路、锅盖及侧壁加热器驱动电路二部分；

其特征在于，所述单片机具有一模糊推理单元、并行输入/输出口线、四路A/D转换接口、只读及随机存储器、液晶显示驱动电路；

所述单片机通过输入/输出口线读取温度检测电路及键处理电路的电信号，经程序处理和模糊推理单元推理后，通过加热器驱动电路控制加热器的通、断，通过指示灯及液晶显示电路显示当前工作状态，通过所述音响提示电路输出高低不同的音响提示。

2、根据权利要求1所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述二个加热器驱动电路均采用可控硅驱动电路；所述驱动电路由光耦可控硅电路及双向可控硅电路组成；所述单片机直接驱动光耦可控硅电路，光耦可控硅电路再驱动双向可控硅电路控制加热器的通电和断电。

3、根据权利要求1所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，还包括一个看门狗复位电路；其由一放大电路及一时基电路构成；电路DOG控制线一端联至单片机的输入/输出口，另一端联至所述放大电路的信号输入端，时基电路输出端联至单片机的复位口线。

4、根据权利要求1所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述停电记忆电路包括一电源检测电路及一充电电路；电源检测电路为一由电阻组成的分压电路，其一端联接供电电源，另一端联接至所述单片机的A/D转换输入端；充电电路由一电阻、一个二极管及一电池组成，所述电池一端经所述电阻及二极管接至供电电源，该端也联接至所述单片机；在单片机控制下电源电压正常时，所述电池处于充电状态；停电时，由电池对单片机供电。

5、根据权利要求1～4中任一项所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述锅盖温度检测电路及锅底温度检测电路分别由一个高精度的热敏电阻、一电容及一精密电阻组成；温度检测电路由所述热敏电阻将温度信号转换成电压信号输入至所述单片机，单片机经其内部的A/D转换电路将所述电压信号转换为数字信号。

6、根据权利要求1所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述指示灯电路由三个发光二极管和一个电阻组成，发光二极管分别直接联接至所述单片机的PB口，由单片机驱动发光二极管发光。

7、根据权利要求1所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述电源电路由一电源变压器、一桥式整流电路、滤波电路及稳压电路组成，在交流电源输入端加有一用于滤除电源干扰的压敏电阻及滤波电容。

8、根据权利要求1所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述音响提示电路由一个三极管驱动电路和一个蜂鸣器组成，三极管驱动电路的输入端直接联接到所述单片机的输出比较控制端，单片机经所述输出比较控制端输送音响及音乐信号。

9、根据权利要求1所述的模糊控制电饭煲电脑控制器，其特征在于，所述单片机采取型号为MC68HC05L1的集成电路。

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