采用模糊逻辑控制的电饭煲电路设计

目前，市场上的电饭煲大部分采用固定功率的方式加热，能源利用率低、功能单一，难以满足人们的日益增长的生活需求。开发功能齐全、成本低廉、节省能源、安全可靠的微电脑电饭煲，是非常有必要的。

1 电饭煲的工作原理及硬件组成

系统选用以低成本、功耗小、性能良好的8位A／D型HT46R47单片机为控制核心的控制电路。引脚如图1所示。

他的主要特性如下：

·工作电压：fSYS=4MHz：2．2～5．5V；

fSYS= 8MHz；3．3-5．5 V；

·13位双向输入／输出口；

·8位带溢出中断的可编程定时／计数器，具有7级预分频器；

·石英晶体或RC振荡器；

·2 048×14位的程序存储器PROM；

·64×8位的数据存储器RAM；

·在VDD=5V且系统时钟为8MHz时，指令时钟为0．5μs；

·s四通道9位的A/D转换器；

·指令执行时间皆为1或2个指令周期低电压复位功能。

1．1 工作原理

电饭煲的工作原理如图2所示。通电后，系统进入待机状态，此时系统可接收用户的功能选择，用户所选功能通过显示电路显示出来，当用户按下确定键时，MCU开始对温度进行监测，对各种功能进行相应的加热控制，直至功能结束时，发出声音报警提示。

1．2 硬件电路设计

（1）MCU

MCU是电饭煲的核心部分，完成数据采集、输入、处理、输出、显示等功能。

（2）测温元件

测温元件是准确检测温度的关键。采用负温度系数的热敏电阻。由于热敏电阻值的变化与温度的变化是非线性关系，为了提高温度的测量分辨率和系统的抗干扰性能，设计电路如图3所示。

图3中，Rt是负温度系数的热敏电阻；与R1并联后的阻值与温度的变化接近线性关系，提高分辨率；R2起分压作用；O点为测量点：当温度变化时，Rt阻值发生变化，O点的电压也跟随变化，测量O点则可测量出温度的变化；C1是防止干扰引起O点的电压突变。

（3）加热执行电路

MCU通过PBl输出方波控制信号，通过电容偶合、整流后送到三极管的B极，放大后驱动继电器工作。这样有方波输出时，继电器接通发热盘电源，没有方波输出时，则断开发热盘电源。而方波信号是MCU正常工作时才可输出，当单片机死机时，就不可能输出。也就是说，当单片机受到严重干扰死机时，PBl不可能输出方波，发热盘的电源会自动断开。这样就可确保系统的安全性。

（4）声音报警电路

MCU通过PD0口输出方波信号，通过三极管放大，驱动交流翁鸣器发出声音报警。

（5）显示按键复用电路

显示电路用分时扫描方式输出，3个公共口7个显示段，形式3×7显示输出。按键复用7个显示段中的4个。当扫描按键时，将全部显示关掉，并把以按键相联的I／O口设置为输人口，当扫描结束后，再改为输出口。

（6）时钟电源电路为MCU产生必要的工作条件，用于提供MCU工作所需要的时钟和电源。

2 软件设计

模糊控制的软件流程如图4所示。

在图4中，t1，t2，t3，t01，t02是时间参数，要根据电饭锅的不同功率进行设定，其中t01《 t02。

在典型的750W电饭锅应用中取值如下：

t1=2 min，t2=30 s，t3=5 min，

t01=4 min，t02=8 min

主要步骤说明如下：

（1）通电加热后，采用全功率加热至60度，进人（a）。

（2）（a）阶段：记录加热电饭锅胆从60-70度所需时间t，t是与锅内米和水的质量成正比的；

（3）（b）阶段：以t1为时间单位，测量起止温度T1，T2当T1＝T2时为沸腾状态；

（4）（c）阶段：根据（a）测米量所得到的时间t，和设定的参数t01，t02做比较，选择适当的加热功率进行加热；

（5）以t2为时间单位，测量起止温度T1，T2，当T1＝T2时为水干状态，停止加热；

（6）用余热加热米饭t3，时间，最后饭熟报警提示。

3 结 语

由于电饭锅采用了模糊逻辑控制，模仿人的思维方式，又结合准确的条件判断，使这种电饭锅即使在不同的海拨高度（有不同的沸点），也能准确地检测到电饭煲内水的沸腾，能做到永不溢出；由于采用模糊逻辑，能准确检测到电饭煲内的水是否已烧干，准确地切断加热的电源，使得煮出的米饭松软、不烧焦。在模糊逻辑的基础上，再加上时间控制，就使这种模糊控制电饭煲具有的预约定时煮饭、煲汤、煲粥等功能。另外这种电饭锅电路设计精简可靠，所有控制电路硬件成本只需十多元。目前，我们设计的这种控制电路已被许多厂家采用，并进行了大批量的生产。这种单片机模糊控制技术在电饭煲中的广泛应用，对改善人们的生活，将会有深远的影响。