智能家电中模糊控制技术的探索与研究

刘颖

摘 要：现有的模糊控制控制领域涵盖了大型的生产控制系统，但是模糊控制服务于小家电的研究相比之下不是十分热门。该研究主要是将模糊控制技术应用于智能家用电饭煲，以适应消费者的快捷，高质的家居需求。模糊控制在无法建立精确数学模型领域作用巨大，可以提高控制的准确度和智能程度，更适应使用者的口感。而且将模糊控制应用与生活电器领域，可以更好的提升消费者的生活质量，具有很强的现实意义。

关键词：智能电饭煲 模糊控制 节能 环保

中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0018-02

近年来，对模糊控制的研究日益增多，呈现多元化，细致化。主流的国内外研究将研究的重心都放置在大工业生产和生活场景上面，而忽略了广大的家电类民用市场领域。该文针对智能家电中模糊控制技术进行了探索与研究。

1 现状分析

电饭煲是利用电能转变为热能的炊具，使用方便，清洁卫生，还具有对食品进行蒸、煮、炖、煨等多种操作功能。常见的电饭煲分为保温自动式、定时保温式以及新型的微电脑控制式三类。随着人们生活水平的快速提高和生活方式的改变，营养型、环保型、节能型高端电饭煲将会成为未来备受瞩目的商品，特别是全自动电饭煲将会成为发展的方向。

电饭煲因其安全、简便、实用而普及到千家万户。随着科技的不断发展，这类小家电也在不断的完善和提升自己，并向着智能化、节能化、网络化的方向发展。自1955年东芝的第一个电饭煲的问世，历时60年，电饭煲已然成为人们生活必不可少的生活电器。而电脑芯片，网络，3C技术的迅猛发展，电饭煲的成本不断下降，其技术含量不断提高，更多科技元素的植入不仅是市场的要求还是时代的要求。智能化，节能化的电饭煲将取代普通型电饭煲进入人们的日常生活。同时，PM2.5日益严重，使得国人越来越关心环境污染，节能减排降耗的问题，所以对家电类的节能呼声也越来越高。

随着人民生活水平的日益提高和生活节奏的加强，对电饭煲的要求不仅仅停留在以前的使用方便上面，对品质的要求和细节的要求也日益强烈，所以现在的家电产品功能上发展日益多元化和个性化。综合市场对产品的“更智能”、“更重视口感”的控制要求，对“节能环保”的理念要求，智能模糊控制是目前最好的选择。

2 智能电饭煲的模糊控制简介

2.1 模糊控制简介

模糊控制是模拟人的直觉或经验，用自然语言描写被控对象的输入、输出关系及调节，规则，避开了对被控对象建立数学模型的困难。模糊控制主要研究如何利用计算机来实现由人的实际控制经验来实现的无法确定精确数学模型的控制系统。它采用模糊数学的方法，通过一些模糊语言描述的模糊规则，建立过程变量之间的模糊关系；此后，人们可以根据某一时刻的实际情况，基于模糊规则，采用合适的模糊推理机制获得系统所需的控制量。模糊控制具有很好的鲁棒性，对参数的变化适应性强，具有较好的抗干扰能力，消除了常规控制系统常存在的鲁棒性与灵敏度之间的矛盾，提高了系统的可靠性。

在模糊控制中，模糊控制器是整个模糊控制系统的核心，而推理机构则是模糊控制系统的“大脑”。它根据由应用领域专家的经验和控制策略组成的一组语言控制规则构建的规则库中的模糊规则，运用模糊推理算法，从而实现模拟人的决策过程，以获得模糊控制系统的控制策略和控制作用。

模糊控制器的设计相对较简单，开发周期短、成本低，用传统控制方法需PC机才能完成的控制目标用一个8位单片机就可实现，因此它具有很强的渗透性，应用前景十分广泛。而单片机的低电压、低功耗的特性非常适合社会所倡导的节能减排降耗的生活理念。目前的单片机，其功耗已经从mA级降到?A级，甚至降到1?A以下，电压在2.1至6.0V之间均能正常工作。因为单片机功能强，系统扩展方便，所以应用系统的硬件设计非常简单，又因为有多种多样的单片机开发工具，具有很强的软硬件调试功能和辅助设计的手段，使单片机的应用极为方便，缩短了系统研制的周期。另外，单片机还能方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。

2.2 智能电饭煲的模糊控制简介

在现代科学技术日益发展的今天，如何让精准的计算机控制在不那么精确的模糊环境下具有人的智能而实现更好的控制，是当前很多科研工作者的主要研究内容。现有的模糊控制控制领域涵盖了大型的生产控制系统，比如钢铁冶金行业；智能机器人领域；残疾人辅助领域等，但是模糊控制服务于小家电的研究相比之下不是十分热门。该研究主要是将模糊控制技术应用于智能家用电饭煲，以适应消费者的快捷，高质的家居需求。

传统的电脑电饭煲，从控制的角度看，实际上是一个按照事先设定好的程序而进行工作的设备，几乎不具备什么真正意义上的智能，也就是说，他是不能根据实际情况和工作条件的变化来改变程序中的参数。而模糊控制的智能电饭煲则更贴近与智能化。该研究应用了各种的传感元件，可根据放置食材的质量、种类自动决定用水量的多少、加压时间以及保压时间，在不同质量。不同种类的食材条件下在保证食材口感的前提下，尽量做到省电、省时仍符合使用者的口感需求，以实现节能环保高效的设计要求。增设用户对话窗口，根据用户的反馈信息进行智能的特色程序微调，更加人性化，智能化。

该设计以单片机为模糊控制器，配以实现各功能的外围电路，以实现主要的设计要求和设计目的。

3 智能电饭煲的推理控制关系

智能电饭煲的推理控制关系如图所示，这是一个多输入、多输出的控制系统。输入量包括重量、食材类型、初始水温、期望的软硬程度等；输出量包括加水量、加压时间、保压时间、低温浸水时间、加热方式等。其中加水量、低温浸水时间和糊化时间可以在煮饭前通过模糊推理计算得出，而加压时间、保压时间则可由模糊控制器在线调节。

而用户的反馈信息，则可收入到推理机中，在下次烹煮中起到微调的作用。

4 结语

模糊控制在无法建立精确数学模型领域作用巨大，可以提高控制的准确度和智能程度，更适应使用者的口感。在保证食品质量的前提下更加节能环保，符合目前所提倡的节能、降耗。而且将模糊控制应用于生活电器领域，可以更好的提升消费者的生活质量，具有很强的现实意义。

参考文献

[1] 李继明.MCS-51系列单片机在电饭煲上的应用[J].家用电器科技，1995（5）：18-21.

[2] 张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.

[3] 蔡自兴.人工智能控制[M].北京：化学工业出版社，2005.