基于物联网技术的智能电饭煲

朱慧君，王健伟，陈 轲，赖志锋，仇兴雷

（江苏大学能源与动力工程学院 江苏 镇江 212013）

1 国内外的研究现状及研究意义

物联网的概念是1999年提出的，被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的核心。在智能电网、智能交通、物流管理、医疗领域都有着典型的应用。从2008年以来，欧美等发达国家在物联网技术方面都投入了大量的人力物力，着重来发展物联网技术。而我国在虽然也非常重视物联网技术的应用，但是由于计算机技术相较于欧美国家存在一定得差距，因此物联网的发展存在不足。特别地，在国内的家电行业，物联网技术并没有得到充分地利用。

压力传感器是将压力转换成电信号输出的传感器，在现代工业过程控制和各领域压力测量、控制中发挥着十分重要的作用。1945年史密斯依据硅与锗的压阻效应制成了压力传感器，经过了半个多世纪的发展国内外的压力传感技术已完全成熟。压力传感器在工业配料称重、汽车行业、医疗市场等领域的应用都取得了良好的效果。尤其是，压力传感技术在家电行业的应用已十分成熟，并表现出其突出的优点，但在电饭煲上的应用并不常见，国内上没有将压力传感器应用于电饭煲。

这项设计旨在利用物联网技术实现对家用电饭煲的远程遥控，同时结合压力传感技术和电磁阀，实现电饭煲的自主进米进水，全程实现无人化自动操作，从而解放了用户的劳动力，方便了用户的生活。本项目的研究意义在于既能使物联网技术及压力传感技术在家电领域取得实际突破，又能通过技术创新体现科技提高人们生活质量的理念。

2 研究目标

将压力传感技术与电磁阀相结合应用到电饭煲上，实现了电饭煲自动进水进米。进行生活调查，采集数据，得到不同蒸煮方式下水和米的配比关系，进行拟合，得到数学函数，转化为程序加入单片机中。由压力传感器测得的实时压力得到电饭煲中物质的实时质量，以此为根据对电磁阀线圈通断电，实现阀门开合。通过合理的结构设置，能够准确得将水和米输送到电饭煲中，实现自动化设计。

应用物联网技术加入通信模块，实现远程控制及实时交互。加入GMS模块，与单片机通过串口连接，进而控制家电。用户在远程控制端输入指令，即可实现对家电的远程控制。用户也可以发送指令以了解家电的实时工作状态，实现实时交互。

3 设计工作原理

3.1 智能电饭煲的工作原理

智能电饭煲主要由电源部分和控制电路组成。智能煲的工作原理是利用微电脑芯片，控制加热器件的温度，精准的对锅底温度进行自动控制。当接通电源后，所有指示灯亮，进入功能选择状态，用户可以根据自己的需要来自主选择蒸煮方式。

3.2 压力传感器的原理

压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件(或应变计)组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。压力传感器结构图如图1所示。

图1 压力传感器结构图

3.3 远程控制原理

图2为远程控制系统工作原理图，系统在空闲状态进行监控；用户通过发送指令激活系统，经GSM模块接受指令，单片机解码，驱动控制电路去控制相应的家电工作，从而实现远程控制的目的。

整个系统GSM模块通过串口与单片机模块相连接，将接受的指令传给单片机控制模块，由单片机根据接受的指令驱动相应电路进行具体控制。

图2 远程控制系统工作原理

3.4 电磁阀的工作原理

分布直动式电磁阀主要由电磁阀电磁线圈，阀体，阀盖，主阀芯，动铁芯，弹簧和卸压孔等组成具体结构见图3。我们的设计中采用的是常闭型电磁阀。对于常闭型电磁阀，当电磁线圈通电时，动铁芯吸合，打开卸压孔，同时拉动主阀芯，主阀芯靠拉力和介质的压差力推动，阀打开。当电磁线圈断电时，动铁芯靠弹簧回位关闭卸压孔，同时推动主阀芯回位，阀关闭。带信号反馈其的原理：当电磁阀打开是，公共线与开信号线不通；当电磁阀关闭时，公共线与关信号线相通，与开信号线不通。分布直动电磁阀采用不锈钢活塞，使阀的承压能力大大提高，活塞伸展自如，金属活塞与阀腔不产生直接摩擦，克服了易卡死的弊端，介质戒指处采用相对应的材料密封，提高阀的密封性能，延长了电磁阀的使用寿命。

图3 分布直动式电磁阀结构图

4 应用压力传感技术和电磁阀的电饭煲的结构设计

考虑到市场上现有的智能电饭煲都不是远程遥控来自动进米给水这一类，基于传感技术及物联网技术，我们设计了这款远程遥控的智能电饭煲，突破了电饭煲在人工加米加水的模式，开创了远程遥控电饭煲的新理念。相较于现有的智能电饭煲，这一设计使得家用电器更加的人性化、网络化，大大节约了人们的时间，方便了人们的生活。

技术路线：在电饭煲的盖子里安装上加水和加米的电磁阀，其次将压力传感器设置于电饭煲的底部，用来测量加米加水的量，同时结合单片机合理的计算出所要加的米水的比例关系；最后利用物联网技术实现远程遥控和实时交互。智能电饭煲结构原理图见图4。

图4 智能电饭煲结构原理图

5 工作流程

（1）用户在远程控制端，如手机，进行用户登录，输入指令，如“煮粥，50g米”。

（2）指令经过解码，控制米桶电磁阀，配合压力传感器进行调控，放入50g米。

（3）电饭煲芯片根据函数算出煮粥时50g米需要多少水，如“500g”，打开进水电磁阀，配合压力传感器，在总质量达到550g时关闭电磁阀。

（4）开始煮粥。见图5。

图5 工作流程图

6 设计创新特色概述

（1）压力传感技术与电磁阀相结合。利用压力传感器能够准确测量地出所加的水和米的量，同时通过接收到压力传感器传输过来的反馈值—电信号，电磁阀也能够精确地打开和闭合，实现了智能电饭煲的自主加水加米。通过应用这两种技术，电饭煲的性能变得更加的全面化，大大解放了人们的劳动力，方便了人们的生活。

（2）应用物联网技术加入通信模块，实现远程控制及实时交互。加入通信模块，与单片机通过串口连接，进而控制家电。用户在远程控制端输入指令，即可实现对家电的远程控制。用户也可以发送指令以了解家电的实时工作状态，实现实时交互。

（3）远程智能，实用快捷。这项设计只需要用户通过手机或者电脑对电饭煲发布命令，当用户选择好所要做的米量及蒸煮方式后，电饭煲收到用户指令开始工作，自主加米加水蒸煮。完全不需要用户在现场去操作电饭煲，非常实用快捷，节约了用户时间，也解放了用户的劳动力。

[1]丁毅，李全坤.浅谈物联网和物联网家电[M].合肥：通讯世界，2014年9月上.

[2]张玉超.物联网智能家电[M].广东：IT时代周刊，2013.

[3]李弦音，于帆.物联网家电的产品系统和产品设计[M].江苏：科技信息，2012年11期.

[4]曹乐，樊尚春刑维巍.MEMS压力传感器原理及其应用[M].北京：压力传感技术，2012年32卷.

[5]邵军，董世财，冯忠海，侯彦峥.压力平衡式电磁阀结构特征的分析[M].辽宁：阀门，2014年第4期.

[6]贺铭革，朱本飞.物联网原理和基于RIFD的物物互联模式研究[M].天津：物流技术，2010年11月刊.