智能电饭煲数据收集体系的规划*

　　梁启文¹，龙世瑜¹，李叶龙²，谭淼泉¹，叶津宏¹（1.岭南师范学院 信息工程学院，广东 湛江 524048；2.岭南师范学院 机电工程学院，广东 湛江 524048）

　　摘 要：剖析了智能电饭煲烧饭温度曲线的特色，提出一种智能电饭煲数据收集体系的规划计划，此计划经过STM32对电饭煲的锅顶温度、锅底温度和操控发热盘加热的继电器占空比进行数据收集，将电饭煲加热进程曲线经过LabVIEW图形编程软件进行显现、存储及回放。

　　经过试验测验标明：该数据收集体系可以将电饭煲烧饭曲线及参数明晰地显现在界面上，便利开发人员剖析电饭煲烧饭温度与加热操控之间的联系，开发多种加热形式，调整不同米种的加热曲线。

　　要害词：智能电饭锅；温度传感器；STM32；LabVIEW软件

　　0 导言

　　现在，虽然在国内市场上出售的智能电饭煲功用完全，但不同的大米种类和海拔高度，其对应的烧饭曲线却是仅有的。因为大米种类不同、其吸水、海拔高度等特性也各异，运用同一个功率进行加热，煮出的米饭或许会呈现夹生或口感欠好等问题^[1]。高端的电饭煲应能依据不同的大米种类、软硬口感对应不同蒸煮曲线，各种蒸煮曲线排列组合可达数千种，各种参数数据是海量的。怎么依据不同的大米选用不同的加热曲线，确保烹饪作用，已成为职业技能研讨的制高点。因而，面向新式智能电饭锅产品研发、技能创新及工业晋级的火急需求，开发一种智能电饭煲数据收集体系，可以进步电饭锅职业的产品研发和测验水平，使企业凭借体系研讨和开发新式电饭锅，加速研发速度、推动高端技能研发，进步产品技能含量和质量，助力电饭煲工业的转型晋级有重要含义^[2]。

　　1 智能电饭煲最佳的烧饭曲线

　　大米、水量和温度是电饭煲煮出口感好、香喷甘旨米饭的决定性要素，而温度操控则是煮出高质量米饭的要害要素。经烧饭专家许多的试验证明，要做出“甜美好米饭”， 智能电饭煲烧饭的进程有必要要由：预热、吸水、加热、欢腾、焖饭及保温几个阶段来完结，最佳的加热曲线如图1所示^[3]。

　　1）预热（吸水）阶段：用小火加热，让温度升高到米不会糊化的50 ℃左右。此刻，大米在中温中充沛吸水，使米的含水率从本来的14%～15％到达约30％，米粒吸水胀大，便于在加热进程中受热均匀，这一阶段大约需求8 min ^[4]。

　　2）加热阶段：用大火加热，大米继续吸收水分，米水混合物在较短时刻内，加热欢腾。在快速加热的作用下，锅内的米水进行激烈对流，让一切大米受热均匀，防止米饭呈现夹生现象，操控加热到欢腾时刻约为10 min。

　　3）欢腾阶段：坚持锅内水温在98 ℃以上，让大米深度吸水，将大米中难以消化的β 淀粉转化为简单消化的α 淀粉。一起，锅内水分进一步削减直到锅底水分蒸干，米饭温度上升到150 ℃左右，中止加热，欢腾结束，这一阶段继续的时刻约为20 min。

　　4）焖饭阶段：焖饭的意图便是要让热量一部分深化到米粒的内部，使米饭表里受热均匀，将米饭的精华充沛开释，实在熟透，发生香味，而另一部分水分则蒸发掉，然后使米饭继续胀大而变得形状丰满、晶莹剔透、透芯松软，这一阶段继续的时刻约为14 min^[5]。

　　5）保温阶段：温度高时米饭会蜕变、变色、损坏米饭的滋味，因而，在保温进程中，让米饭的温度坚持在67～78 ℃之间，确保米饭在较长时刻内有较好的质量。

　　从烧饭的整个操控进程中可以看出，温度的操控对米饭质量的影响很大，所以对电饭煲数据的实时收集及剖析，及时对烧饭曲线进行温度调理，完结加工进程中最佳加温曲线的操控，对进步米饭的烹调质量具有重要的含义。

　　2 数据收集体系的全体硬件规划

　　智能电饭煲数据收集体系的硬件部分首要包括：电饭煲顶部温度传感器接口，电饭煲底部温度传感器接口，电饭煲功率操控继电器接口，STM32单片机，串口线，PC机等部分，全体结构框图如图2所示。

　　在智能电饭煲中，通常在锅底中心和锅顶别离设置2个温度传感器（负温度系数的热敏电阻）收集信号。电饭煲顶部温度传感器首要担任检测锅内室温的温度，锅底温度传感器首要是检测初期水温文内锅温度的上升率^[6]。而继电器则是操控整个电饭煲的加热功率。因而，运用单片机STM32的I/O口获取电饭锅烧饭进程中收集到：锅顶温度、锅底温度及继电器输出电压的数据（信号），经过数据处理和转化后，可经过LabVIEW软件编程完结锅顶温度曲线、锅底温度曲线和继电器操控曲线的存储、显现和回放。

　　从电饭煲顶部温度传感器、底部温度传感器及功率操控继电器接口收集到的信号实践为电压信号，而不是温度值。因而，收集到的数据须衔接至STM32单片机I/O口的恣意3个模仿输入通道。经过数据处理后，再经过串口线将STM32单片机衔连续至PC机的USB接口，数据收集引脚配备如表1所示。

　　3 数据收集体系的全体软件规划

　　在数据收集体系的显现部分，可采用LabVIEW的编程来完结。LabVIEW程序被称为“虚拟仪器程序”，大体上可分为3个模块：前面板，程序框图，图标/衔接端口。前面板是图形用户界面，用户可以在前面板上操作规划好的虚拟仪器。经过规划按钮、开关、波形图等图标呈现在前面板上，模仿实在仪器^[7]。经过编程完结数据及曲线的存储、温度和继电器占空比波形显现，程序框图和流程图如图3所示。

　　3.1 数据收集的规划

　　在LabVIEW中，具有专门用于串口通讯的VI函数如：VISA配备串口、写入、封闭等，其间“VISA配备串口”VI为串口的初始化配备^[8]。一方面，它可以检测到电脑上的可用“COM”口，用于配备STM32插到电脑上的USB串口；另一方面，它可以设置好通讯所需的波特率、检验位、中止位等，确保通讯的质量；经过串口的配备，可读出STM32经过串口传过来的数据，并暂存在它的接纳缓冲区内，所以只要从它的接纳缓冲区中获得数据，并进行类型转化、数据别离、保存精度、滤波、限幅等，即可完结数据的接纳、转化、去搅扰等作业。

　　由单片机上传到LabVIEW的数据格局设置为“AA+继电器状况+BB+顶部电压+CC+底部电压”，数据由COM口传至VISA读取VI的读取缓存区中，因为上传到读取缓冲区的数据为字符串，因而运用字符串截取函数把需求的数据按索引号截取，即可别离得到继电器状况、顶部电压、底部电压数据。一起对收集到的电压数据进行限幅、滑润滤波处理，滤除上传电压数据的搅扰信号。

　　限幅编程，首要用到了“断定规模并强制转化”、“挑选”、“反应节点”等函数，依据逻辑性接线，到达限幅抗搅扰的作用。因为自由空间中存在许多搅扰，前一个收集的电压与后一个收集的电压有或许呈现差值相差很大的状况，因而需对此状况进行处理应对，处理办法为：设定一个限幅值，把当时收集的电压数据与前一个收集的电压数据进行比较，假如当时电压和前一个电压值的差值的绝对值超越限幅值，则以为当时收集的电压值为搅扰项，将其扔掉，并用前一个电压值替代当时收集的电压值。滑润滤波，运用LabVIEW函数库里的滤波器VI，用该滤波器对曲线呈现的“毛刺”进行滤波，使曲线更滑润。

　　3.2 数据转化的规划

　　1）“电压-温度”联系的确认

　　LabVIEW中顶部及底部的电压转化温度公式，首要是经过MATLAB将多温测验仪的实测温度和LabVIEW所读取的单片机串口输入电压，得出一条关于温度与电压联系的曲线，并将得到的曲线运用高阶多项式进行数据拟合，然后得到电压对应温度的公式^[9]。

　　电饭锅顶部的拟合公式为：

　　Y ₁ = 2 7 . 0 3 7 × Z _{1 0} – 4 4 . 0 0 1 × Z ₉ -75. 2 ×Z₈+124.07×Z₇+72.347×Z₆-114. 4 ×Z₅-29.174×Z₄+32.891×Z₃-3.0309×Z₂-18.98×Z₁+84.8；其间，Z=(X₁-2.2979)/0.5332

　　电饭锅底部的拟合公式为：

　　Y₂=0.056166×Z₁₀-0.42914×Z₉+0.78139×Z₈+1.3868×Z₇-5.3837×Z₆+1.4129×Z₅+9.2972×Z₄-7.7619×Z₃-1.5072×Z₂-14.127×Z₁+90.701；其间，Z=(X₁-1.4824)/0.4814。

　　2）继电器倍乘公式

　　别离出“读取缓冲区”数据端收集到的继电器状况以及顶部电压、底部电压信号，将顶部电压和底部电压数据输入至拟合的电压转温度公式，得出锅顶和锅底温度信号。继电器状况信号无须转化，为了便利调查和剖析继电器、顶部温度和底部温度曲线，使三种曲线在同一界面上，将继电器的驱动电压信号扩大60倍^[10]。

　　3.3 数据存储程序

　　用“写入丈量函数”将转化后数据保存在PC机内的存储单元中，文件类型界说为lvm格局，用“布尔控件”来操控写入，收集的数据保存在PC机LVM文件中。

　　3.4 信号显现程序

　　1）实时显现

　　将处理好的三种数据信号输送至VI信号收集器的输入端，为了可以看到完好曲线改变进程，信号收集器的数据存储长度设为35 000点，此长度为波形图横坐标能显现的最大长度，将“信号收集器”VI的输出端接至波形图输入端，程序在while循环下履行，while循环的条件设为真，使其可以一向运转，这样数据就可以不断地输出到波形图，实时显现曲线的改变。

　　2）波形回显及占空比的读取

　　经过读取PC机中已存储的数据文件，创立显现控件“加载结束”，当此控件为“真”，标明文件内容已读取结束，while循环中止。此刻，用“波形图”控件将曲线在界面中显现出来。在创立的“加载波形”控件中，当“加载波形”为真，内嵌在真分支的程序履行，为假则不履行，以此来操控读取文件作业。

　　继电器吸合操控电饭煲的均匀加热功率，其驱动波形为矩形波，在收集体系中经过波形的提取、辨认继电器操控信号电压的波峰与波谷，再辨认出横坐标，直接完结波形占空比的读取。经过波形提取、辨认波峰与波谷分界处的横坐标后，注释标识，读取占空比，完结占空比读取。

　　3.5 数据显现界面

　　数据显现程序的流程图如图4所示。

　　数据显现界面采纳的规划办法是：捕捉鼠标在曲线上移动时的坐标值，用“字符串数据显现”控件将捕捉到的坐标值显现在数据框。程序首要内嵌在事情结构的一个分支：“温度波形”：鼠标移动，而该事情结构又内嵌在一个while循环中，while循环“条件端子”接常量“真”，让其一向循环，检测鼠标移动的事情，一旦鼠标移动，触发鼠标移动事情，内嵌在里面的程序便会被履行^[11]。

　　4 智能电饭煲温度收集体系试验测验

　　4.1 读取波形回显数据

　　体系规划完结后，将电饭锅的顶部热敏电阻、底部热敏电阻和继电器的收集点接到STM单片机的A/D转化I/O口，经过串口转USB发送到PC机，运用收集体系将电压转化为温度，将收集到的数据存储在PC机中，挑选“波形回显”就可见顶部温度、底部温度和继电器操控的曲线，图5为采数据集数据的回显。其间，上为底部温度曲线，中为顶部温度曲线，下为继电器的加热状况曲线。因为图中收集到的是整个烧饭进程的曲线，收集时刻约为3 600 s（1 h），因而，在显现界面中见到的继电器操控曲线是很密布的，如需求观测部分曲线，可运用软件中的打开功用，将部分曲线打开进行观测。

　　4.2 试验测验成果剖析

　　从智能电饭煲数据收集体系收集到的数据与多路温度测验仪一起收集到的数据取出部分进行对照。从丈量成果剖析，依据数据收集体系显现的曲线与及多温测验仪显现的数据根本相吻合，而抽取部分要害数据进行比照剖析，差错小于5%，可满意实践要求。

　　5 结语

　　在体系规划进程中， 凭借于单片机STM32及LabVIEW虚拟仪器技能，规划了智能电饭煲温度收集体系，牢靠完结对智能电饭煲的顶部温度曲线、底部温度曲线及继电器功率操控的占空比进行数据收集、显现及回放，使整个丈量、处理、剖析数据的进程变得愈加便利，数据差错小于5%，为企业研讨和开发新式电饭煲供给了快捷的丈量开发工具。

　　参考文献：

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　　[10] 梁启文,龙世瑜,等.电饭锅数据收集渠道的规划[J].电子产品世界,2019(1):37-38.

　　[11] 王丽君,林国顺.三维空间物体恣意移动算法研讨[J].信息技能,2015(3):141-145.

　　（注：本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第07期第35页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。）