111全自动量米洗米煮饭煲设计说

1、全自动量米洗米煮饭煲设计说明书摘要 : 本作品设计了一种新型，全自动量米洗米煮饭煲，主体为一箱体，箱体 设有储米装置、洗米装置，煮饭装置和中央控制器，储米装置包括储米箱，其 底部设有多个臭氧出口，臭氧出口通过供臭氧管与臭氧机连接，对米进行杀菌 消毒处理。储米箱底部有一出米口，此处装有一电磁排米阀，可以精确控制出 米量，出米口下方为洗米装置，洗米装置主要由一洗米仓，圆锥形洗米器和小 型电动机组成，其中还有两根进水管，两根出水管，两个电磁进水阀，一个电 磁排水阀，一个电磁进米及进水阀和。洗米装置下方为一电饭煲，电饭煲锅盖 上有一进米孔，进米孔上装有一电磁阀。所有的操作都有中央控制器完成，完 全实现

2、产品的全自动化和人性化。关键词 ：全自动 电磁阀 量米洗米煮饭 中央控制器摘要附图161514131F1:储米箱盖2:储米箱3:支撑架4:电磁进水阀15:圆锥形洗米器6:中央控制器7:电饭煲8:箱体外壳9:电磁振动器10 :加热盘管11:温度传感器12:电磁排水阀13 :电磁进水阀214:电动机15:电磁排米阀16:储米箱盖开关引言科技的革新、时代的进步和经济的飞速发展使得人们的生活水平不断提 高，人们对日常生活中所使用的各种类型产品的要求也逐渐升高，特别是对那 些与日常生活密切相关的蒸煮类电子产品因为人们每天的起居饮食都离不 开这类产品。电饭煲以其方便快捷逐渐成为了人们日常生活必不可少的产品

3、 , 这 类电子产品须同时具有特定的使用功能及相应的审美形式 , 即具有物质功能和文 化功能双重属性。而在当代激烈竞争的市场上，产品日新月异。为了提高企业的经济效益， 就必须依据市场的变化情况 , 大力改善产品设计工作，迅速提高产品设计水平。 为此，则需要根据用户的需要，在产品设计过程中进行技术经济分析，确定最 适宜的产品功能 , 合理的技术参数，选择适当的结构和材料，降低产品的成本 , 使产品达到物美价廉。进行产品设计技术经济分析，实际上就是要对产品设计 中如何达到技术上先进、经济上又合理的设计分析方法进行分析与讨论. 总之，产品设计技术经济分析是集市场、顾客、技术、经济、创新等重要因素为一

4、体 的综合集成的系统方法。只有在产品设计中多角度全方位地考虑各种因素，才 有助于产品的设计开发更加科学、合理，从而提高新产品设计开发的成功率 , 降 低风险, 进而增强企业的市场竞争力。目前，市场上的电饭煲大部分只具有单一的煮饭功能，并且其功能的实现 大部分都必须要人全程控制，没有实现产品的全自动化，更谈不上产品的人性 化。全自动量米洗米煮饭煲着眼于现实，放眼于未来，主要解决当前上班族时 间紧，在家吃饭困难的问题。让上班族在上班就能通过远程控制实现在家自动 煮饭的功能，只要设定煮饭的时间和加米量，加米、洗米、煮饭、保温等一系 列操作都能自动运行。从而节省量米，洗米的时间，也可以让人回到家就吃到

5、 香喷喷的米饭。本设计将打破传统电饭煲的概念，试图解决传统电饭煲在使用过程中出现 的一些问题。心里学家马斯洛将人的需要分为生理需要、安全需要、归属和爱 的需要、尊重的需要、求知的需要、审美的需要和自我实现的需要。打破传统 电饭煲现有的功能，在满足其基本功能的前提下，让人们更加方便的操作和使 用，实现产品的全自动化和人性化。设计改良后的电饭煲将实现自动量米洗米 煮饭的功能，但电饭煲又是可以独立使用的，只是在其外部加了一个自动量米 洗米的装置，而电饭煲现有的形状和控制系统也要稍加改进。目前电饭煲市场面临着的问题主要有市场趋向饱和，行业进入成熟期，技 术平平没重大突破，三四级市场被杂牌占据一大部分，

6、两极分化，电压力锅等 新型炊具入侵市场。除了煮饭外，电饭煲已经在概念和功能上实现了全新的延 伸，创新和突破成为当前各大厂商重新开辟电饭煲市场所面临的主要问题。以人为本，是设计中的永恒主题。人与产品的多重关系决定产品必将服务 于人，而人必将为产品的设计明确方向和意图。全自动量米洗米煮饭煲正好符 合了这一点，实现的产品的全自动化和人性化。第一章整体方案设计1. 系统整体结构框图设计本作品先设计了系统的整体工作流程图，为本作品的设计思路提供理论上的工作路线，以保障系统的高效、有序地实施。图1-1为本系统的整体结构框图。开始煮饭程序2. 设计要求根据上面提到的问题，我们要解决的问题就是怎样做到无人参与

7、的情况下 将大米做成米饭。根据日常生活中做饭的步骤可以对本设计提出如下设计要 求： 定时进行机器启动； 无人参与下进行大米的清洗； 无人参与由洗净到煮饭的传输； 无人参与下进行大米加工为米饭的过程。3. 全自动量米洗米煮饭煲的工作原理在以前我们做饭时往往要经历这样几个过程： 从储米桶将米取出放入洗米的容器； 反复的将米洗上几次； 将米放入电饭煲或其他加工工具进行加工。这些过程在以前都是不能离开人的参与的，而我们设计的这套全自动量米洗 米煮饭煲就是要做到将前述几个步骤在编译的程序下自动依次运行，并做到 能定时定量，而不需要人的参与。4. 系统的工作原理全自动量米洗米煮饭煲排米、进水，搅拌和排水时

8、通过电磁排米阀、电磁进 水阀和电磁排水阀，配合进行控制，从而实现自动控制的。设定好吃饭的人数 和开始煮饭的时间，电磁排米阀打开，将米注入，通过出米口的速度，精确计 算出排米量和洗完米后要加入的水量，接着处于上部的电磁进水阀打开，将水 注入；圆锥形洗米器开始工作，洗米完毕，电磁排水阀打开，将水排出；接着 位于下部的电磁进水阀打开，注入先前间算好的水量水，采用两边对冲式把米 冲进电饭煲。煮饭时，电源启动 。图 12 为本过程具体的流程图。1-1设定人数时间开始洗米仓进米进水洗米完毕排水完毕洗米仓进水水和米进入电饭煲电饭煲电源打开第二章 量米器的作用及工作原理1. 量米器的作用是根据用餐人数来确定量

9、取多少米，可以首先通过计算平均每 人每次米饭的用量，结合午餐的用量比早晚餐的用量要大，人们午餐用米量平 均为160g,早晚餐每次用量是150g左右。另外在设定量取多少米时应该考虑 多种元素，包括吃饭前是否有过比较剧烈的运动、一定的体力或脑力运动，综 合考虑米的用量，再通过量米器底部的出米孔将米送入洗米仓里。2. 已知量取的米量(根据人数，可以精确到每人吃饭所用米的一半)，然后通 过控制系统，全自动量米洗米煮饭机由量米系统、洗米系统和控制电路组成。 其控制电路分为机械和电脑型，电脑型控制电路是以单片机作为控制电路的核 心。I .自动量米机的量米程序 面板上有5个按钮K0 K1、K2, K3, k

10、4。 K0为启动 按钮，K1为停止按钮，K2为人数设定按钮1，K3为人数设定按钮2，k4为定 时按钮，可以通过加法计算搭配出不同人数的要求；确定人数开阀出米 关闭阀门量米程序为：按钮输入一一系统计算一一输入到控制系统一一出米。n .控制器的硬件组成原理 控制器由单片机Z86C09作为控制器的核心所构 成，该控制器具有以下特点：(1) 具有较强的抗干扰能力，当受到外部强干扰，程序出错时，可以自动使 系统复位重新执行程序。(2) 采用无噪声、无电磁干扰的双向晶闸管作为控制元件，控制电磁阀和电 机。(3) 具有欠压和过压保护，欠压时，控制器不工作；超压时，保护电路起作 用。( 4) 具有瞬间掉电保护

11、功能，电源短时间停电后，电压恢复时，能够维持原 运行程序的工作状态并继续完成量米程序。(5)各种操作和本产品运行状态均用 LED显示。下面分别介绍各部分的特点 及组成原理。1 ).单片机Z86C09 Z86C09是Z8系列单片机中最简单的一种，成本较低。采 用COM结构，具有耗电少、抗干扰力强和工作电压宽等特点，可在2.55.5V的电压范围内工作。Z86C09有 14条I/O线，P2.0P2.7是双向I/O 口，可以按 位设置输入或输出。P3 口中P3.13.3规定为输入口，可作为输入端或中断请 求端。P3.4P3.6规定为输出口。Z86C09内部含有2个多功能定时/计数器，2K 字节的ROM

12、和144字节的寄存器阵列。2 ).电源电路部分控制器的电源由变压器 B、整流二极管D14D19滤波电 容C1和稳压集成电路7806组成。7806输出的电压分三路分别用于晶闸管触发，提供键盘输入和LED显示，以及提供单片机的电源。后两路各经过一个二 极管和一个电容，当 7806的输出电压下降时，还可以依靠电容保持的能量，维 持电路再工作一段时间。晶体管 T11、T10和稳压管DW组成欠压保护电路。当 电源电压不足，T11的基极电压小于3.9V时，T11截止，T10也截止。Z86C09 的P3.1端没有电压，常为低电平。T12截止，造成T5T9的发射极均悬空，因 此T5T9截止，不受Z86C09控

13、制。这时，虽然Z86C09能够正常工作，但外围 控制元件全部关断，机器不工作。单片机的 P3.1 端输入判别欠压保护电路工作 状态的信号，只有当电压正常后，单片机才开始执行量米程序。 当电源电压超 过使用电压时，压敏电阻 MR的阻值会突然变小，使电压不能超过保护电压值， 当过压时间较长时，则会烧断保险丝 RD。3 ).过零检测电路过零检测电路由晶体管 T14,变压器B和二极管D17D19组成。D17起隔离作用，在电压为零时，脉动电压为零，T14截止。由于T14的集电极电阻接到T10的集电极，只有在T10导通，即电源电压正常，T14才能 在电源电压过零时输出高电平。Z86C09的 P3.1端检测

14、过零信号。4 ).键盘和显示电路键盘由K1K6组成，其中K3 K4是检测开关，按键状态的检测采用扫描方法，由单片机的 P3.4P3.6 输出扫描信号，使晶体管 T1T3轮流导通，T1T3输出的高电平通过二极管 D1D6后扫描每个键。6个键 分为两组，按键信号由 P3.2 和 P3.3 输入。 P3.2 和 P3.3 常态为低电平，当按 下某一键，并且高电平扫描到这个键时，P3.2或P3.3输入才变为高电平。Z86C09检测到这个高电平，再根据当前扫描到哪一位，即可判别出哪个键按下，D1D6的作用是防止多个键同时按下时，对三条扫描线产生的短路。显示电路由LED1LED7&成。显示方式采用

15、动态扫描方式，列扫帚信号线与行扫帚 线共用，行显示信号直接由Z86C09的P2.4P2.6驱动。由于LED要求的亮度 不，所以驱动电流不大，约 9mA每个LED显示的时间是总的显示时间的1/3， 平均电流约为 3mA。5). 双向晶闸管触发电路双向晶闸管采用直流触发，晶闸管的门极由晶体管 T5T8控制，晶体管导通时，触发双向晶闸管导通，第U川象限触发，T5T8的集电极电阻用于限流。由于1A和3A的双向晶闸管所需要的触发电流较小，容易受外界的干扰。为了提高系统的抗干扰能力，在1A和3A的双向晶闸管触发回路中各并联一个O.OluF的电容，抑制瞬时的干扰信号。两个 8A的双向晶 闸管用于控制电机MO

16、正转和反转。这两个晶闸管在任何时候最多只允许一个导 通，如果两个同时导通，则会损坏晶闸管。两个8A双向晶闸管的两个主电极上并联一个100Q的电阻和O.OluF的电容组成阻容回路，用来吸收双向晶闸管两 主电极之间的瞬时电压脉冲，保护双向晶闸管。附：文中的单片机也可采用AT89S51等来构成。6）.智能化按键：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了 功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。3. 如何设定米的量米器的设计参数：量米箱出米孔的斜度为30度左右，高度H为30cm圆周部分的直径D为30cm。4. 量米器采用半球的形状，需要用多少米（通过控制出米的速度，和计算出米的时间）5

17、. 平均每个人每次吃160g米饭通过输入器设定有多少人用餐6. 储米箱的出米口应在稍偏离中心的位置使出口阀门受力不会过大v -出米的速度m/sR-出米孔半径mi-孔坡度p-湿周mW-量米器面积mH中心米深mA孔断面m2n粗糙系数可选0.013（混凝土水沟）流速的计算：2孔面积：n R公式：单位体积流速为V-m/s时间为T-s流量为Q-m3用餐人数为m （精确到0.5 ）每人平均每次用米160-g总出米量为So方程：Q=V*TS=160*m令S=Q解出时间T第三章 洗米器的作用及工作原理第四章 电饭煲的组成及工作原理1. 电饭煲的组成（1）锅体：分内锅、外锅。内锅体用来盛装欲烹制的食物，常以铝合

18、 金、搪瓷或不锈钢制作，外锅体起安全保护和保温的作用（2）锅盖：主要起密封作用，锅盖上有一进米孔，当洗米完成后，米顺 着导管再经过进米孔进入到内锅里面，当所有米完全进入内锅以后，进米孔自 动关闭，开始煮饭。（3）电热器件：通常为金属管式，大多铸于铝制发热板里，发出的热由发 热板均匀地加热内锅体底部。（4）控制装置：包括控温和定时器，控温装置一般有限温器和恒温器两部分构成。前者保证锅温不会超过某一定值（通常为 103土2C），安装在发热 板中心的空腔处；后者保证锅内食物煮熟后稳定在 60 80 C,安装在发热板下 或其他适当位置。定时器有发条式机械定时器和电控定时器。电饭煲主要由发热盘、限温器、

19、保温开关、杠杆开关、限流电阻、指示 灯、插座等组成。2. 电饭煲的工作原理（1）发热盘：这是电饭煲的主要发热元件。这是一个内嵌电发热管的铝合 金圆盘，内锅就放在它上面，取下内锅就可以看见。发热盘其圆盘边缘有一环 形凸缘，中部带孔且孔边也形成一环形凸缘，两凸缘之间另有一圆环形凸块， 其右部有一弧形凸块，环形槽内有 3 个带螺纹孔的圆柱体，扇形凹槽内也有一 带螺纹孔的圆锥体，圆环形凸块内装有导电用的紫铜管，其两端凸伸于弧形凸 块外面，且凸伸一圆柱体，接线夹有孔用于固定电源线，其后端弯成U 字形并固定于圆柱体上面，发热盘用铝合金不粘铝材及高温不粘油的铝材制成，其表 面又涂一层不粘涂层，其使用寿命超过

20、十年，发热均匀，可抗化学腐蚀，绝缘 性能良好。如下图所示：（2）限温器：又叫磁钢。它的内部装有一个永久磁环和一个弹簧，可以 按动，位置在发热盘的中央。煮饭时，按下煮饭开关时，靠磁钢的吸力带动杠 杆开关使电源触点保持接通，当煮米饭时，锅底的温度不断升高，永久磁环的 吸力随温度的升高而减弱，当内锅里的水被蒸发掉，锅底的温度达到103± 2C时，磁环的吸力小于其上的弹簧的弹力，限温器被弹簧顶下，带动杠杆开关， 切断电源。限温器磁铁，它的磁性由 N极、S极构成，磁铁本身的上、下两边 为相同的磁极，中间为与其相反的磁极，构成工作表面为一面三级结构，且中 间磁极的磁力比两边的磁极大。（3）杠杆开

21、关：该开关完全是机械结构，有一个常开触点。煮饭时，用 手按下此开关，通过传动杠杆使永久磁铁和软磁铁吸合，其吸力大于弹簧的弹 力和永久磁铁的自身重力，所以永久磁铁不会落下，触电闭合，电路接通，发 热板开始发热。当饭煮熟后，温度继续上升，当达到103C时，软磁铁突然失去磁性，永久磁铁在自身重力及弹簧弹力的作用落下，通过传动杠杆使触点分 开，电路断开，发热板停止发热，这样就起到保温作用。（4）保温开关：又称恒温器。它是由一个弹簧片、一对常闭触点、一对 常开触点、一个双金属片组成。煮饭时，锅内温度升高，由于构成双金属片的 两片金属片的热伸缩率不同，结果使双金属片向上弯曲。当温度达到80C以上时，在向上

22、弯曲的双金属片推动下，弹簧片带动常开与常闭触点进行转换，从 而切断发热管的电源，停止加热。当锅内温度下降到80C以下时，双金属片逐渐冷却复原，常开与常闭触点再次转换，接通发热管电源，进行加热。如此反 复，即达到保温效果。（5）限流电阻：外观金黄色或白色为多，大小 像3W电阻，按在发热管 与电源之间，起着保护发热管的作用。常用的限流电阻为 185C 5A或10A （根 据电饭煲功率而定）。限流电阻是保护发热管的关键元件，有能用导线代替。3. 电饭煲的电路图小红小嫌至二Z匡 占一題m辽第五章 控制系统的选择及工作原理控制系统的选择在提出以上控制要求后我们需要选择出合适的控制设备来实现。如果我们 采

23、用早期的将接触器、各种继电器、定时器、其他电器及其触头按一定逻辑关 系连接的继电接触器控制系统。虽然它机构简单、价格便宜、便于掌握，在一 定范围内能满足控制要求，但也存在着设备体积大，动作速度慢，功能少而固 定，可靠性差，难于实现较复杂的控制的特点，特别是由于它是靠硬连线逻辑 构成的系统，接线复杂，但全自动量米洗米煮饭煲的控制要求有什么改变时， 原有的接线盒控制盘就要更换，缺乏通用性和灵活性。再者如果我们采用小型计算机来实现，虽说通用性和灵活性较前者有很大 提高，但由于价格高，输入、输出电路不匹配和编程技术复杂等原因，也不适 合在本设计中使用。而现在广泛应用于工业控制系统的 PLC正是对控制系

24、统的实现的最佳选 择。控制系统构成根据上一节提出的控制要求，能够基本判断出全自动量米洗米煮饭煲所需 的外围设备。在这个设计中我们的最终想法是在无人参与的情况下完成变大米 为米饭的课程，所以我们能提前想象到设计中应该用到的元器件等等，首先我 们觉得必须要有一个储米的容器，因为只有这样才能适时地保证大米供应，为 了在以后设计中便于理解我们将之取名为储米箱，有了储米箱当然要有一个通 道，用来完成从储米箱取米。这样才能保证大米的有序进入，而这个通道要完 成自动控制就必须设定一个电磁阀。这是其功能及控制要求决定的。又因为我 们在日常生活中买的大米都是必须经过清洗才能加工进食的，所以在本设计中 也必须有一

25、个能进行清洗的装置，在这个装置中应该包括两个进水通道，一个 排水通道，一个排水及米混合物的通道和一个圆锥形洗米器及一个小型电动 机。为了在以后设计中便于理解我们将之取名为洗米仓。当大米在洗米仓完成 清洗工作后，就是要完成大米的烹饪过程。因为现在市面上已经具有了包括模 糊控制理论在内的米加工工具，如电饭煲，所以本设计只需在设计中镶嵌一个 类似煮饭装置即可。当然在设计中必须涉及到对其的控制。现在市面上的电饭煲几乎都有保温技术，采用了模糊控制技术，当用电饭 煲煮饭时，饭熟后它将自动跳回到保温控制上，不会将饭煮过火。而全自动煮 饭机中嵌入了一个电饭煲，可以用 PLC控制它的电源。根据控制要求在这套全自

26、动量米洗米煮饭煲的外围设备大概包括：启动按 钮，停止按钮，人数选择按钮，电磁排米阀，电磁进 /排水阀，圆锥形洗米器， 小型电动机，电饭煲。控制系统图控制系统图是在控制要求既定的情况下最直观的观看PLC对外围设备的控制，因为所用的外围设备都要与 PLC的I/O接口相连，所以在完成外围设备的 选择后，决定PLC就成为最主要的工作了。因为只有在 PLC确定的情况下，才 有办法完成控制系统的设置。针对不同的PLC有着不同的设计思维方法，由于I/O接口不同有可能还涉及增添各种模块等。通过综合比较，我们选择西门子 公司的S7-200系列PLC，因其具有体积小、运行速度高、功能强等特点，所以 我们在本设计中

27、采用了西门子公司的 S7-200系列PLC，再根据设计中可能用到 的I/O数等参数分析在本设计中最适合的 CPU为CPU224全自动煮饭机的控制系统图如图2.1所示图2-1控制系统整体结构框图程序的流程图全自动量米洗米电饭煲不仅仅是完成普通的煮饭工作。而是能够通过设置实 现对大米的定时清洗，煮饭，并能判断大米某一次的用量。根据其设计要求， 我们设计的控制系统在正常运行下是根据程序一步一步地完成控制要求，但俗 话说计划赶不上变化 , 所以我们在正常运行情况下考虑到了非正常状况，我们在 设计中添加了强制运行程序用来完成用户做非正常动作。下面就是全自动量米 洗米电饭煲的正常运行和强制停止的流程图。1

28、 正常运行流程图及运行过程 ：（1）按开始按钮，设定人数，电磁排米阀打开，开始排米。通过程序精确控 制排米量（2）进米停止后洗米仓开始进水，此时进水工作由上部电磁进水阀完成；（3）一边进水时，一边启动电动机开始大米的清洗工作；实现对大米的不断 冲洗和搅拌，保证大米的清洁度。（4）2到 3分钟后开始排水；（5）排水完毕后，再由处于下部的电磁进水阀开始进水，进水量已经根据先 前的进米量设定好了，用两边对冲的方式把米全部冲进电饭煲 里面。（6）当所有米和水进入到电饭煲里面后，位于电饭煲锅盖上进米孔上的电磁 阀关闭，开始执行煮饭程序。正常运行流程图如图 5.1 所示2 强制停止流程图及过程强制停止过程

29、是在全自动量米洗米煮饭煲已经开始启动情况下要求停止即将 要进行操作而设计的，因为我们经常会遇到比如人数设定错误，突然不用做饭 等等情况。此时全自动量米洗米煮饭煲就要执行特殊的操作。“强制停止”方式具体控制要求如下：（1） 若按下“停止”按钮烹饪的全过程都要停止，储米箱往洗米仓的输送通道要关闭，进水，排水，电动机电源要关上，电饭煲电源要关上。（2）若按下“停止”按钮，洗米仓到电饭煲的输米通道要打开，因为全自 动量米洗米煮饭煲无法判断当人们作出停止行为时正处于什么状态，有可 能此时正处于洗米状态，大米还留在洗米仓中，如果不将大米排走将会影 响下一次的操作，所以打开洗米仓到煮米仓的输米通道便于大米的取出。强制停止流程图如图 5.2 所示。电动机，逬水阀，储米箱排栄电磁阀关4 4井米金排水、排米阀齐洗米仓进米进水洗米完毕排水完毕洗米仓进水水和米进入电饭煲电饭煲电源打开结束3.程序的构成此套控制系统的程序由一个主程序和两个子程序组成，主程序要完成正常运 行，强制停止情况的判断，人数按钮设置的判断