1、景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）中文题目： 电饭煲单片机智能控制系统 英文题目：Intelligent Rice Cooker SCM Control System 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）1毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业
2、论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）2摘要随着人们生活水平的提高，用微电脑控制的模糊电饭煲已经逐渐走入人们的日常生活。本课
3、题从实际工程出发，对基于模糊技术的电饭煲控制系统设计和应用进行了深入的研究。电饭煲是一种典型的模糊对象，其特性随着其装载物的量和种类的不同而大大不同，而煮饭功能则是电饭煲的主要功能，同时也是衡量电饭煲控制系统优劣的关键功能，因此，本文在控制系统的软件设计方面重点研究了电饭煲的煮饭功能。准确地判断出米量是电饭煲能够实现最佳控制效果的重要保障。所以，本文着重讨论了在电饭煲煮饭过程中，如何利用模糊推理法进行米量的判断。首先通过大量的前期实验和测试，在具体了解米量的大小给系统的状态带来的影响的基础上，选用合适的输入变量用“试错法”设计了一种二维的模糊推理机，并详细讨论了其推理过程。本文实际设计和实现了
4、一种模糊电饭煲控制器。在系统硬件方面，讨论了模糊电饭煲控制系统的硬件结构。在软件方面，研究了模糊电饭煲控制系统的软件控制流程并给出其流程图，同时重点介绍了根据推理结果设计的米量判断程序的流程。 最后 ，本文针对模糊电饭煲设计和开发过程中参数调整的复杂性问题，提出了一种基于模糊电饭煲参数调整的专家系统。由于在参数调整的过程中同样是利用了煮饭专家的经验，而这些经验是有规律可循的，可以用思路清晰的程序语言表达。关键词: 电饭煲;模糊推理;试错法;专家系统景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）3ABSTRACTWith the living quality improved, the micro-com
5、puter controlled electrical cookers are getting more and more popular. For practical uses, the design and application of a electrical cooker control system based on fuzzy control technology is studied, which aims at am or e effective control strategy.This paper is mainly about the design of a kind o
6、f typical fuzzy object一electrical cooker, whose characteristics not only varies with the quantity of stuff in it but also varies with what kind of stuff it is.As the result to estimate the amount of rice in round is crucial for control strategy. This paper discusses how to judge the amount of rice i
7、n the cooker if the electrical cooker is cooking rice. The differences generated by the amount of rice are found out by lots of tests. Two appropriate variables are selected as the input of the fuzzy reasoning machine to judge the amount of rice and the method “try and error“ is applied. Details of
8、the procedures of reasoning are displayed. The controller of the system of the fuzzy controlled electrical cooker is set up. Both the hardware and the software are described in the paper. The main structure of the hardware is described in detail and for each parts, a sort of popular circuit module i
9、s shown. The main software flowchart is show to analysis how the cooker works. Whats more, procedure of getting the quantity of rice by reasoning is contrived and the main flowchart is shown.With all of these done, the design of aking of fuzzy cooker is still so complicated and hard, so an ES is bro
10、ught forward in the last chapter to use computers instead of engineers to do the “try and error“ thing. The ES is established on the experience of the skilled electrical cooker engineers, which is complicated but well-regulated and could be writen into programs.Keywords : electrical cooker; fuzzy co
11、ntrol; try and error; expert 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）4system目录第 1章 绪论 .31.1研究的目的和意义 .31.2国内外在模糊控制方面的研究及分析 .31.2.1国外在 模糊控制方面的研究现状 .31.2.2国内在模糊控制方面的状况分析 .21.3国内外在模糊家电方面的状况分析及发展展望 .21.4主要研究内容 .3第 2章 电饭煲的模糊控制器设计 .42.1引言 .42.2模糊电饭煲的工作过程 .42.3模糊控制的基本思想 .52.3.1炊饭量 的模糊推理 .62.3.2二维模糊推理机的设计 .82.3.3输入变量的选取 .92.3.4模糊
12、控制规则的语言描述 .122.3.5加热功率的模糊控制 .14第 3章 电饭煲控制系统的设计 .163.1系统的总体控制方案设计 .163.2电饭煲硬件系统构成 .163.3电饭煲控制的硬件电路设计 .183.4电饭煲控制系统的软件设计 .213.4.1煮饭工作过程的软件设计 .223.4.2米量模 糊推 理机算法流程设计 .23第 4章 基于模糊 专家 系统电饭煲控制的设计 .284.1引言 .284.2模糊专家 系统电饭煲控制的设计 .284.3模糊专家系统电饭煲控制的结构 .294.4系统工 作原理 .31结 论 .33经济分析报告 .35致 谢 .36参 考 文 献 .37景德镇陶瓷学
13、院本科生毕业设计（论文）5附录 A .39附录 B .40第 1 章 绪论1.1 研究的目的和意义在科学技术进步、日新月异的今天，节能、高效、环保的观念逐渐深入人心，人们对家电智能化的要求也越来越高。本文研究的一种模糊控制的微电脑电饭煲正是智能化家电的典型代表。基于模糊控制的电饭煲能够判断出米量的大小，并对不同的米量选择不同的加热方案，因此不但控制效果好，而且高效、节能。微电脑控制的电饭煲还可以实现预约、记忆等功能，大大方便了人们的生活。本文从实际工程出发，对模糊控制的微电脑电饭煲进行了深入的研究，主要讨论了一种准确判断米量的方法，真正实现了电饭煲的模糊控制。这对电饭煲控制程序的研究将是很有意
14、义的，将使之在高效、节能方面做得更好。1.2 国内外在模糊控制方面的研究及分析1.2.1 国外在模糊控制方面的研究现状自从 1965年美国的控制论专家 L.A.Zadeh教授创立了模糊集合论以来，将模糊集合理论运用于自动控制而形成的模糊控制理论，在近年来得到了迅速的发展。模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效。已经引起了越来越多的控制理论的研究人员和相关领域的广大工程技术人员的极大兴趣。随着计算机及其相关技术的发展，模糊控制也由最初的经典模糊控制发展到自适应模糊控
15、制、专家模糊控制和基于神经网络的自学习模糊控制。其实现方式也由最初在微型机(单片机)上用软件方法实现发展到应用模糊控制开发出模糊计算机进行直接控制。但是我们也应该看到，模糊控制的理论和应用虽然已经取得了很大的进展，但是就目前的状况来看，尚缺乏重大的突破，因此模糊控制无论在理论和应用上都有待于进一步的深入研究和探讨。目前，最令模糊控制专家们感兴趣的是模糊逻辑同神经网络算法的结合。景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）2神经网络在知识的获取方面表现卓越，它能够生成无须明确表现知识的规则和具有强大的自学习能力。而模糊技术的优点在于可以用模糊性的自然语言表现知识，和可以用简单的 max-min运算实现知
16、识的推理，但在知识的获取方面十分脆弱。模糊逻辑同神经网络算法互相结合，取长补短，可以通过学习自动地进行模糊规则的产生和修改，从而在智能控制方面产生强大的威力。1.2.2 国内发展状况分析在我国，模糊控制技术的研究起步较晚，近年来，随着模糊家用电器的兴起，模糊控制在各个领域的应用获得了飞速的发展，同时培养了一大批进行模糊控制研究的优秀人才。但总的来说，在我国，模糊控制的应用水平落后于模糊控制理论方面的研究。这主要是因为研究者常常把模糊控制器的设计分成几个独立的部分来进行，如隶属度函数的确定，规则的获取，控制器的合成等。这样做的好处是把问题简单化，便于初学者上手，快速进行问题的分析和解决。但是这样
17、做带来的问题是很难对设计好的系统进行理论分析和设计优化。当然，在我国，也有一批学者走在了模糊控制理论研究的前列。如，作为模糊论的创始人 L.A. Zadeh的学生，香港科技大学的王立新教授，在模糊系统与模糊控制理论领域做出了很大贡献，给模糊系统与模糊控制理论带来了三个突破，具体是:(1)证明了一类模糊系统是万能逼近器；(2)发明了 Wang-Mendel方法，实现从数据中获取模糊规则；(3)提出了一种能够确保稳定的自适应模糊控制器的设计方法。1.3 国内外在模糊家电方面的状况分析及发展展望在智能家电的研究方面，日本走在世界的前面。资料统计表明，目前日本家用电器的单片机使用率在 85%-94%之
18、间，其中使用模糊控制的家电产品约占50%。日本甚至在几乎所有的模糊控制应用领域都在世界上领先。日本在九十年代初期就有模糊家电问世，而那时我国的模糊家电尚未起步。现在，在家电控制器中应用模糊控制在我国受到普遍重视。由于我国家电行业的飞速发展，模糊家电在我国大有可为。目前看来，模糊家电的发展有三大发展动向:(1)进一步扩大传感器的组合利用多个传感器的功能组合可以不断改进家电的控制技术，而对多个量采样后再进行综合判断正是模糊家电之所长。景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）3(2)与 AI(人工智能)和神经网络技术相结合如前所述，与 AI(人工智能)和神经网络技术相结合将进一步提高模糊家电的智能化水平
19、。(3)模糊家电网络化随着网络经济的逐步发展，未来的家用电器必将改变目前这种单机运作的模式，而具有与 Internet 网通信的能力。家用电器走网络化的道路，这也是当今家电产业发展的趋势之一。1.4 主要研究内容本课题以单片机为主要手段，以电饭锅为控制对象，将模糊控制技术应用于电饭锅的开发方面，由于在电饭锅的模糊控制当中，许多前辈已经做了大量卓有成效的工作，即使在今天，模糊电饭锅在市场上也是比比皆是。本文在借鉴前人工作的基础上，研制出了一种模糊电饭煲控制系统，并重点研究了如下内容:(1)在进行大量测试及实验之后，提出一种新的判断米量的方法，并取得良好的应用效果;(2)研究了电饭煲硬件控制系统，
20、重点研究了低成本化设计方法;(3)根据新的米量判断方法，设计了相应的软件控制程序；(4)提出一种基于模糊电饭锅参数整定的专家系统，以提高电饭锅设计开发的效率。景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）4第 2 章 电饭煲的模糊控制的设计2.1 引言电饭锅作为一个模糊控制对象，其特性的影响因素是多方面的，如结构、材料、发热盘的形状、甚至是顶盖出气孔的大小对其吸热散热特性都有影响。当然，在电饭锅煮饭的过程中，米量的大小对其吸热散热特性的影响是最大的。米量的大小甚至影响到烹调的工艺过程。换句话说，电饭锅必须对不同的米量采取相应的不同的控制方案和工艺过程，才能达到期望中的效果。所以，在其它因素(如结构、材料
21、、发热盘的形状、顶盖出气孔的大小等)一定的情况下，对米量进行模糊判断是决定控制效果好坏的关键.为了选取合适的输入量进行米量的判断，首先必须了解模糊电饭锅的煮饭工艺曲线.2.2 模糊电饭煲的工作过程从煮饭专家的角度来看，米饭的成熟需要经过如下八个阶段:稳定、吸水、集中加热、落水、沸腾、间歇加热、炯饭和保温。在上述八个阶段中电饭锅底部温度曲线的变化过程如图 2-1所示。 图 2-1 电饭煲底部温度曲线图Fig.2-1The temperature curve of cooker景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）5大量的实验研究表明，电饭煲中的米水混合物在经过下面的几个阶段后将能够最终成为无论硬度
22、和戮度都令人满意的米饭。以下对各阶段进行简要介绍。(1)稳定阶段 这一阶段的目的是对开始煮饭时电饭锅的初始状态进行判定。开始煮饭时水和锅的状态并不一定是一致的，有可能是热锅冷水，或是热水冷锅。这一阶段就是采用记时等待的办法，等待大约 3,4分钟的时间，使锅和水的状态达到一致，以便对初始的煮饭状态做出准确的判断。在稳定阶段结束的时候读出底部温度、顶部温度的值，值的高低，将对以后的过程产生不同的影响。(2)吸水阶段 大米在正常状态的含水量较低，吸水阶段的工作目的就是使大米的含水量升高，以便在加热阶段能够使大米的加热趋于均匀，热量透到大米的芯部，提高米饭的质量。这一阶段的水温应该低于 55，否则会使
23、大米中的淀粉 a化，影响吸水的效果。(3)集中加热阶段和落水阶段 集中加热阶段是对锅进行全功率的加热，使锅底的温度迅速上升，但在米量较大的情况下，锅内上表面的水温远远低于锅底的温度.落水阶段就是停止加热使锅内上部的水和下部的水形成充分的对流，使锅内上下温度基本达到一致，所有的米都能均匀受热。在这个阶段中，大米继续吸收水分，并且在较高的温度下开始了淀粉的 a化。(4)沸腾阶段 沸腾阶段使电饭锅内的温度保持在 100的水平。这个过程使大米做深度吸水，并且在较高的温度下促使大米中的淀粉 a化。大米充分吸水后，锅内的水进一步减少，锅底渐渐趋于干燥，当锅底的水分减少到一定程度，锅底温度就会迅速上升，这时沸腾过程结束。(5)间歇加热和炯饭阶段 炯饭阶段的目的就是使热量透到米饭的芯部，使之充分受热而内外质量趋于一致。也就是使米芯的淀粉 a化。炯饭阶段还使大米外部的水分一部分深透入米芯，促使内部的成熟变化，另一部分蒸发掉。这样就使得整粒米饭内外一样。间歇加热的目的就是使锅内的温度达到炯饭的温度，当达到一定的温度时，停止加热或小功率加热，由饭锅利用余热对米饭进行热炯，炯饭结束后，米饭将完全成熟，无论硬度或薪度都令人满意。(6)保温阶段 保温阶段的目的是在人们尚未准备食用的情况下，将电饭锅中的米饭保持在 72的水平。实验研究表明，这样的一条曲线作为温度控制的
