多功能分體養(yǎng)生電飯煲的設(shè)計

趙俊凱，石昊

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西陽泉，045000）

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展提高，人們生活水平也隨著提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)逐漸改變，由過去的對五谷主食的大量攝取變?yōu)榱藬z取少量的主食和大量菜品，并且這種趨勢日趨顯著。其次，人們的健康意識不斷增強(qiáng)，對生活質(zhì)量和身體健康的要求不斷的加大，更加促進(jìn)了食物烹飪方式的健康化和多樣化，良好的膳食結(jié)構(gòu)是保障營養(yǎng)充足的基礎(chǔ)。本產(chǎn)品正是針對人們對烹飪方式的新的要求而開發(fā)的，在充分保證人體攝取食物營養(yǎng)的多樣性的同時，大大提高了電飯煲的使用效率，節(jié)省了人們做飯時花費(fèi)的時間，使得本產(chǎn)品更加符合人們的使用。

現(xiàn)在社會中有很多獨(dú)居老人或單身人士，他們每頓飯的食用量較小，傳統(tǒng)電飯煲鍋體的單一的煮飯功能，不能同時煮湯和燜飯，面對這些消費(fèi)者，傳統(tǒng)電飯煲耗時耗力，不能滿足他們便捷的生活，也不符合現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢。

另外，對于一些有糖尿病、高血壓、高血脂等特殊患者的家庭中，這類患者對飲食的要求較高，在食物的烹飪過程往往過于繁瑣，給做飯帶來了很多不便。

1 電飯煲在家庭中的重要作用

電飯煲雖然是很小的一件家用電器，但它卻是每個家庭中必不可少的家用電器。電飯煲在飲食方面發(fā)揮了重要的作用，如果能夠擁有一臺適合家庭使用的電飯煲來烹飪食物，一定會給烹飪者帶來很多便利。不僅能夠節(jié)省烹飪的時間，提高做飯效率，還會增加食物的鮮美，給消費(fèi)者帶來更好的做飯體驗。

2 目前市面上電飯煲所存在的問題分析

現(xiàn)在市面上電飯煲的種類多種多樣，深受廣大消費(fèi)者的青睞。不同品牌，不同價格，不同容量都是消費(fèi)者在選擇電飯煲時的依據(jù)，但最重要的選擇依據(jù)便是電飯煲的容量，價格和品牌都是隨之而后的。在選擇電飯煲時，人們會根據(jù)自己家庭人口數(shù)及用途對自己購買的電飯煲的容量進(jìn)行選擇，雖然有些品牌的電飯煲會有幾種不同的容量可供挑選。但是在消費(fèi)者購買時，仍然會感覺電飯煲容量選擇范圍較小，因為選擇一個不合適的電飯煲會帶來很多問題，容量過小，做的飯不夠吃，容量過大，浪費(fèi)空間等，這樣使得電飯煲的使用效率會大大降低。

現(xiàn)在市面上所銷售的都是以一個獨(dú)立鍋體進(jìn)行烹飪食物，一個電飯煲只有一個單獨(dú)的鍋體，每次加熱也只能進(jìn)行單一食物的加熱，這種結(jié)構(gòu)很不適合現(xiàn)代人們的需求。因為現(xiàn)在很多家庭大多都是三口之家，做菜都不需要做太多，如果只為了烹飪少量的食物，而使用電飯煲去烹飪，是非常不劃算的，雖然電飯煲做出的食物更加鮮美，但是這樣使用不僅會造成能源浪費(fèi)，還會給自己清洗時帶來麻煩。雖然也可以去購買小的電飯煲去烹飪食物，但是只要家里來客人一般都會不夠用，現(xiàn)在市面上所有的電飯煲結(jié)構(gòu)都存在這樣的問題，鍋體的單一性大大降低鍋的使用效率。需要重復(fù)使用烹飪不同食物，使烹飪過程變得繁瑣不僅浪費(fèi)時間還浪費(fèi)能源。

3 多功能分體養(yǎng)生電飯煲的設(shè)計

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

多功能分體養(yǎng)生電飯煲最主要的設(shè)計是將傳統(tǒng)的電飯煲單一鍋體設(shè)計成為三個獨(dú)立的鍋體，可以同時加熱三種不同的食物，不僅可以提高做飯的效率，還可以節(jié)約能源，節(jié)省居家空間，更加滿足現(xiàn)代人們的對家用電器高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。

圖1 多功能分體養(yǎng)生電飯煲外觀圖

3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計初期，只將電飯煲鍋體分成三部分而加熱裝置只采用同一個加熱裝置進(jìn)行加熱，這樣只達(dá)到了將加熱空間分成三部分進(jìn)行加熱食物，可以同時加熱三種不同的食物。可是只有一個加熱裝置，必須使食物的加熱時間相近才能夠使用，而且不能單獨(dú)控制鍋體進(jìn)行加熱，很容易導(dǎo)致能量的浪費(fèi)和食物沒有熟透的問題。

后期將三口鍋改成相互獨(dú)立的個體，這樣在使用中會更加方便，緊接著將加熱系統(tǒng)改為三個獨(dú)立的部分，三個加熱系統(tǒng)可以受到不同的控制，可以單獨(dú)也可以全部使用。分區(qū)域加工食物，可以對不同的食物采用不同的火力，使得能夠更好的爆發(fā)出食物的鮮美。后期將三個鍋體也改為不同大小的，更加方便烹飪。

圖2 多功能分體養(yǎng)生電飯煲內(nèi)部圖

在多功能分體養(yǎng)生電飯煲的其他部位也設(shè)計了很多更加方便使用的細(xì)節(jié)，在鍋蓋部分，不僅設(shè)計了更加貼合內(nèi)膽的密封材料，還在最外圈增加了整體的密封圈，使鍋體密封性更好，做飯速度加快，更能夠提高使用效率。內(nèi)膽采用IH砂鍋內(nèi)膽，陶瓷鍋在烹飪時能夠更好的保持食物的原汁原味，是健康、環(huán)保、安全的烹飪器具之一[1]。

3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計

對于多功能分體養(yǎng)生電飯煲的控制系統(tǒng)，最核心的是用AT89C51單片機(jī)對電飯煲各個功能模塊進(jìn)行控制[3]。本系統(tǒng)的主要電路有AT89C51單片機(jī)控制模快、顯示模塊、IH電磁加熱模塊、開關(guān)模塊、人機(jī)控制模塊、壓力傳感模塊[2]、水位傳感模塊、食物識別模塊、溫度傳感模塊。

圖3 系統(tǒng)功能框架設(shè)計圖

3.3.1 AT89C51單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)收到指令，開始對指令進(jìn)行解析，然后控制多功能分體養(yǎng)生電飯煲開始工作：識別食物種類、確定加熱鍋體和加熱方式、最后開始烹飪的整個過程，并且實(shí)時采集溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器采集回來的信息，及時調(diào)節(jié)烹飪所需的最佳條件，不僅保證了食物的味道，也更加保證了電飯煲的穩(wěn)定可靠的工作。

圖4 主程序設(shè)計流程圖

3.3.2 人機(jī)控制模塊

人機(jī)控制模塊采用WIFI模塊進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系，WIFI模塊的工作方式主要有兩種[4]，一種是主動型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，就是在每次數(shù)據(jù)交換前，都是由串口WIFI模塊設(shè)備主動發(fā)起連接，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。第二種是被動型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，在每次數(shù)據(jù)交換前，所有的WIFI模塊都是處于等待狀態(tài)，然后服務(wù)器發(fā)起連接邀請，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

WIFI模塊充當(dāng)手機(jī)和多功能分體養(yǎng)生電飯煲之間的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，實(shí)時的將多功能分體養(yǎng)生電飯煲的數(shù)據(jù)傳到手機(jī)APP，及將手機(jī)APP的控制信息傳送至電飯煲，使電飯煲開始時根據(jù)指令進(jìn)行工作。

3.3.3 IH電磁加熱模塊

電磁加熱技術(shù)簡稱為IH加熱技術(shù)，其原理為電磁線圈接交變電流，使線圈周圍產(chǎn)生交變磁場，進(jìn)而在導(dǎo)體表面產(chǎn)生渦流，最終將電能轉(zhuǎn)化為熱能。IH加熱直接對金屬材質(zhì)內(nèi)膽進(jìn)行加熱，使整個內(nèi)膽均勻受熱，溫度控制更加精確。

IH加熱技術(shù)不僅加熱速度快、效率高、無污染，其對食物的口感也會有一定程度的提升。

3.3.4 壓力傳感模塊

常見的壓力傳感器主要有；應(yīng)變片壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、藍(lán)寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器，這里主要采用壓電壓力傳感器[5]。壓電壓力傳感器基本上是利用正壓電效應(yīng)制成的。正壓電效應(yīng)指：當(dāng)晶體受到某固定方向外力作用時，內(nèi)部就會產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。逆壓電效應(yīng)有稱為電致伸縮效應(yīng)，是指對晶體施加交變電場引起晶體機(jī)械形變的現(xiàn)象。因為本裝置需要的精確度較高，故采用壓電傳感器。

3.3.5 開關(guān)控制模塊

采用觸摸屏、按鍵同時對鍋體進(jìn)行控制，使控制變得更加方便，即使老人在使用時也能夠順利操作。

3.3.6 溫度傳感模塊

在溫度測量中選擇了MLX90614型號的紅外測溫模塊，其信號調(diào)節(jié)芯片中采用了先進(jìn)的低噪音放大器，一個17位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器單元放大微小的熱電偶電壓并將其數(shù)字化，可在-40℃～+125℃范圍內(nèi)測溫，精確度在±1℃。

3.4 多功能分體養(yǎng)生電飯煲的整體電路圖

如圖5所示。

圖5 多功能分體養(yǎng)生電飯煲電路圖

4 結(jié)語

電飯煲是一種把電能轉(zhuǎn)化成熱能的新型多功能烹飪器貝。在科技發(fā)展日新月異的今天，電飯煲也同其它家用電器一樣經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從手動到半自動、全自動以及到現(xiàn)在的智能化產(chǎn)品的過程。我們設(shè)計的多功能分體養(yǎng)生電飯煲，不僅滿足了當(dāng)今社會人們更加注重養(yǎng)生、注重高效的需求，而且性能穩(wěn)定、體積小巧、功能多樣。