1、全自動量米洗米煮飯煲設計說明書摘要 : 本作品設計了一種新型，全自動量米洗米煮飯煲，主體為一箱體，箱體 設有儲米裝置、洗米裝置，煮飯裝置和中央控制器，儲米裝置包括儲米箱，其 底部設有多個臭氧出口，臭氧出口通過供臭氧管與臭氧機連接，對米進行殺菌 消毒處理。儲米箱底部有一出米口，此處裝有一電磁排米閥，可以精確控制出 米量，出米口下方為洗米裝置，洗米裝置主要由一洗米倉，圓錐形洗米器和小 型電動機組成，其中還有兩根進水管，兩根出水管，兩個電磁進水閥，一個電 磁排水閥，一個電磁進米及進水閥和。洗米裝置下方為一電飯煲，電飯煲鍋蓋 上有一進米孔，進米孔上裝有一電磁閥。所有的操作都有中央控制器完成，完 全實現

2、產品的全自動化和人性化。關鍵詞 ：全自動 電磁閥 量米洗米煮飯 中央控制器摘要附圖161514131F1:儲米箱蓋2:儲米箱3:支撐架4:電磁進水閥15:圓錐形洗米器6:中央控制器7:電飯煲8:箱體外殼9:電磁振動器10 :加熱盤管11:溫度傳感器12:電磁排水閥13 :電磁進水閥214:電動機15:電磁排米閥16:儲米箱蓋開關引言科技的革新、時代的進步和經濟的飛速發展使得人們的生活水平不斷提 高，人們對日常生活中所使用的各種類型產品的要求也逐漸升高，特別是對那 些與日常生活密切相關的蒸煮類電子產品因為人們每天的起居飲食都離不 開這類產品。電飯煲以其方便快捷逐漸成為了人們日常生活必不可少的產品

3、 , 這 類電子產品須同時具有特定的使用功能及相應的審美形式 , 即具有物質功能和文 化功能雙重屬性。而在當代激烈競爭的市場上，產品日新月異。為了提高企業的經濟效益， 就必須依據市場的變化情況 , 大力改善產品設計工作，迅速提高產品設計水平。 為此，則需要根據用戶的需要，在產品設計過程中進行技術經濟分析，確定最 適宜的產品功能 , 合理的技術參數，選擇適當的結構和材料，降低產品的成本 , 使產品達到物美價廉。進行產品設計技術經濟分析，實際上就是要對產品設計 中如何達到技術上先進、經濟上又合理的設計分析方法進行分析與討論. 總之，產品設計技術經濟分析是集市場、顧客、技術、經濟、創新等重要因素為一

4、體 的綜合集成的系統方法。只有在產品設計中多角度全方位地考慮各種因素，才 有助于產品的設計開發更加科學、合理，從而提高新產品設計開發的成功率 , 降 低風險, 進而增強企業的市場競爭力。目前，市場上的電飯煲大部分只具有單一的煮飯功能，并且其功能的實現 大部分都必須要人全程控制，沒有實現產品的全自動化，更談不上產品的人性 化。全自動量米洗米煮飯煲著眼于現實，放眼于未來，主要解決當前上班族時 間緊，在家吃飯困難的問題。讓上班族在上班就能通過遠程控制實現在家自動 煮飯的功能，只要設定煮飯的時間和加米量，加米、洗米、煮飯、保溫等一系 列操作都能自動運行。從而節省量米，洗米的時間，也可以讓人回到家就吃到

5、 香噴噴的米飯。本設計將打破傳統電飯煲的概念，試圖解決傳統電飯煲在使用過程中出現 的一些問題。心里學家馬斯洛將人的需要分為生理需要、安全需要、歸屬和愛 的需要、尊重的需要、求知的需要、審美的需要和自我實現的需要。打破傳統 電飯煲現有的功能，在滿足其基本功能的前提下，讓人們更加方便的操作和使 用，實現產品的全自動化和人性化。設計改良后的電飯煲將實現自動量米洗米 煮飯的功能，但電飯煲又是可以獨立使用的，只是在其外部加了一個自動量米 洗米的裝置，而電飯煲現有的形狀和控制系統也要稍加改進。目前電飯煲市場面臨著的問題主要有市場趨向飽和，行業進入成熟期，技 術平平沒重大突破，三四級市場被雜牌占據一大部分，

6、兩極分化，電壓力鍋等 新型炊具入侵市場。除了煮飯外，電飯煲已經在概念和功能上實現了全新的延 伸，創新和突破成為當前各大廠商重新開辟電飯煲市場所面臨的主要問題。以人為本，是設計中的永恒主題。人與產品的多重關系決定產品必將服務 于人，而人必將為產品的設計明確方向和意圖。全自動量米洗米煮飯煲正好符 合了這一點，實現的產品的全自動化和人性化。第一章整體方案設計1. 系統整體結構框圖設計本作品先設計了系統的整體工作流程圖，為本作品的設計思路提供理論上的工作路線，以保障系統的高效、有序地實施。圖1-1為本系統的整體結構框圖。開始煮飯程序2. 設計要求根據上面提到的問題，我們要解決的問題就是怎樣做到無人參與

7、的情況下 將大米做成米飯。根據日常生活中做飯的步驟可以對本設計提出如下設計要 求： 定時進行機器啟動； 無人參與下進行大米的清洗； 無人參與由洗凈到煮飯的傳輸； 無人參與下進行大米加工為米飯的過程。3. 全自動量米洗米煮飯煲的工作原理在以前我們做飯時往往要經歷這樣幾個過程： 從儲米桶將米取出放入洗米的容器； 反復的將米洗上幾次； 將米放入電飯煲或其他加工工具進行加工。這些過程在以前都是不能離開人的參與的，而我們設計的這套全自動量米洗 米煮飯煲就是要做到將前述幾個步驟在編譯的程序下自動依次運行，并做到 能定時定量，而不需要人的參與。4. 系統的工作原理全自動量米洗米煮飯煲排米、進水，攪拌和排水時

8、通過電磁排米閥、電磁進 水閥和電磁排水閥，配合進行控制，從而實現自動控制的。設定好吃飯的人數 和開始煮飯的時間，電磁排米閥打開，將米注入，通過出米口的速度，精確計 算出排米量和洗完米后要加入的水量，接著處于上部的電磁進水閥打開，將水 注入；圓錐形洗米器開始工作，洗米完畢，電磁排水閥打開，將水排出；接著 位于下部的電磁進水閥打開，注入先前間算好的水量水，采用兩邊對沖式把米 沖進電飯煲。煮飯時，電源啟動 。圖 12 為本過程具體的流程圖。1-1設定人數時間開始洗米倉進米進水洗米完畢排水完畢洗米倉進水水和米進入電飯煲電飯煲電源打開第二章 量米器的作用及工作原理1. 量米器的作用是根據用餐人數來確定量

9、取多少米，可以首先通過計算平均每 人每次米飯的用量，結合午餐的用量比早晚餐的用量要大，人們午餐用米量平 均為160g,早晚餐每次用量是150g左右。另外在設定量取多少米時應該考慮 多種元素，包括吃飯前是否有過比較劇烈的運動、一定的體力或腦力運動，綜 合考慮米的用量，再通過量米器底部的出米孔將米送入洗米倉里。2. 已知量取的米量(根據人數，可以精確到每人吃飯所用米的一半)，然后通 過控制系統，全自動量米洗米煮飯機由量米系統、洗米系統和控制電路組成。 其控制電路分為機械和電腦型，電腦型控制電路是以單片機作為控制電路的核 心。I .自動量米機的量米程序 面板上有5個按鈕K0 K1、K2, K3, k

10、4。 K0為啟動 按鈕，K1為停止按鈕，K2為人數設定按鈕1，K3為人數設定按鈕2，k4為定 時按鈕，可以通過加法計算搭配出不同人數的要求；確定人數開閥出米 關閉閥門量米程序為：按鈕輸入一一系統計算一一輸入到控制系統一一出米。n .控制器的硬件組成原理 控制器由單片機Z86C09作為控制器的核心所構 成，該控制器具有以下特點：(1) 具有較強的抗干擾能力，當受到外部強干擾，程序出錯時，可以自動使 系統復位重新執行程序。(2) 采用無噪聲、無電磁干擾的雙向晶閘管作為控制元件，控制電磁閥和電 機。(3) 具有欠壓和過壓保護，欠壓時，控制器不工作；超壓時，保護電路起作 用。( 4) 具有瞬間掉電保護

11、功能，電源短時間停電后，電壓恢復時，能夠維持原 運行程序的工作狀態并繼續完成量米程序。(5)各種操作和本產品運行狀態均用 LED顯示。下面分別介紹各部分的特點 及組成原理。1 ).單片機Z86C09 Z86C09是Z8系列單片機中最簡單的一種，成本較低。采 用COM結構，具有耗電少、抗干擾力強和工作電壓寬等特點，可在2.55.5V的電壓范圍內工作。Z86C09有 14條I/O線，P2.0P2.7是雙向I/O 口，可以按 位設置輸入或輸出。P3 口中P3.13.3規定為輸入口，可作為輸入端或中斷請 求端。P3.4P3.6規定為輸出口。Z86C09內部含有2個多功能定時/計數器，2K 字節的ROM

12、和144字節的寄存器陣列。2 ).電源電路部分控制器的電源由變壓器 B、整流二極管D14D19濾波電 容C1和穩壓集成電路7806組成。7806輸出的電壓分三路分別用于晶閘管觸發，提供鍵盤輸入和LED顯示，以及提供單片機的電源。后兩路各經過一個二 極管和一個電容，當 7806的輸出電壓下降時，還可以依靠電容保持的能量，維 持電路再工作一段時間。晶體管 T11、T10和穩壓管DW組成欠壓保護電路。當 電源電壓不足，T11的基極電壓小于3.9V時，T11截止，T10也截止。Z86C09 的P3.1端沒有電壓，常為低電平。T12截止，造成T5T9的發射極均懸空，因 此T5T9截止，不受Z86C09控

13、制。這時，雖然Z86C09能夠正常工作，但外圍 控制元件全部關斷，機器不工作。單片機的 P3.1 端輸入判別欠壓保護電路工作 狀態的信號，只有當電壓正常后，單片機才開始執行量米程序。 當電源電壓超 過使用電壓時，壓敏電阻 MR的阻值會突然變小，使電壓不能超過保護電壓值， 當過壓時間較長時，則會燒斷保險絲 RD。3 ).過零檢測電路過零檢測電路由晶體管 T14,變壓器B和二極管D17D19組成。D17起隔離作用，在電壓為零時，脈動電壓為零，T14截止。由于T14的集電極電阻接到T10的集電極，只有在T10導通，即電源電壓正常，T14才能 在電源電壓過零時輸出高電平。Z86C09的 P3.1端檢測

14、過零信號。4 ).鍵盤和顯示電路鍵盤由K1K6組成，其中K3 K4是檢測開關，按鍵狀態的檢測采用掃描方法，由單片機的 P3.4P3.6 輸出掃描信號，使晶體管 T1T3輪流導通，T1T3輸出的高電平通過二極管 D1D6后掃描每個鍵。6個鍵 分為兩組，按鍵信號由 P3.2 和 P3.3 輸入。 P3.2 和 P3.3 常態為低電平，當按 下某一鍵，并且高電平掃描到這個鍵時，P3.2或P3.3輸入才變為高電平。Z86C09檢測到這個高電平，再根據當前掃描到哪一位，即可判別出哪個鍵按下，D1D6的作用是防止多個鍵同時按下時，對三條掃描線產生的短路。顯示電路由LED1LED7&成。顯示方式采用

15、動態掃描方式，列掃帚信號線與行掃帚 線共用，行顯示信號直接由Z86C09的P2.4P2.6驅動。由于LED要求的亮度 不，所以驅動電流不大，約 9mA每個LED顯示的時間是總的顯示時間的1/3， 平均電流約為 3mA。5). 雙向晶閘管觸發電路雙向晶閘管采用直流觸發，晶閘管的門極由晶體管 T5T8控制，晶體管導通時，觸發雙向晶閘管導通，第U川象限觸發，T5T8的集電極電阻用于限流。由于1A和3A的雙向晶閘管所需要的觸發電流較小，容易受外界的干擾。為了提高系統的抗干擾能力，在1A和3A的雙向晶閘管觸發回路中各并聯一個O.OluF的電容，抑制瞬時的干擾信號。兩個 8A的雙向晶 閘管用于控制電機MO

16、正轉和反轉。這兩個晶閘管在任何時候最多只允許一個導 通，如果兩個同時導通，則會損壞晶閘管。兩個8A雙向晶閘管的兩個主電極上并聯一個100Q的電阻和O.OluF的電容組成阻容回路，用來吸收雙向晶閘管兩 主電極之間的瞬時電壓脈沖，保護雙向晶閘管。附：文中的單片機也可采用AT89S51等來構成。6）.智能化按鍵：采用單片機的智能化儀表大大提升了儀表的檔次，強化了 功能。如數據處理和存儲、故障診斷、聯網集控等。3. 如何設定米的量米器的設計參數：量米箱出米孔的斜度為30度左右，高度H為30cm圓周部分的直徑D為30cm。4. 量米器采用半球的形狀，需要用多少米（通過控制出米的速度，和計算出米的時間）5

17、. 平均每個人每次吃160g米飯通過輸入器設定有多少人用餐6. 儲米箱的出米口應在稍偏離中心的位置使出口閥門受力不會過大v -出米的速度m/sR-出米孔半徑mi-孔坡度p-濕周mW-量米器面積mH中心米深mA孔斷面m2n粗糙系數可選0.013（混凝土水溝）流速的計算：2孔面積：n R公式：單位體積流速為V-m/s時間為T-s流量為Q-m3用餐人數為m （精確到0.5 ）每人平均每次用米160-g總出米量為So方程：Q=V*TS=160*m令S=Q解出時間T第三章 洗米器的作用及工作原理第四章 電飯煲的組成及工作原理1. 電飯煲的組成（1）鍋體：分內鍋、外鍋。內鍋體用來盛裝欲烹制的食物，常以鋁合

18、 金、搪瓷或不銹鋼制作，外鍋體起安全保護和保溫的作用（2）鍋蓋：主要起密封作用，鍋蓋上有一進米孔，當洗米完成后，米順 著導管再經過進米孔進入到內鍋里面，當所有米完全進入內鍋以后，進米孔自 動關閉，開始煮飯。（3）電熱器件：通常為金屬管式，大多鑄于鋁制發熱板里，發出的熱由發 熱板均勻地加熱內鍋體底部。（4）控制裝置：包括控溫和定時器，控溫裝置一般有限溫器和恒溫器兩部分構成。前者保證鍋溫不會超過某一定值（通常為 103土2C），安裝在發熱 板中心的空腔處；后者保證鍋內食物煮熟后穩定在 60 80 C,安裝在發熱板下 或其他適當位置。定時器有發條式機械定時器和電控定時器。電飯煲主要由發熱盤、限溫器、

19、保溫開關、杠桿開關、限流電阻、指示 燈、插座等組成。2. 電飯煲的工作原理（1）發熱盤：這是電飯煲的主要發熱元件。這是一個內嵌電發熱管的鋁合 金圓盤，內鍋就放在它上面，取下內鍋就可以看見。發熱盤其圓盤邊緣有一環 形凸緣，中部帶孔且孔邊也形成一環形凸緣，兩凸緣之間另有一圓環形凸塊， 其右部有一弧形凸塊，環形槽內有 3 個帶螺紋孔的圓柱體，扇形凹槽內也有一 帶螺紋孔的圓錐體，圓環形凸塊內裝有導電用的紫銅管，其兩端凸伸于弧形凸 塊外面，且凸伸一圓柱體，接線夾有孔用于固定電源線，其后端彎成U 字形并固定于圓柱體上面，發熱盤用鋁合金不粘鋁材及高溫不粘油的鋁材制成，其表 面又涂一層不粘涂層，其使用壽命超過

20、十年，發熱均勻，可抗化學腐蝕，絕緣 性能良好。如下圖所示：（2）限溫器：又叫磁鋼。它的內部裝有一個永久磁環和一個彈簧，可以 按動，位置在發熱盤的中央。煮飯時，按下煮飯開關時，靠磁鋼的吸力帶動杠 桿開關使電源觸點保持接通，當煮米飯時，鍋底的溫度不斷升高，永久磁環的 吸力隨溫度的升高而減弱，當內鍋里的水被蒸發掉，鍋底的溫度達到103± 2C時，磁環的吸力小于其上的彈簧的彈力，限溫器被彈簧頂下，帶動杠桿開關， 切斷電源。限溫器磁鐵，它的磁性由 N極、S極構成，磁鐵本身的上、下兩邊 為相同的磁極，中間為與其相反的磁極，構成工作表面為一面三級結構，且中 間磁極的磁力比兩邊的磁極大。（3）杠桿開

21、關：該開關完全是機械結構，有一個常開觸點。煮飯時，用 手按下此開關，通過傳動杠桿使永久磁鐵和軟磁鐵吸合，其吸力大于彈簧的彈 力和永久磁鐵的自身重力，所以永久磁鐵不會落下，觸電閉合，電路接通，發 熱板開始發熱。當飯煮熟后，溫度繼續上升，當達到103C時，軟磁鐵突然失去磁性，永久磁鐵在自身重力及彈簧彈力的作用落下，通過傳動杠桿使觸點分 開，電路斷開，發熱板停止發熱，這樣就起到保溫作用。（4）保溫開關：又稱恒溫器。它是由一個彈簧片、一對常閉觸點、一對 常開觸點、一個雙金屬片組成。煮飯時，鍋內溫度升高，由于構成雙金屬片的 兩片金屬片的熱伸縮率不同，結果使雙金屬片向上彎曲。當溫度達到80C以上時，在向上

22、彎曲的雙金屬片推動下，彈簧片帶動常開與常閉觸點進行轉換，從 而切斷發熱管的電源，停止加熱。當鍋內溫度下降到80C以下時，雙金屬片逐漸冷卻復原，常開與常閉觸點再次轉換，接通發熱管電源，進行加熱。如此反 復，即達到保溫效果。（5）限流電阻：外觀金黃色或白色為多，大小 像3W電阻，按在發熱管 與電源之間，起著保護發熱管的作用。常用的限流電阻為 185C 5A或10A （根 據電飯煲功率而定）。限流電阻是保護發熱管的關鍵元件，有能用導線代替。3. 電飯煲的電路圖小紅小嫌至二Z匡 占一題m遼第五章 控制系統的選擇及工作原理控制系統的選擇在提出以上控制要求后我們需要選擇出合適的控制設備來實現。如果我們 采

23、用早期的將接觸器、各種繼電器、定時器、其他電器及其觸頭按一定邏輯關 系連接的繼電接觸器控制系統。雖然它機構簡單、價格便宜、便于掌握，在一 定范圍內能滿足控制要求，但也存在著設備體積大，動作速度慢，功能少而固 定，可靠性差，難于實現較復雜的控制的特點，特別是由于它是靠硬連線邏輯 構成的系統，接線復雜，但全自動量米洗米煮飯煲的控制要求有什么改變時， 原有的接線盒控制盤就要更換，缺乏通用性和靈活性。再者如果我們采用小型計算機來實現，雖說通用性和靈活性較前者有很大 提高，但由于價格高，輸入、輸出電路不匹配和編程技術復雜等原因，也不適 合在本設計中使用。而現在廣泛應用于工業控制系統的 PLC正是對控制系

24、統的實現的最佳選 擇?？刂葡到y構成根據上一節提出的控制要求，能夠基本判斷出全自動量米洗米煮飯煲所需 的外圍設備。在這個設計中我們的最終想法是在無人參與的情況下完成變大米 為米飯的課程，所以我們能提前想象到設計中應該用到的元器件等等，首先我 們覺得必須要有一個儲米的容器，因為只有這樣才能適時地保證大米供應，為 了在以后設計中便于理解我們將之取名為儲米箱，有了儲米箱當然要有一個通 道，用來完成從儲米箱取米。這樣才能保證大米的有序進入，而這個通道要完 成自動控制就必須設定一個電磁閥。這是其功能及控制要求決定的。又因為我 們在日常生活中買的大米都是必須經過清洗才能加工進食的，所以在本設計中 也必須有一

25、個能進行清洗的裝置，在這個裝置中應該包括兩個進水通道，一個 排水通道，一個排水及米混合物的通道和一個圓錐形洗米器及一個小型電動 機。為了在以后設計中便于理解我們將之取名為洗米倉。當大米在洗米倉完成 清洗工作后，就是要完成大米的烹飪過程。因為現在市面上已經具有了包括模 糊控制理論在內的米加工工具，如電飯煲，所以本設計只需在設計中鑲嵌一個 類似煮飯裝置即可。當然在設計中必須涉及到對其的控制?，F在市面上的電飯煲幾乎都有保溫技術，采用了模糊控制技術，當用電飯 煲煮飯時，飯熟后它將自動跳回到保溫控制上，不會將飯煮過火。而全自動煮 飯機中嵌入了一個電飯煲，可以用 PLC控制它的電源。根據控制要求在這套全自

26、動量米洗米煮飯煲的外圍設備大概包括：啟動按 鈕，停止按鈕，人數選擇按鈕，電磁排米閥，電磁進 /排水閥，圓錐形洗米器， 小型電動機，電飯煲。控制系統圖控制系統圖是在控制要求既定的情況下最直觀的觀看PLC對外圍設備的控制，因為所用的外圍設備都要與 PLC的I/O接口相連，所以在完成外圍設備的 選擇后，決定PLC就成為最主要的工作了。因為只有在 PLC確定的情況下，才 有辦法完成控制系統的設置。針對不同的PLC有著不同的設計思維方法，由于I/O接口不同有可能還涉及增添各種模塊等。通過綜合比較，我們選擇西門子 公司的S7-200系列PLC，因其具有體積小、運行速度高、功能強等特點，所以 我們在本設計中

27、采用了西門子公司的 S7-200系列PLC，再根據設計中可能用到 的I/O數等參數分析在本設計中最適合的 CPU為CPU224全自動煮飯機的控制系統圖如圖2.1所示圖2-1控制系統整體結構框圖程序的流程圖全自動量米洗米電飯煲不僅僅是完成普通的煮飯工作。而是能夠通過設置實 現對大米的定時清洗，煮飯，并能判斷大米某一次的用量。根據其設計要求， 我們設計的控制系統在正常運行下是根據程序一步一步地完成控制要求，但俗 話說計劃趕不上變化 , 所以我們在正常運行情況下考慮到了非正常狀況，我們在 設計中添加了強制運行程序用來完成用戶做非正常動作。下面就是全自動量米 洗米電飯煲的正常運行和強制停止的流程圖。1

28、 正常運行流程圖及運行過程 ：（1）按開始按鈕，設定人數，電磁排米閥打開，開始排米。通過程序精確控 制排米量（2）進米停止后洗米倉開始進水，此時進水工作由上部電磁進水閥完成；（3）一邊進水時，一邊啟動電動機開始大米的清洗工作；實現對大米的不斷 沖洗和攪拌，保證大米的清潔度。（4）2到 3分鐘后開始排水；（5）排水完畢后，再由處于下部的電磁進水閥開始進水，進水量已經根據先 前的進米量設定好了，用兩邊對沖的方式把米全部沖進電飯煲 里面。（6）當所有米和水進入到電飯煲里面后，位于電飯煲鍋蓋上進米孔上的電磁 閥關閉，開始執行煮飯程序。正常運行流程圖如圖 5.1 所示2 強制停止流程圖及過程強制停止過程

29、是在全自動量米洗米煮飯煲已經開始啟動情況下要求停止即將 要進行操作而設計的，因為我們經常會遇到比如人數設定錯誤，突然不用做飯 等等情況。此時全自動量米洗米煮飯煲就要執行特殊的操作?！皬娭仆Ｖ埂狈绞骄唧w控制要求如下：（1） 若按下“停止”按鈕烹飪的全過程都要停止，儲米箱往洗米倉的輸送通道要關閉，進水，排水，電動機電源要關上，電飯煲電源要關上。（2）若按下“停止”按鈕，洗米倉到電飯煲的輸米通道要打開，因為全自 動量米洗米煮飯煲無法判斷當人們作出停止行為時正處于什么狀態，有可 能此時正處于洗米狀態，大米還留在洗米倉中，如果不將大米排走將會影 響下一次的操作，所以打開洗米倉到煮米倉的輸米通道便于大米的取出。強制停止流程圖如圖 5.2 所示。電動機，逬水閥，儲米箱排栄電磁閥關4 4井米金排水、排米閥齊洗米倉進米進水洗米完畢排水完畢洗米倉進水水和米進入電飯煲電飯煲電源打開結束3.程序的構成此套控制系統的程序由一個主程序和兩個子程序組成，主程序要完成正常運 行，強制停止情況的判斷，人數按鈕設置的判斷