基于STM32的搅拌式炒菜机控制系统

基于 STM32的搅拌式炒菜机控制系统

曹卓

越秀（湖北）高速公路有限公司 湖北 鄂州

摘 要 ：烹饪是现代化大型企业、军队、学校等必须要解决的问题，因为人员较多，通常厨师需要一次炒一大锅菜，这样对厨师的体力是一种很大的挑战，而且不能够保障菜品的质量。但目前国内外的炒菜机大多采用PLC控制智能化程度不高，成本较高，各部件功能不够完善，菜肴搅拌不够充分，做出菜肴的味道不能够保证。因此，本文针本文提出一种基于微控制器的搅拌式炒菜机，对炒菜机的控制部分实现深入的研究，从而将厨师从繁重的体力劳动中解放出来。

第一章：绪论

1.1研究的目的及意义

近年来，国内外出现大量现代化的厨房设备，如电饭煲、豆浆机、榨汁机、绞肉机等等。这些设备的出现在一定的程度上减轻了人们的厨房工作量；因此，市场上出现一些不同形式的炒菜机，这些设备在烹饪过程中需人工把握放佐料的时间点和量，烹饪过程中经过搅拌或简单划散做成的菜肴出现搅烂、受热不均等缺点。这些问题的存在，并没有从本质上地把人从繁重的厨房劳动中解放出来，它要求设备的操作者具备一定的烹饪技能，不够完美的锅具构件让烹饪出来菜肴的品质得不到保证，炒菜机是否能够被人们接受并大面积地推广取决于机器烹饪出来菜肴的味道能否达到或超过大厨的水平。烹饪就是为人们提供赖以生存的卫生、营养、可口的菜肴，其是不同人群不可缺少的健康需要；这一过程的实现往往又离不开相关的烹饪设备。本课题研究的智能炒菜机，其主要目的有：

（1）烹饪动作持续性，即一般的人工烹饪会受到劳动强度的限制，厨师需要上下班及中间休息；机器可以不分时间、持续不知疲倦地工作。

（2）通过语音提示的方法将，保证厨师在特定的时间，省去厨师一直照看锅中炒菜过程的情况，将厨师在一定程度上解放出来。

（3）菜肴品质稳定如一，烹饪过程中原料用量、烹饪程序的标准化、工艺参数数据化是保证菜肴良好品质的基础和前提。

（4）操作简单性能稳定，研制出来的智能炒菜机不仅要求操作简单，让人能够迅速准确地掌握操作方法即使不懂任何烹饪技巧，而且要求设备性能稳定，这样才能保证同一个菜肴品质的稳定。（5）当机器出现故障中断自动炒菜模式时可以进行手动操作，这样就不会将菜浪费。

1.2 本文炒菜机的难点及解决方法

难点：通常炒菜机需要厨师自己去判断要炒的菜需要加多少油，需要加多少调料，这样因为加入的油量不同，就出现油在不同时间被加入的情况，而且因为菜种和菜量的不同需要在不同的时间加入调料和少量的水，这样就要厨师在锅的旁边一直照看，虽然在目中程度上解放了厨师的体力劳动，但是还是没有解放厨师，这样就必须有一个懂得炒菜的厨师照看，而且不能去做其他事情，厨房的效率不能够得到明显的改善。

解决方案：在炒菜之前将菜进行称重，然后让操作人员在TFTLCD上输入菜的品种，和重量，通过设定好的程序计算出需要加入的油量，油的加热时间，需要加入的调料的量，并通过语音播报的方式通知操作人员，这里的菜谱可以根据后期新菜种的出现通过U盘或者TF卡的方式重新加入到系统中。

第二章：炒菜机控制系统的具体实现

2.1炒菜机控制系统的整体框架

图1、控制系统的整体框图

主控电路的主控制器菜与ARM-M7为内核的STM32控制器，选用它的主要原因是它的运行频率较高，主频为216MHz。而且他拥有TFTLCD的专用控制接口，能够驱动10.1寸的大屏，先对与PLC控制方式采用的组态屏成本降低了很多。

2.2主要执行机构型号

1. 齿轮泵（油泵）型号为：CBS1—12XK/DC24

2. 电磁阀（水泵）型号：SEN-HZ21FA

3. 直流电机型号：Z5D120—24GU

4. 传感器（接近开关）型号：TL-Q5MC1-Z

2.3控制电路的实现

2.3.1电机控制电路的实现

因为系统中的锅体、叶片和倾倒采用直流电机的方式实现，电机在转动过程由于启动和停止过程中会产生较大的反馈电流，容易烧毁CPU。所以采74HC244隔离芯片进行隔离，然后采用两个BTN7960电机驱动芯片来驱动电机，实现电机的正反转。

图2、电机控制电路

BTN7960电机驱动芯片能够工作在6V-27V，理论输出最大电流为43A，完全能够满足我们的电机和电磁阀的电流要求。

2.3.2接近开关控制的实现

在锅体倾倒的过程中需要两个接近开关来实现限位，还有两个接近开关用来实现锅体和叶片的测速，电路如下图3所示。

图3、电机控制电路

这里的接近开关因为使用的是和电机电源相同的24V电压，所以这里采用TPL521光耦隔离来实现。通过STM32定时器的捕获功能实现接近开关信号的采集。

因为对电机的控制速度和位置的精度没有严格的要求，而且锅体和叶片的转动速度较低所以采用T法测速的方式来实现电机速度的测量，也就是通过测量电机转一圈需要的时间来知道电机的转速，通过LCD的方式表现出来让控制软件知道电机是转动的。

2.3.3 TFTLCD控制电路

因为STM32F767芯片自带有LCD-TFT控制端口，能够提供一个24位的RGB串行数据线，直接驱动所有的信号到LCD控制板，所以这里采用直接与10.1寸的LCD-TFT连接的方式。

2.3.4 语音播报电路

这里的语音播报采用外接语音处理芯片的方式，能够很好的保证音质不变。从而能够正确的进行语音播报

图4、电机控制电路

这里使用WM8978语音处理芯片来完成语音的处理，WM8978工作在模拟电源电压2.5V到3.3V，尽管它的数字核心部分为了节省电能可以把工作电压下降到1.62V。如果需要增大输出功率，扬声器和OUT3/4线输出可以在5V电源运行。芯片的个别部分也可以通过软件进行断电控制。在3.3V的电源供电下可以驱动一个8欧姆的小功率扬声器。

这里我们将音频文件只作为每个单独的文件，通过FATFS文件系统和USB驱动库将外部FLASH只作为U盘的形式，这样就可以通过电脑将音频文件拷贝到FLASH中，然后通过文件系统将FLASH中的文件读出，从而实现声音的播放功能。

2.3.5 USB主机和从机电路

系统中将音频信息存储在了FLASH中，需要通过电脑将音频信号和之后的菜谱都保存在FLASH中。

图5、电机控制电路

STM32F767自带USB驱动接口，USB-OTG-FS外围设备和USB2.0兼容。

第三章：炒菜机控制系统的软件实现

3.1系统软件的框架

炒菜机系统的工作流程如图5所示，整个流程简单明了。该系统的难点是采用一种合理的方式去解决菜谱的问题。主要是自动炒菜模式的形成过程，该模式要竟可能多的去解放厨师甚至普通人也可以很轻松的完成炒菜工作，这里需要解决的问题是，如何将厨师平时炒菜的各项数据进行采集，并进行分析处理得出一个合理的菜谱。

图5、系统软件的框架

3.2电机调速的实现

STM32F767芯片具有14个定时器。其中12个定时器可以产生PWM波形，从而能够很好的实现PWM波形的调速，实现锅体和叶片的正反转。

主时钟的频率为168MHz，通过预分频寄存器之后的供给TIM的频率因为是2倍的关系所以还是168MHz。设定定时器的分频系数为168，重新装载值为500，比较值为400。这样就可以得到定时器输出的PWM波形的频率为2KHz，占空比为20%。

第四章：总结与展望

本课题是智能炒菜机控制系统的设计，课题内容包括了主要包括电控部分。控制系统是以STM32F767作为主控芯片控制系统涉及到硬件和软件方面的设计。在硬件方面实现了主控芯片和器件的的选用以及电路原理的设计分析。

这次的课题研究是顺应社会发展而产生的。从当前发展来看，家电、厨电产品己

经大大改善了人们生活，而在众多的这些产品中，唯独缺少一款炒菜机。当前市场上的一些炒菜机普遍存在较大缺陷。当前研发的这款无论在结构上、功能上还是智能化都有很大的改进。当然，结构以及功能的局限性还是或多或少的存在。在以后的工作过程中还需要不断的改进、优化，力争在结构上、功能上、性能上达到更优状态。

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