基于stm32的智能料理锅系统设计文档格式.docx
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重点分析全球与中国的主要厂商产品特点、产品产品类型、不同产品类型产品的价格、产量、产值及全球和中国主要生产商的市场份额。
智能料理锅的发展前景非常壮阔，捷赛自动烹饪锅只需用按照配料放置好材料，按下功能键，料理锅就能自动做出像大厨一样的饭菜；
中国四季料理锅等等相关智能料理锅都在市场上站稳脚跟。
国内外智能料理锅的研发与市场开拓也正如火如荼的进行中。
一直觉得烹饪是一个油与火的艺术，所以并不十分热衷购买电压力锅之类的厨房电器，基本上是几口锅+烤箱闯天下。
也经常在周末下厨招待三五好友，甚至二十几人的家庭聚会中掌勺。
做一桌这样的晚餐，有拌，有烤，有蒸炖，有爆炒，灶只有两个，怎样在有限的时间内完成，时间管理是最重要的。
即使是对待平日里两个人的三餐，哪怕是热爱做饭这事儿，也不得不承认，做一桌菜，择、洗、切、炒菜，然后洗完洗锅，擦桌擦地，每天反复，是一件即耗费精力和时间的事情。
智能炒菜机具有自动炒、煎、烹、炸、爆、焖、蒸、煮、烙、炖、煲、米饭等多样功能。
说白了就是只要你准备好食材、调料按照比例放到机器内，然后关上盖子，一键启动，然后就等着香喷喷的菜肴出锅吧。
与人工炒菜相比，智能炒菜机不需人看管，省时省力，而且烹饪进程无油烟也是其突出的长处。
这是因为智能炒菜机具有油温控制系统KSD，通过这个系统将油控制在裂解温度180度以下，这样就不会产生油烟了。
同时伴随油烟而来的一些有毒物比如苯并芘这类的致癌物质也就不会产生了。
没有了油烟我们可以拥有一个舒适清洁以健康的操作环境，这对于人身体十分有易，妈妈们再也不用担心变成“黄脸婆”了。
一般烹饪机都会配有，只不过有的是安在上盖上，而有的搅拌铲是安在内胆底部。
也会有一些产品虽配了搅拌铲但是需要人工手动搅拌，朋友们在选购时要睁大眼睛看清楚哦。
既然都要智能炒菜了，还是要全自动到底比较好。
最后一点就是看智能炒菜机菜单内容了，有些产品为用户提供了八大菜系上百种烹饪程序，有些可以通过WIFI自动下载更新菜单，还有一些产品有自定义菜单功能用户也可按自己的口味设定程序。
智能炒菜机方案的发展趋势在“互联网”浪潮下，智慧炒菜机顺势而生，只要将配料盒放入炒菜机，按键挑选菜谱和模式，在5-10分钟内，智慧炒菜机就可以自动做完一顿美食。
由奥芯方案技术公司研发的智慧炒菜机方案中，智能炒菜机创新的地方在于可以从云端不断下载新的菜谱，从而使得这台炒菜机可以不断学习新的烧法。
产品智慧化已经成为不可逆的趋势，家电产品也几乎都涉及智慧，智慧炒菜机更是解放了煮妇的双手，期待在将来可以有更多的惊喜。
1.3系统内容及主要问题
论文主要对一种智能料理锅的设计进行了研究与介绍，我们首先需要对其控制芯片进行探讨，在此基础上根据实验原理及原理图连接实验装置，设计电路并按照电路组件系统，完成系统的软件程序编写并调试整个系统。
主要解决的问题：
1、元器件的选择以及锅体模型的选择，包括主控芯片，驱动、传感器模块；
2、各模块之间的配合以及整体机械结构的设计；
3、各模块的驱动程序以及系统整体程序；
4、系统整体调试。
2系统内容及选型
2.1系统概述
本次系统为智能料理锅，该系统运作流程分为两大部分：
选择部分和自动操作部分。
选择部分主要是由按键进行烹饪方式以及菜品的选择；
自动操作部分则主要是对应选择方案执行不同的操作流程。
控制部分使用STM32F103C8T6芯片，驱动部分使用L298N电机驱动芯片、继电器以及舵机模块，保护感应模块使用红外对管传感器模块，其中烹饪加热模块使用继电器进行控制、锅盖关合，下料使用舵机进行控制、菜品均匀加热使用直流减速电机进行控制、系统状态显示使用OLED进行实现。
图2-1为系统硬件框图。
图2-1系统硬件框图
2.2单片机选型
在选择单片机时，我们选择了STM32F103C8T6微电路。
考虑了三个方案：
方案1：
使用AT89C51作为主控制IC。
但是，由于与STM32F103C8T6相比，AD89C51具有更少的I/O端口和较差的系统功能，因此解决方案1是不可能的。
方案2：
使用STM32F407系列作为主控制IC。
STM32F407的功能，性能和I/O连接优于STM32F103C8T6。
方案3：
以STM32F103C8T6芯片为主要控制芯片，该芯片价格低廉，可以满足所有系统要求，并可以添加其他功能。
因此，我们决定采用解决方案3。
。
2.3保护模块选型
使用摄像头作为保护模块
视觉驱动AGV是一种快速发展且相对成熟的AGV。
该AGV配备了CCD摄像机，传感器和车载计算机。
机载计算机配备了一个数据库，其中包含AGV飞行路径周围环境的图像。
在进行AGV行驶期间，将摄像机捕获的图像与图像数据库进行比较，以确定车辆周围的当前位置和图像信息，并确定下一个行为步骤。
这种AGV车辆不需要人为的物理路径，因此在理论上是灵活的。
随着用于捕获，存储和处理计算机图像的技术的飞速发展，这种类型的AGV变得越来越方便。
此外，还有许多形式的AGV，例如带有惯性控制AGV的铁磁陀螺仪和带有光学导引的AGV。
但是价格过于昂贵。
使用摄像头进行图像分析成本较高，所以我们排除方案1。
使用红外传感器作为保护模块
该传感器可用于检测人，我们可以手动调整距离测量范围。
红外辐射的原理是，红外传感器打开后便开始工作，当障碍物和障碍物之间的距离到达定义的区域时，传感器会接收到它，一旦反射的红外线达到一定水平，传感器的内部就会被晶体管放大以产生低电平。
我们可以使用处理器来评估并运行适当的程序以实现检测目标。
通过对比分析我们最后选择了方案2。
2.4电机驱动模块选型
自行搭建H桥电路
H桥是一种电子电路，可以使所连接的负载或输出端子两端的电压/电流反向。
这种类型的电路可用于机器人和其他实际情况下的直流电机的正向和反向控制和速度调节，电机控制（双极步进电机也必须包含两个H桥电机控制器）以及AC转换器的功率转换（例如如逆变器和变频器），一些DC/DC转换器（推挽式转换器）等，以及其他电力电子设备。
H桥是典型的直流电动机驱动器电路，因为其电路形状类似于字母H，因此称为“H桥”。
4个三极管形成4个垂直杆H，电动机形成水平杆H。
此解决方案需要使用4个晶体管来形成硬件电路，连接存在问题，并且励磁电流对应于4个晶体管的参数，但容易损坏。
使用L298N芯片
L298N是一个驱动ASIC，它是一个集成的H桥电路。
它与L293D的不同之处在于其输出电流增加并且性能提高。
其输出电流为2A，最大电流为4A，最大工作电压为50V。
它可以驱动感应负载，例如大功率直流电动机，步进电动机，电磁阀等，尤其是其输入端口可以直接连接到微控制器，这非常方便。
由单片机控制。
在驱动直流电动机时，可以直接控制步进电动机并使电动机向前和向后旋转。
该功能仅需更改端子d'
输入的逻辑电平。
L298N微电路可以驱动两台两相电动机或一台四相电动机。
输出电压可以达到50V，并且可以直接从电源调节输出电压。
信号可以直接从单片机的I/O端口提供。
而且电路简单，使用比较方便。
L298N芯片成为了我们的最终选择。
2.5舵机部分
系统的锅盖控制以及下料控制均使用舵机进行控制，使用PWM进行舵机的控制，再通过机械结构即可完成系统要求，且成本较低。
舵机，是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件。
分有：
①电动舵机，由电动机、传动部件和离合器组成。
接受自动驾驶仪的指令信号而工作，当人工驾驶飞机时，由于离合器保持脱开而传动部件不发生作用。
②液压舵机，由液压作动器和旁通活门组成。
当人工驾驶飞机时，旁通活门打开，由于作动器活塞两边的液压互相连通而不妨害人工操纵。
此外，还有电动液压舵机，简称“电液舵机”。
2.6均匀加热部分
系统均匀加热部分我们使用较大力道的直流减速电机搭建的装载平台，当菜品下锅后，发动机开始运转并均匀加热。
减速电动机，即齿轮电动机，基于常规的直流电动机和合适的齿轮箱。
减速器的功能是提供较低的速度和较高的扭矩。
同时，不同的传动比可以提供不同的速度和扭矩。
这极大地改善了自动化行业中直流电动机的使用。
齿轮电动机是指减速器和电动机（电动机）的一体式壳体。
这种一体的壳体也可以称为齿轮电动机或齿轮电动机。
它通常是由专业的变速箱制造商组装和组装的，并且是成套的。
齿轮电动机广泛应用于钢铁工业，机械工程等领域，其优点是简化了设计并节省了空间。
3系统硬件电路设计
3.1单片机最小系统硬件
3.1.1单片机介绍
该系统使用STM32芯片作为智能炊具的中央控制器，以执行诸如从传感器收集信息，电机控制和外部扩展之类的功能。
STM32系列基于ARMCortex-M3内核，该内核是专门为要求高性能，低成本和低功耗的车载应用而设计的。
根据性能分为两个不同的系列：
STM32F103“扩展”系列和STM32F101“基本”系列。
升级后的系列具有72MHz的时钟速度，是同类产品中功能最强大的产品。
基本时钟频率为36MHz。
以16位产品的价格而言，这比16位产品的性能要好得多，并且是16位产品用户的最佳选择。
这两个系列均具有32至128KB的内置闪存，不同之处在于SRAM和外围接口的最大容量。
如果时钟频率为72MHz，则代码将通过闪存执行，而STM32将消耗36mA。
这是32位市场上最低的功耗，相当于0.5mA/MHz。
该系统的主控板是最小的STM32F103系统，它由电源电路，实时时钟，系统时钟电路，接口电路JTAG，复位电路，按键电路，串行接口等组成。
该系统使用STM32F103RBT6芯片。
该微控制器包含一个32位Cortex-M3内核，高速时钟，存储器，内置温度传感器，复位和电源管理。
作为高速机载存储，该设备可以提供2个12位ADC通道，3个16位通用定时器和1个PWM定时器，以及2个IIC数据传输接口和API数据传输接口只有三个。
串行外设接口，USB和CAN通道。
该单芯片微机消耗的功率很小，并且只有2.0-3.6V的低工作电压。
单片机引脚图如图3-1所示。
图3-1单片机引脚图
3.1.2
STM32F103存储器映射
与32个单片机相比，STM32作为32位微控制器具有许多寄存器，因此很难使用寄存器进行编程。
ST已经为STM32开发了一个固件库，因此大多数开发人员都使用该固件库进行编程，使用固件库可降低编程复杂性并减少时间。
因此，我们使用固件库而不是寄存器。
单片机时钟系统框图如图3-2所示。
图3-2时钟系统框图
3.1.3复位电路
复位电路是最小的单片机系统的重要组成部分。
复位电路中的NRST连接到单片机的NRST引脚。
10K电阻器串联在复位电路的MCU引脚和电源之间。
当按下按钮时，电路的NRST端子将设置为低电平以形成复位，并且并联电解电容器会短路并放电。
释放按钮后，电源为电容器充电。
当充电过程完成时，电容器对应于开路状态。
此时，NRST设置为高电平，微控制器继续运行。
复位电路图如图3-3所示。
图3-3复位电路
3.1.4晶振电路
晶体振荡器电路也是较小的单片机系统的重要组成部分。
晶体振荡器电路由晶体振荡器和电容器组成。
上电后，微控制器硬件默认为使用内部时钟源，而外部晶体振荡器必须由软件进行调谐才能开始振荡。
晶体振荡器电路中的电容器在稳定振荡频率和快速振荡中起着作用。
晶体振荡器为实时时钟提供驱动时钟，并产生连续的1s时钟参考。
晶振电路如图3-4所示。
图3-4晶振电路
3.1.5电源电路
最小的单片机系统的电源模块由12V电池供电，由于单片机的正常工作电压为3.3V，因此一旦12V电池放电，输出电压必须降低5V，在这里使用ASM1117。
无需外部电阻分压器即可直接提供3.3V电压，模块电路非常简单。
如图3-5所示，降压模块输出引脚和GND之间的电容用于电压稳定，为微控制器提供稳定的3.3V输出电压，右侧的LED是电源指示灯。
当电路正常工作时，电源指示灯将点亮以提供指示。
图3-5电源电路
3.2驱动模块电路
L298N是定制的驱动器IC，它是一个H桥。
输出电流为2A，最大电流为4A，最大工作电压为50V，可驱动大功率直流电动机，步进电动机，电磁阀等电感性负载，特别是其输入端口可直接连接至微控制器，这是非常方便的。
当驱动直流电动机时，可以直接控制步进电动机，并且可以实现电动机的正向和反向旋转。
该功能仅需更改终端的逻辑电平。
ICL298N可以驱动两台两相电动机或一台四相电动机，输出电压可以达到50V，并且可以直接从电源调节输出电压。
信号可以直接通过单片机的I/O端口输入，电路简单。
L298N可以接受TTL-VSS标准逻辑电平信号，VSS可以连接到4.5至7V。
引脚4VS连接到电源，VS-HIV电压范围为+2.5至46V，输出电流可以达到2A，这可能会导致感性负载。
分别引出引脚1和15上的发射极，以连接电流检测电阻器以生成电流检测信号。
L298可以驱动两个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4可以分别连接到电动机。
这是我们为电动机提供动力的实验设备。
引脚5、7、10和12连接到输入控制平面，以控制电动机的正向和反向旋转。
EnA和EnB连接到控制启用端子以控制电动机停止。
L298N发动机控制单元的功能如下：
1.可以执行电动机的正向和反向旋转以及速度控制。
2.启动性能好，启动扭矩大。
3.工作电压可以达到36V，4A。
4.可以同时驱动两个直流电动机。
5.适用于机器人和智能汽车。
使用L298N驱动两个直流电动机的方案。
可以使用引脚A和B来控制PWM，然后可以将两对引脚IN1，IN2，IN3和IN4分别连接为高电平和低电平，并且仅使用单片机的两个端口来控制PWM信号。
包括端子A，B，可以实现正向和反向旋转。
图3-6为系统电机驱动电路图。
由于本项目只需要电机进行同一方向的转动，我们只需要给信号端输出PWM信号控制电机转动速度即可。
图3-6系统电机驱动电路图
3.3红外避障模块
红外接收管的名称来源于LED行业，专门用于接收和感测红外发射管发出的红外光。
在正常情况下，它作为整套红外发射管用于产品的设备中。
特征和原理：
红外接收管是将红外光信号转换成电信号的半导体组件，它的主要成分是由特殊材料制成的PN结，与传统二极管相比，其结构发生了很大变化。
红外接收管要接收更大面积的入射光，PN结面积应尽可能大，电极面积应尽可能减小，PN结深度应非常浅，通常小于1微米。
接收红外二极管在反向电压下工作。
当没有光时，反向电流非常小（通常小于0.1μA），称为暗电流。
当存在红外光时，携带能量的红外光子进入PN结，并将能量转移到通过共价键结合的电子上，从而使一些电子脱离共价键，形成电子对。
它们涉及反向电压漂移，从而导致更高的反向电流。
光强度越高，反向电流越大。
该特性称为“光电导”。
接收红外线二极管在一般照明下产生的电流称为光电流。
当负载连接到外部电路时，在负载处接收电信号，并且该电信号随光的变化而相应地变化。
图3-7是光电传感器模块的示意图，当接收管接收到来自发送管的信号时，接收管中产生的电压变化将转换为0V/3.3V信号，该信号可由单片机通过电压比较器处理，该电压比较器由LM358运算放大器组成用于处理。
图3-7光电避障模块电路
3.4继电器控制电路
继电器通常是指电磁继电器，即机械动作的那种。
继电器作用的本质是使用一个回路（通常使用低电流）来控制另一个回路（通常使用大电流）的开启和关闭，并且在此控制过程中，两个回路通常是隔离的。
电磁效应用于驱动机械触点，以实现向铁芯线圈供电的接通和断开目的-线圈电流产生磁场-磁场吸收电枢以打开和关闭所有物体。
整个过程是“小电流-磁机械大电流”过程。
我们使用继电器驱动直流电机，对电机进行通断电控制，当分类完成后，电机开始转动带动传送带至对应的垃圾桶位置，图3-8为系统继电器驱动模块电路图。
图3-8驱动模块电路
3.5显示模块
显示模块此设计使用0.96英寸OLED显示模块，其高分辨率为128*64，功耗仅为0.06W，OLED是有机发光二极管。
OLED具有出色的性能，例如自发光，无背光，高对比度，厚度薄，视角宽，响应速度快，可用于柔性面板，宽工作温度范围，设计和工艺制造简单等。
采用新的应用技术的纯平显示器，该设计使用具有4线IED接口的OLED模块，而单芯片硬件IIC仅使用两个I/O端口，从而大大减少了I/O的使用量。
电路图如图3-9所示。
1：
GND 电源地。
2：
VCC 电源正（3～5.5V）。
3：
SCL OLED的D0脚，在IIC通信中为时钟管脚。
4：
SDA OLED的D1脚，在IIC通信中为数据管脚。
图3-9OLED电路图
3.6按键电路
按键模块电路图，其中K1为烹饪模式选择按键，K2为菜单选择按键，K3为确认按键，K4为取消按键，K5为急停按键，系统按键电路图如图3-10所示。
图3-10按键电路
4系统软件设计及实现
4.1keil介绍
该设计的开发环境采用的是Keilv5这个软件。
开发环境支持在汇编器和C中进行编程。
汇编器需要大量的积累，在复杂性和实用性方面，它不如C语言。
因此，我决定使用C语言对微控制器进行编程，C语言由美国人DennisM.Ritchie于1972年首次引入，自1978年以来已被广泛使用，如今已成为程序员不可或缺的技能。
C语言不仅用于软件开发，而且还用于各种科学研究。
特别是微控制器和嵌入式系统的开，与汇编语言相比，C语言更易于学习和使用。
C比汇编语言更接近最低级别，更接近数据，并且更易于描述。
该编程还使用STM32提供的固件库。
与许多使用寄存器进行配置的微控制器相比，STM32固件库通过形式化编程并降低编程复杂性为开发人员提供了更大的便利。
4.2主程序流程介绍
软件开发对于智能系统至关重要，并且软件设计需要更高的系统要求。
单片机的行为由程序设计语言控制，以实现智能控制。
在模块化编程具有以下优点：
（1）独立模块比完整程序更容易编写和调试。
（2）模块可以共存，一个模块可以在不同条件下被多个任务调用；
（3）模块程序允许设计者划分任务并使用现有程序，这对设计者来说很方便。
在
该系统软件采用由主程序，中断例程，驱动例程，算法例程和例程远程控制组成的模块化结构，该设计使用模块化软件，每个程序的功能清晰准确。
软件流程图如图4-1所示。
首先进行IO口以及定时器以及PWM的初始化，其中系统的四个舵机均需要一路PWM，电机驱动需要一路PWM。
系统的软件流程为：
首先进行定时器的配置以及PWM输出的配置，其次进行按键IO口配置，IIC驱动程序配置，然后进入while循环，检测按键按下进行模式选择，进入模式后首先屏幕显示当前菜单，锅盖对应舵机打开，倒油对应舵机打开进行倒油，加热继电器打开进行热油，等待热油完成后加菜舵机打开进行加菜操作，开始进行均匀搅拌，在搅拌一定时间后进行调味，调味舵机打开，再经过一段时间搅拌后完成烹饪，退出当前菜单选择。
图4-1系统主程序流程图
4.3红外感应子程序设计
保护模块使用的M型安装的红外对管，通过多个传感器共同检测完成对人体误操作进行判断，当检测到有物体靠近加热设备后进行加热设备强制断电。
图4-2为红外保护子程序流程图。
图4-2红外保护子程序流程图
4.4电机驱动子程序设计
电机驱动模块通过模块的4个输入端连接到单片机的PWM输出端子，并且通过编程PWM输出端子配置来控制电机速度以及电机的正向和反向旋转。
例如，我在这种设计中使用的是直流电动机。
由于电动机本身的硬件配置，驱动模块4可以控制这些电动机。
我们只需要将一条线从电动机连接到转换器的输出线即可，和控制电路输出引脚的接触。
使用GND时，只需调整PWM输出连接器即可更改电动机速度。
电机驱动程序流程图如图4-3所示。
图4-3电机驱动流程图
5总结与展望
5.1系统硬件测试
系统应按以下方式配置和测试。
图5-1显示了系统硬件的物理布局。
（1）使用万用表检查电源短路，接地故障和其他不良连接。
（2）打开板子，检查电压是否正常等。
（3）保存测试程序，并检查最小的单片机系统和编程接口是否正常工作。
（4）连接显示模块和每个传感器模块以完成硬件系统检查。
5.2系统软件测试
软件测试流程如下：
1、首先测试按键是否可以正常检测，使用LED灯进行按键检测，按下不同按键点亮不同灯；
2、其次测试继电器，使用IO口控制继电器的通断，并添加加热模块查看；
3、测试舵机驱动，使用PWM进行舵机动作测试；
4、测试红外传感器模块，查看红外传感器是否可以进行中断；
5、测试显示模块，查看是否可以正常显示系统状态；
6、将所有代码整合，联合调试，多次测试查看系统是否存在BUG。
6结论
首先，我非常感谢老师和同学们为使这种设计成为可能而提供的帮助。
无论对于硬件还是软件，这种设计对我来说都是一个大问题。
我在单片机的电路和软件编程方面也遇到了很多问题，但是在阅读了相关书籍，上网搜索并寻求老师和同学的帮助之后，这些问题终于得到了解决。
硬件设计面临三个主要挑战。
首先，该系统基于STM32F103C8T6单片机，而我还没有完全掌握单片机的相关知识，我通过阅读《STM32F103系列数据手册》对单
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