第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
信息技术的蓬勃发展，物联网、大数据、AI 人工智能的发展，移动通信技术的应用，为各种智能设备的开发设计提供了坚实的技术基础。越来越多的研究人员在工业、农业、交通、家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等国民经济各领域开展了大量的物联网技术应用研究，以此提高行业效率和效益、改善人们生活质量。
近年来人们日常生活的方方面面因为智能家居的出现得到了很大的改善，智能家居已成为现代生活的重要组成部分。智能家居积极向上的发展态势得益于相关技术的进步，其中在智能家居行业的发展中起决定性作用的是无线传感技术，它主要负责传递信息和信息交互[1]。网络接入因为无线通信技术的成熟应用得以摆脱线缆的束缚，使网络接入更便捷、更灵活的同时建设成本降低[2]。智能家居行业具有相当广阔的发展前景，众多有发展眼光的企业早已将其作为企业发展的新目标、新战略，例如小米早已基本完成对智能家居生态的布局，华为也提出了“智能家居赋能者”这一观念[3]。
现代家居生活中有八成以上的家务劳动集中在厨房，人们渴望减少家务劳动、提高生活品质，拥有更加方便的厨房设备，智能厨房的概念由此产生，在厨房中，电饭煲的使用率占到 22%[4]，这说明电饭煲在家居生活中的重要性。尽管目前市面上已有各种功能齐全的智能电饭煲，但在使用的过程中人们对智能电饭煲提出了更高的要求。
不同类型的家庭人群对电饭煲的使用有着不一样的习惯。调查分析了都市工薪阶层单身家庭、新婚夫妇、三口之家的电饭煲使用习惯。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 自动电饭锅研究现状
日本东京通讯工程公司在 20 世纪 50 年代生产出了世界上第一台电饭煲。最初的电饭煲是机械式控制，设计相当简单，通过一个按键进行操作，锅胆采用的是铝制材料。随着科学技术的发展，继机械式电饭煲之后，电脑电饭煲也随之上市，在传统电饭煲的基础上，还增加了定时煮饭、保温以及控制面板菜单等多种功能，在功能实现上更加灵活化；在内胆材料的处理上添加了不沾锅材料，比如一些有机涂料、纳米陶瓷不粘涂料、铁质涂料等，能够保证做出的米饭不糊、不沾锅；在加热方式上，一些新的加热技术不断出现，比如基于感应加热方式[7,8]；此外在锅盖的设计上也更加科学实用，不仅能够有效的保存食物中的水分及营养，而且美味、营养也更加丰富。当前，国外电饭煲技术研究较为先进，比如基于电磁技术的 IH 电饭煲，基于太阳能技术的蒸煮机器[9,10]等等。国外的很多研究目前更多的在探讨如何使米饭蒸煮的更有营养[11,12]。
在自动电饭锅相关设备领域，日本还发明了一种超声波洗米机，它在喷嘴部分开有很小的空气吸入口，使其能够随意地控制空气的吸入，从而有效的利用水能，吸入空气的小汽泡爆破时产生的超声波，能促进灰尘、杂质及糖分的剥离，可以大大提高了对大米的洗净力。
电饭锅是一款中国普及率极高的小家电。据调查，2010 年我国电饭煲总产量已高达1.5 亿，出口 0.25 亿，占全球总量的 90%[13]。这说明我国电饭锅的生产情况良好、市场广阔，是电饭锅生产消费大国。
目前国内市场上的电饭煲主要有两类：一类是全自动电饭锅，运用最新的模糊控制，拥有较高的自动化水平；另一类是普通电饭锅，采用老式机械操作控制。全自动电饭锅具有定时功能，可调整电饭锅开始工作的时间；还增加了软、硬度等不同口感的米饭烹饪程序可供用户选择；具备多样化的功能，除煮饭外还能实现煲汤、炖肉等功能；部分高端产品具有可通过手机 APP 远程控制的功能。如图 1-1 为目前市面上家用电饭煲常见种类。
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第二章 自动电饭煲系统设计
2.1 系统需求分析
针对现有家用电饭煲无法脱离人自动完成所有煮饭操作、无法根据用餐人数更改米量以及煮饭口感不稳定等问题，本项目结合物联网技术及机械技术设计一款独立完成所有煮饭操作流程的，具备储存、量米、清洗、定时煮饭、远程控制等功能的电饭煲。可由移动终端控制其自动完成量米、洗米、装米、加水、煮饭等一系列日常煮饭操作流程，还可设定固定的米水比例以确保每次煮饭均能达到最佳口感。系统设计需求分析如下：
（1）将一系列煮饭操作机构整合为一体
将储米、量米、洗米、装米、加水、煮饭、饭煲推送等一系列日常煮饭操作机构集合在一体化的自动家用电饭煲中
（2）实现煮饭全过程自动操作
改变现有电饭煲必须由使用者先完成量米、洗米、加水操作费时费力的情况，本设计的新型电饭煲能够实现自动完成煮饭前后一系列工作，使用者只需将米放入储米箱中，无需进行量米、洗米、加水等操作，解决使用者冬天洗米导致生冻疮、关节疼痛的问题，彻底将人从煮饭中解脱出来。
（3）实现对一体化自动家用电饭煲的远程控制
利用物联网技术将手机、平板电脑等移动终端与电饭煲通过网络相连，无论身处何处，想吃饭只需在 APP 上进行简单操作即可开始量米、洗米、加水等一系列煮饭操作，随时随地远程控制煮饭。
（4）实现取米量控制
改变以往电饭煲必须先完成量米、洗米、加水才能设置定时或远程开始煮饭，难以适应用餐人数变化，容易出现煮饭量不足或过量的情况。新型电饭煲远程控制结合自动量米装置的控制，实现在开始煮饭前均可根据用餐人数变化设定不同的煮饭量，灵活应对用餐人数变化。
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2.2 系统结构设计
2.2.1 系统总体结构
图 2-1 系统结构示意图
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第三章 远程控制系统设计 ........................................ 21
3.1 物联网技术框架 ............................................ 21
3.2 远程控制方案选择 ........................................... 22
3.3 远程控制系统总体设计目标 ............................. 23
第四章 手机客户端设计与实现 .................................. 37
4.1Android 系统架构 ............................................ 37
4.1.1 应用程序 .................................. 37
4.1.2 应用程序框架 .............................. 37
第五章 系统功能测试 .................................... 47
5.1 系统本地功能测试 ............................................. 47
5.1.1 量米功能 ........................... 47
5.1.2 洗米功能 ................................... 48
第五章 系统功能测试
5.1 系统本地功能测试
本项目具备储存、量米、清洗、定时煮饭等功能，是一款独立完成所有煮饭操作流程的电饭煲。可全自动完成量米、洗米、装米、加水、煮饭等一系列日常煮饭操作流程，还可设定固定的米水比例以确保每次煮饭均能达到最佳口感。主要对量米功能、洗米功能以及系统整体协调一体工作的效果进行了测试。制作的系统样机如图 5-1 所示。
图 5-1 系统样机
第六章 总结与展望
6.1 总结
本课题主要的工作目标是研制一款新型的一体化自动家用电饭煲，针对当前市场上自动家用煮饭设备的现状，设计并研制出一套具有储存、量取、清洗、定时煮饭、远程控制等多种功能的基于物联网的一体化自动家用电饭煲。主要工作有，对自动家用电饭煲各个装置功能目标进行分析，并根据具体的实际应用要求和功能要求，确定自动电饭煲各组成结构的设计方案，使其能够实现做饭蒸煮的自动化，并且实现了电饭煲联网功能，实现云端服务器用户管理功能，注册用户利用手机终端 APP 绑定电饭煲，即可随时查询电饭煲状态、遥控电饭煲进行烹调，实现“智能电饭煲的远程控制”功能。本系统由一体化自动电饭煲、WIFI 模块、用户端 APP、云端服务器四个模块组成。本文主要介绍了如下内容：
（1）详细分析了自动电饭煲各功能装置的设计要求，对自动电饭煲各项功能明确提出了硬性要求和性能指标。对自动电饭煲储存装置、量米装置、洗米装置以及推送装置的设计方案分别做了详细介绍，最后给出了系统整体结构的设计方案。
（2）依照功能需求的思路设计了自动电饭煲的控制系统，将控制系统分为主控制器模块、远程控制模块、驱动模块和电源模块，给出了控制系统整体原理方框图，并对各组成模块进行了详细说明，最后根据控制系统的设定，阐述了自动电饭煲工作流程。
（3）对实现物联网远程控制的 WIFI 模块、用户端 APP、云端服务器三个模块核心功能说明。
（4）对 WIFI 配网、局域网 APP 控制等设计要求，和系统的协议、安全设计原则、串口 UART 原则及要求进行说明。
（5）系统各个子功能实现方案。包括 WIFI 组件和主控通信接口的硬件设计方案，降低 WIFI 功耗的方法，用户端 APP 实现方案，APP 关键工作流程，主控板与 WIFI 模块交互过程中主控软件的工作流程。
参考文献（略）