王靖凱，袁嫣紅

（浙江理工大學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，浙江 杭州 310018）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)于糧食的需求也從吃飽、吃好逐漸過渡到如何吃得營(yíng)養(yǎng)、吃得健康上。然而研究表明，大米的絕大部分營(yíng)養(yǎng)是保存在胚芽里的。胚芽米又稱為留胚米，指胚芽保留率達(dá)到80%以上，并符合大米等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的精米。其富含豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、可溶性糖和多種維生素以及鉀、鈣、鐵等人體必需的微量元素，另外還含有植物固醇、谷維素等特殊成分，長(zhǎng)期食用有防治便秘及預(yù)防肥胖癥、糖尿病、心血管疾病等功效［1-2］。但由于早期的碾米技術(shù)不夠發(fā)達(dá)以及胚芽本身易脫落等緣故，人們常食用的精大米是不含胚芽的。近年來隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)已能夠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出保留胚芽的碾米機(jī)，并且市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一批投放于各個(gè)小區(qū)的自助式胚芽碾米機(jī)設(shè)備，該設(shè)備已具備供料、生產(chǎn)、自助購(gòu)買、排料等全自動(dòng)化功能［3-4］。因此，研究與發(fā)展胚芽米碾米機(jī)械及便捷的自助售賣系統(tǒng)，對(duì)于改善人類飲食健康有著深遠(yuǎn)影響。

1 相關(guān)研究

目前國(guó)內(nèi)自助胚芽米碾米系統(tǒng)仍處于示范階段，有待進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。在較發(fā)達(dá)的城市首先進(jìn)行了試點(diǎn)銷售，最開始由廣州全谷鮮、浙江萬盛等企業(yè)引進(jìn)韓國(guó)、日本等國(guó)原裝機(jī)器在國(guó)內(nèi)進(jìn)行推廣與銷售，之后深圳的艾雷特、西安斗石等企業(yè)在國(guó)外機(jī)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行消化與吸收，自行研制出TLE 系列和ZM 系列［5］。然而，目前市場(chǎng)上的自助胚芽米系統(tǒng)一方面由于體積龐大，單次加工的胚芽米數(shù)量較多，而過多的胚芽米不利于儲(chǔ)存，易受潮霉變；另一方面每臺(tái)碾米機(jī)之間彼此獨(dú)立，缺乏統(tǒng)一調(diào)控。隨著碾米機(jī)數(shù)量的增加，使得統(tǒng)計(jì)碾米機(jī)狀況、加工數(shù)據(jù)等工作變得十分繁瑣，管理也十分低效［6］。

本文針對(duì)這些問題設(shè)計(jì)一套自助胚芽米碾米系統(tǒng)，并擬開發(fā)出一種新型胚芽米銷售模式。以家用為目的，為每個(gè)消費(fèi)者家庭配置一臺(tái)小型自助胚芽碾米機(jī)系統(tǒng)，廠商可為用戶提供送糙米原料上門服務(wù)，類似于桶裝水的銷售模式。該模式能夠改善消費(fèi)者購(gòu)買胚芽米的體驗(yàn)，使消費(fèi)者能夠足不出戶，通過網(wǎng)絡(luò)下單的方式隨時(shí)隨地加工出每餐需要的新鮮胚芽米。

2 自助碾米系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，單臺(tái)的碾米機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。電機(jī)通過帶輪將動(dòng)力輸送至碾米軸上使碾米軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)將糙米放進(jìn)入米口，在螺旋推進(jìn)器作用下將糙米推入左側(cè)碾米室，糙米在碾米室內(nèi)受到碾米筋及其他米粒共同施加的碾削作用，將糙米的米糠層去除。其中，米糠透過篩網(wǎng)從米糠口流出，碾白后的精米從出米口流出［7-9］。

Fig.1 Sketch of rice milling machine structure圖1 碾米機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

但是，由于現(xiàn)有碾米機(jī)單次加工數(shù)量較多，一次加工出的精米如果保存不當(dāng)很容易變質(zhì)。為提高即碾即吃的便利性，系統(tǒng)對(duì)原有的碾米機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)為網(wǎng)絡(luò)下單、自動(dòng)定量取米并碾米。用戶通過手機(jī)端或電腦端輸入對(duì)應(yīng)的URL 登入網(wǎng)頁，選擇加工數(shù)量并點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，此時(shí)服務(wù)器后臺(tái)會(huì)將加工數(shù)據(jù)編組成符合MQTT 協(xié)議格式的報(bào)文，發(fā)送給MQTT 中轉(zhuǎn)站；MQTT 中轉(zhuǎn)站根據(jù)報(bào)文中的主題查找訂閱該主題的其他客戶端（本系統(tǒng)為WiFi 聯(lián)網(wǎng)模塊），將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給WiFi 模塊；主控板通過串口接收中斷，當(dāng)接收到來自WiFi 模塊的一條完整報(bào)文后開始提取有效數(shù)據(jù)，得到加工數(shù)量和運(yùn)行指令，并設(shè)置對(duì)應(yīng)變量控制定量取米電機(jī)的運(yùn)行周期，將儲(chǔ)米倉(cāng)中的糙米按量放入碾米室內(nèi)；取米動(dòng)作完成后，再驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)進(jìn)行碾米；一次完整的碾米動(dòng)作完成后，主控板將本次加工數(shù)據(jù)及儲(chǔ)米倉(cāng)余量打包成MQTT 協(xié)議上傳至服務(wù)器，服務(wù)器將接收的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)后在Web 前端頁面顯示。

系統(tǒng)框架如圖2 所示，主要由擴(kuò)展機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和Web 服務(wù)器3 部分組成。擴(kuò)展機(jī)構(gòu)通過設(shè)計(jì)糙米存儲(chǔ)與定量取糙米一體機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)糙米、從儲(chǔ)米倉(cāng)定量取出糙米放入原有碾米機(jī)械碾米室內(nèi)兩個(gè)功能?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)包括主控制器、系統(tǒng)供電電路、輔助機(jī)構(gòu)中定量取米電機(jī)及碾米機(jī)主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軟硬件設(shè)計(jì)等；Web 服務(wù)器設(shè)計(jì)包括后臺(tái)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、Web 前端頁面設(shè)計(jì)等。

Fig.2 Overall system framework圖2 系統(tǒng)整體框架

3 定量取米模塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)碾米系統(tǒng)以家庭為單位、現(xiàn)碾現(xiàn)吃的模式，在原有碾米機(jī)基礎(chǔ)上，增加定量取糙米機(jī)構(gòu)，根據(jù)下單數(shù)量定量取糙米放入碾米室內(nèi)。儲(chǔ)米與定量取米機(jī)構(gòu)如圖3所示，其主要由機(jī)架、儲(chǔ)糙米倉(cāng)、電機(jī)、連桿、曲柄、軸承、下滑槽、定量糙米倉(cāng)、上滑槽、糙米余量傳感器等組成。設(shè)計(jì)的儲(chǔ)糙米倉(cāng)可存儲(chǔ)糙米15kg，定量糙米倉(cāng)容量約為200g 糙米，即單人一餐的用米量。小尺寸的定量糙米倉(cāng)可有效控制每次的取米數(shù)量，保證每餐吃到的大米都是新鮮碾出的。由于定量糙米倉(cāng)的體積較小，所以電機(jī)采用小功率的步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，以保證在輸出動(dòng)力的同時(shí)降低噪音。

從功能上將該機(jī)構(gòu)分為儲(chǔ)米倉(cāng)、定量糙米倉(cāng)、定量取米傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架4 部分。儲(chǔ)米倉(cāng)為開口上大下小的漏斗狀容器，內(nèi)部裝有糙米余量傳感器。當(dāng)糙米存儲(chǔ)量接近最小閾值時(shí)，可實(shí)時(shí)提醒用戶系統(tǒng)糙米量不足，請(qǐng)及時(shí)購(gòu)買新糙米。

Fig.3 Rice storage and quantitative rice pick-up mechanism圖3 儲(chǔ)米與定量取米機(jī)構(gòu)

定量糙米倉(cāng)是實(shí)現(xiàn)定量取米的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。定量糙米倉(cāng)上下開口，其容量設(shè)計(jì)為取米量的最小刻度，目前為200g。定量糙米倉(cāng)安裝在上下兩個(gè)滑槽內(nèi)，上滑槽開口與儲(chǔ)米倉(cāng)的出米口相連，下滑槽開口與碾米室相通。定量糙米倉(cāng)受定量取米傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，可在進(jìn)米和出米兩個(gè)工位中來回移動(dòng)。

Fig.4 Composition of brown rice taking mechanism圖4 取糙米機(jī)構(gòu)組成

如圖5 所示為進(jìn)米工位，定量糙米倉(cāng)的進(jìn)米口與上滑槽上的開口重合，米倉(cāng)中的糙米在重力作用下流入定量糙米倉(cāng)。當(dāng)定量糙米倉(cāng)離開取米工位時(shí)，定量糙米倉(cāng)的上檔板將上滑槽開口封住，防止儲(chǔ)米倉(cāng)內(nèi)的糙米繼續(xù)向下流出。定量糙米倉(cāng)的出米口則被下滑槽上的檔板擋住，直到定量糙米倉(cāng)到達(dá)出米工位，如圖6 所示。此時(shí)其出米口與下滑槽上的開口相通，糙米從下滑槽的開口流出，進(jìn)入碾米機(jī)的碾米室內(nèi)。

Fig.5 Rice feeding station圖5 進(jìn)米工位

Fig.6 Rice output station圖6 出米工位

4 碾米控制系統(tǒng)

碾米控制系統(tǒng)接收服務(wù)器下發(fā)的指令，控制取米與碾米動(dòng)作，并把碾米加工完成的信息上傳服務(wù)器。根據(jù)需求，碾米控制系統(tǒng)框架如圖7 所示。

Fig.7 Rice milling control system framework圖7 碾米控制系統(tǒng)框架

4.1 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)框架，硬件電路部分包含主控最小系統(tǒng)、光電傳感器接口、WiFi 模塊接口、存儲(chǔ)器接口、直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口（主軸碾米電機(jī)）、霍爾傳感器接口及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口（定量取糙米電機(jī)）。主控芯片選擇STM32F103VGT6，需要搭建必要的電路（如外部晶振電路、程序下載接口電路、復(fù)位電路等）形成最小系統(tǒng)才能正常使用［10-11］。

由于系統(tǒng)使用的各模塊電源不盡相同，如主控芯片正常工作電壓為3.3V，糙米余量傳感器額定電壓為24V，直流無刷電機(jī)三相逆變驅(qū)動(dòng)電路中使用的功率管工作電壓為12V，霍爾傳感器反饋信號(hào)為5V，因此系統(tǒng)將24V 電源作為輸入設(shè)計(jì)了3 種降壓電路，可分別得到12V、5V、3.3V 電壓。

控制系統(tǒng)在與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)通過WiFi 模塊中轉(zhuǎn)，控制器與WiFi 模塊通過串口連接交互數(shù)據(jù)。在每次加工數(shù)據(jù)前都需要確認(rèn)系統(tǒng)糙米余量是否充足，所以在系統(tǒng)中增加用于檢測(cè)糙米余量的光電傳感器。傳感器額定工作電壓為24V，設(shè)計(jì)傳感器接口電路使用光耦，將24V 電源與3.3V 電源隔離。由于每次加工完成后需要更新糙米余量，并將余量保存在系統(tǒng)中斷電不丟失，因此本系統(tǒng)外接W25Q64FLASH 存儲(chǔ)器，通過SPI 總線存取數(shù)據(jù)。

此外，系統(tǒng)最主要功能是定量取糙米與碾米，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，下面將詳細(xì)介紹兩部分硬件電路的設(shè)計(jì)。

4.1.1 定量取米電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)

定量米倉(cāng)作為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)件，動(dòng)力來源于與曲柄通過聯(lián)軸器連接的電機(jī)。因?yàn)槎咳∶讉}(cāng)體積較小，所以采用兩相四線制混合式步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源。為降低設(shè)計(jì)難度，模塊采用TI 公司的DRV8818 驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片內(nèi)部集成兩個(gè)N 溝道功率MOSFEET H 橋驅(qū)動(dòng)器和控制馬達(dá)細(xì)分步距的分度器，最高可提供步距8 細(xì)分，以及每相繞組2.5A 的相電流。內(nèi)部具有自關(guān)斷功能，可實(shí)現(xiàn)欠壓、過溫、過流及短路保護(hù)等。

定量取米電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖8 所示，使用24V 直流電源為芯片供電，VREF 和RNF1、RNF2 引腳用來調(diào)整輸出電流，MODEL1 和MODEL2 引腳用來決定電機(jī)工作在幾分之一步進(jìn)模式，最高可為八分之一。CLK、ENABLE、CW/CCW引腳分別連接主控制器的脈沖、使能和方向引腳，CR1 與CR2 引腳決定關(guān)閉時(shí)間，MTH 引腳決定電流衰減模式。根據(jù)定量取米模塊的實(shí)際工作情況，配置驅(qū)動(dòng)芯片工作在八分之一步進(jìn)模式，輸出電流為1.8A，衰減模式為混合衰減。

Fig.8 Fixed amount of rice pickup motor drive circuit圖8 定量取米電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

4.1.2 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)

直流無刷電機(jī)無需機(jī)械換向，并且在低速時(shí)能提供較大轉(zhuǎn)矩。本系統(tǒng)的碾米主軸電機(jī)選用三相直流無刷電機(jī)，一般采用三相六狀態(tài)120 度導(dǎo)通方式，通過搭建三相逆變電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)［12］，其中，單個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)電路如圖9 所示，PWM 控制信號(hào)高電平為3.3V，經(jīng)過TLP715 高速光耦進(jìn)行保護(hù)隔離與升壓，使控制信號(hào)升至15V 作為IR2110S 的輸入控制信號(hào)。選用IR2110S 作為MOS 管的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)IRFS3607 組成的H 橋，HIN、LIN 分別控制HO 端和LO 端。當(dāng)HIN 輸入高電平時(shí)，HO 與VB 端導(dǎo)通；當(dāng)HIN 輸入低電平時(shí)，HO 與VS 端導(dǎo)通，LIN 端同理。在上半橋Q3導(dǎo)通時(shí)，由于源極電壓約等于24V，若高于柵極會(huì)使Q3 導(dǎo)通一瞬間關(guān)斷，因此添加二極管D10 與電容C20 組成自舉升壓電路，在Q3 導(dǎo)通時(shí)將柵極電壓抬升至39V，從而保證柵源之間的電壓大于IRFS3607 的VGS，電機(jī)其他兩相驅(qū)動(dòng)電路與之相似。

三相無刷直流電機(jī)需要位置反饋，通常在電機(jī)內(nèi)部集成了霍爾傳感器以確定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置。3 個(gè)霍爾傳感器安裝在電角度相差120°的位置，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)60°，3 個(gè)霍爾傳感器中的1 個(gè)就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)跳變，控制器根據(jù)此信號(hào)可得到轉(zhuǎn)子位置，然后進(jìn)行換向控制［13-14］。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

4.2.1 定量取米模塊電機(jī)軟件設(shè)計(jì)

定量取米電機(jī)控制流程如圖10 所示。當(dāng)模塊接收到運(yùn)行指令后，首先對(duì)指令進(jìn)行解析，獲得本次電機(jī)需要循環(huán)的次數(shù)TIMES；然后設(shè)置電機(jī)方向?yàn)檎D(zhuǎn)（即DIR=0），并啟動(dòng)電機(jī)；電機(jī)啟動(dòng)后不斷統(tǒng)計(jì)定時(shí)器PWM 輸出的脈沖個(gè)數(shù)，以此判斷電機(jī)是否到達(dá)指定位置；當(dāng)從進(jìn)米工位運(yùn)動(dòng)到儲(chǔ)米工位時(shí)，電機(jī)反向（即DIR=1）繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)電機(jī)再?gòu)某雒坠の换氐竭M(jìn)米工位時(shí)，此時(shí)方向標(biāo)志位DIR 為1，TIMES 自減1，最后根據(jù)TIMES 的值是否為0 判斷本次取米動(dòng)作是否結(jié)束。

Fig.9 Rice milling spindle motor drive circuit圖9 碾米主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

Fig.10 Flow of the control of quantitative rice taking motor圖10 定量取米電機(jī)控制流程

4.2.2 主軸電機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)

將霍爾傳感器3 根信號(hào)線接入控制器高級(jí)定時(shí)器1 的3 個(gè)外部輸入通道，配置定時(shí)器1 為霍爾模式，在每個(gè)霍爾信號(hào)線邊沿觸發(fā)中斷，并在中斷服務(wù)函數(shù)中讀取編碼器的值，將讀到的值與電機(jī)真值表對(duì)照，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)MOS管導(dǎo)通進(jìn)行換向。本模塊控制程序流程如圖11 所示，通過定時(shí)器的計(jì)數(shù)器初值控制碾米時(shí)間長(zhǎng)短。此外，本系統(tǒng)采用每一相上半橋PWM 波、下半橋高低電平控制的方式，通過調(diào)節(jié)上半橋PWM 波脈沖的寬度（占空比）改變輸出電壓幅值，從而達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。對(duì)于直流無刷電機(jī)而言，應(yīng)盡量設(shè)置較高的開關(guān)頻率，一方面能降低電樞電流脈動(dòng)量，另一方面也有利于自舉電容的充放電，使電路更穩(wěn)定地工作。但是過高的開關(guān)頻率又會(huì)加劇MOS 管的損耗，影響其使用壽命［15］。結(jié)合碾米電機(jī)的實(shí)際使用情況，本模塊配置PWM 頻率為20kHz，占空比為50%。

Fig.11 Spindle motor control program flow圖11 主軸電機(jī)控制程序流程

4.2.3 控制器主程序

主程序流程如圖12 所示。通電開機(jī)后，先對(duì)各硬件進(jìn)行初始化，包括串口、定時(shí)器、WiFi 模塊、MQTT 主題訂閱等，接著系統(tǒng)一直處于等待接收服務(wù)器下發(fā)指令狀態(tài)。當(dāng)接收到服務(wù)器下發(fā)的加工指令，便開始解析數(shù)據(jù)并判斷儲(chǔ)米倉(cāng)中的糙米是否充足。若不充足，則發(fā)送一條糙米原料不足的報(bào)警消息到服務(wù)器上，并退出循環(huán)等指令狀態(tài)，直到糙米補(bǔ)充完畢；若充足，則根據(jù)碾米數(shù)量控制定量取米電機(jī)循環(huán)次數(shù)，并按量取米。取米結(jié)束后，開啟主軸電機(jī)進(jìn)行碾米。碾米完成后，將本次碾米數(shù)據(jù)打包成MQTT 的發(fā)布報(bào)文，通過WiFi 模塊發(fā)送至服務(wù)器。

Fig.12 Main program flow圖12 主程序流程

5 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制碾米機(jī)運(yùn)行，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)碾米機(jī)加工狀況及儲(chǔ)米倉(cāng)余量信息，設(shè)計(jì)一套具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶認(rèn)證、遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)等功能的遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)。服務(wù)器系統(tǒng)框架如圖13 所示。

5.1 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器開發(fā)語言使用Python，最常見的基于Python 語言的Web 服務(wù)器框架有3 個(gè)，分別為：Django、Flask、Tornado。其中，F(xiàn)lask 因其自身體量小，可按照項(xiàng)目需求通過第三方模塊進(jìn)行擴(kuò)展，且第三方模塊資源非常豐富［16-17］。因此，本服務(wù)器選擇Flask 作為后臺(tái)開發(fā)框架。

為滿足服務(wù)器與聯(lián)網(wǎng)設(shè)備交互方便、易維護(hù)、可擴(kuò)展的需求，使用MQTT 物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。該協(xié)議的物理模型如圖14 所示。服務(wù)器與聯(lián)網(wǎng)模塊既可作為發(fā)送方，又可作為接收方，只需訂閱同一個(gè)主題即可完成消息的雙向傳輸，非常便捷、高效［18］。

Fig.13 Server system framework圖13 服務(wù)器系統(tǒng)框架

Fig.14 MQTT physical model圖14 MQTT 物理模型

本系統(tǒng)采用目前最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL 對(duì)用戶信息與碾米機(jī)參數(shù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。其占用磁盤空間小，僅100M 左右，安裝運(yùn)行方便，數(shù)據(jù)的增、刪、改、查操作簡(jiǎn)單且快速，用戶可使用不同的語言編寫程序訪問數(shù)據(jù)庫(kù)［19］。根據(jù)數(shù)據(jù)的不同類型對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，本系統(tǒng)創(chuàng)建的服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)表如圖15 所示［20］。

Fig.15 Server-side database design table圖15 服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)表

在Flask 中通過SQLAlchemy 模塊操作數(shù)據(jù)庫(kù)，在SQLAlchemy 中以Python 類映射數(shù)據(jù)庫(kù)中的表，以類的實(shí)例對(duì)象映射具體數(shù)據(jù)。

Web 前端頁面通過H5 語言+VUE 框架實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器Web 頁面主要由用戶管理頁面、加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)頁面及碾米機(jī)控制頁面組成，如圖16 所示。

Fig.16 Web-side page圖16 Web 端頁面

5.2 聯(lián)網(wǎng)模塊選擇

服務(wù)器端和主控制器通過ESP8266WiFi 模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)交互，該模塊內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧，支持STA、AP、STA+AP 3 種模式，可在-40°～125°溫度范圍內(nèi)正常工作［21］。本系統(tǒng)設(shè)置該模塊工作在STA 模式，通過連接房間內(nèi)的路由器與服務(wù)器端建立TCP 連接。模塊本身與主控制器通過串口連接，主控制器使用AT 指令集實(shí)現(xiàn)模塊初始化及模式設(shè)置等功能。該模塊聯(lián)網(wǎng)工作流程如圖17 所示。

Fig.17 ESP8266 work flow圖17 ESP8266 工作流程

6 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試分為4 部分：第1 部分測(cè)試定量取米機(jī)構(gòu)能否完成存儲(chǔ)糙米與定量取米功能；第2 部分進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板測(cè)試，主要檢測(cè)通過PWM 方波能否正常驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，并進(jìn)行速度控制；第3 部分對(duì)主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行電機(jī)連接測(cè)試；第4 部分對(duì)服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)連接及數(shù)據(jù)前端顯示測(cè)試，最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。經(jīng)過不斷調(diào)試與修改，最后該系統(tǒng)完成了從Web 網(wǎng)頁端（見圖18）控制碾米機(jī)根據(jù)設(shè)定數(shù)量進(jìn)行取米、加工及數(shù)據(jù)反饋等功能。加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)頁面如圖19 所示。

Fig.18 Device control page圖18 設(shè)備控制頁面

Fig.19 Processing data statistics page圖19 加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)頁面

7 結(jié)語

本文針對(duì)胚芽米碾米機(jī)械設(shè)計(jì)一套自助碾米系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了擴(kuò)展定量取米機(jī)構(gòu)、專用控制電路及遠(yuǎn)程服務(wù)器等。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)線上下單、全自動(dòng)碾米等功能，且單次碾米規(guī)格可低至200g，一定程度上保證了每餐所食用胚芽米的新鮮度。但該系統(tǒng)可加工的糙米品種固定，在后續(xù)研究中需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其能適應(yīng)不同產(chǎn)地、品種的糙米。