孙砺寒

关键词：单片机 智能化 小家电

单片机又称单片微控制器，它利用集成电路技术将一个计算机系统集成到一个芯片上，体积小、质量轻、价格便宜、能耗低，为学习、开发和应用提供了一个便利的条件。

厨房小家电的种类越来越多，从机械化到智能化，从单一功能到多种功能，可以说单片机（MCU）起到了非常大的作用。而植入到小家电产品内部的单片机虽然没有电脑系统那么强大，仍然让产品实现了诸多智能化的功能。

单片机的资源丰富是基本条件

设计家电产品控制器的核心是成本，功耗，资源等。早期的厨房小家电产品大多使用一个单片机和一个用于扩展I/O端口的三-八译码器。最初的智能小家电产品因为智能化的功能较少，大多使用的是4位元单片机。

以电饭煲为例，当电饭煲接通电源并选择好功能后，单片机对由传感器检测的信息做分析，并判断温度的变化，按照预先设定的程序，在各烹饪阶段发出不同的指令，控制不同的部件完成相应的功能。最初的智能饭煲是电热盘加热。单片机主要实现如下的一些功能：

1、检测锅盖传感器、锅底传感器的信号。

2、根据检测到的信号和预设的烹饪程序控制主加热器、保温加热器等加热单元的工作。

3、实现友好的人机界面，包括显示，按键，声音等。

再看早期的电压力锅，应用了4位元单片机的电压力锅，和电饭煲相比，需要增加压力控制单元，在需要上压和泄压的阶段，单片机控制压力控制单元工作。

随着小家电产品设计的智能化功能的增多，8位元单片机被大量使用，有的产品甚至用16位元单片机或者32位元单片机，还有的产品使用了2个单片机。现在普遍使用的8位元单片机技术更加成熟，稳定性强，负载能力强，存储量大，速度更快，程序移植性好，可编程性更好。

以目前小家电行业采购较多的台湾中颖的某款专为智能化家电产品开发的8位元单片机为例。该产品具有最高工作频率为8MHz，工作电压2.0V～5.5V，有1280字节的RAM和64K字节的FLASHROM，42～46个可编程I/O口，8通道10位A/D转换器，3通道16位定时/计数器，2个12位PWM输出口，集成了可调光LED、LCD驱动器，看门狗、定时器，低电压复位功能及系统时钟监控功能。当然，实际上51系列单片机才是主流。

因为引脚和程序空间更多，使用了8位元单片机电饭煲可实现的功能就更多，使用者可选择的包括米种、口感、功能、定时、LED屏幕、时钟显示、保温及开关。米种和口感分别有4个选项，功能有8个选项。目前厨房小家电使用单片机的引脚多在20个以上，如果控制系统可以连接的外部资源多，甚至要采购44个引脚的单片机。研发人员选择单片机的时候既要考虑成本，也要考虑到后期的产品提升，预留出几个引脚，以待后期产品改进的时候，与相应的端口连接。

因为搭载了资源足够丰富、引脚更多的单片机，目前的智能电饭煲可实现的功能就更加符合消费者的需求，包括一些个性化的需求。苏泊尔开发的行业独有的IH蒸汽饭煲的控制系统要求单片机增加检测蒸汽温度的资源，A/D转换需要对模拟数字信号做处理，而这个端口不是所有的单片机都具备的。还有的单片机只有3个端口具备这个功能，但是实际上控制需要4路测温，就需要选择资源更丰富、成本更高的单片机。

苏泊尔的IH球釜电饭煲，为了让加热更加均匀，采用了立体加热的方式，内胆的周围搭载有IH加热系统，顶部则是普通的加热系统，相当于两个控制单元，整体的控制系统较普通的电饭煲更加复杂。因此，控制板的厂家为了让控制板的线路更加简洁，工程师开发更方便，程序移植性更优，就开发了2个控制系统，也就有2个单片机。其中，底部的单片机主要用于对IGBT、传感器等外围数据的检测，以及IH加热系统的驱动和系统的保护；电饭煲顶部的单片机主要是用于处理外部传感器的数据，并发出相应精准的指令。与普通的电饭煲相比苏泊尔IH电饭煲使用2个单片机，控制更加集成化和稳定。

有些用户希望能够记忆自己的使用习惯，避免每次的重复操作，所以需要单片机具有掉电存储功能。又有一些饭煲考虑到为用户节电的目的，会要求单片机具有低功耗模式等等。

当然，很多小家电的智能化还在逐步的提升，包括WIFI接入、视频显示等，这些都要选择资源丰富的单片机。

大品牌定制单片机是方向

国内厨房小家电使用的单片机大多为产自台湾、欧美、日本和韩国的产品，大陆企业自主研发的单片机较少。

作为一个标准产品，单片机的品牌很多，型号也很多，通用性很强。某一类型的产品使用的单片机功能大多相似，甚至型号都是一样的。例如，A、B、C三家企业的电饭煲均使用了韩国现代的某型号的单片机，因此，会把该款单片机分别命名为AH、BH、CH。但其实，这三个单片机是同一款产品。可以说，这是单片机生产商为某一类产品设计研发的标准产品，成本低，稳定性强。

随着企业产品的个性化需求在不断增加，具有一定规模的品牌为了降低成本，提高电器产品控制的稳定性，开始向单片机的企业反向定制单片机。例如，苏泊尔的产品中规模较大的电磁炉、电饭煲和电压力锅有很多功能是相似的，就可以使用同一款单片机。2018年，苏泊尔也尝试定制了2款单片机，目前正处于测试期。虽然与之前的单片机相比改动并不大，但是可以满足更多个性化开发的需求。

当然，定制单片机要建立在规模和稳定性以及成本三个综合因素的基础上，盲目为了个性化，是不经济的。因为单片机的结构复杂，研发周期和测试时间较长，而技术的更迭又很快，一旦某个环节出了纰漏，风险就很大。一个品牌的产品最合适哪个系列的单片机、成本最优，才是最佳的选择。

单片机的功能集成化

除了產品的稳定性和存储处理能力以外，单片机在应用领域上还有集成化的趋势。例如，电饭煲、电压力锅和电磁炉都属于厨房小家电的品类，其在控制系统上有很多相类似的性能，那么品牌完全可以采购通用性强的同一款单片机。作为单片机的厂家，就可以将以上几个产品外围设计的功能集成到一个单片内，不但可以降低成本，可靠性更好，稳定性更强。因此，单片机的设计集成化对于应用领域来说，是一个非常好的研发方向。

单片机在工业领域的应用更加广泛，且工业用单片机更加复杂。中国的工业制造4.0与单片机息息相关。但是单片机在家用电器领域的应用，仍然给整个行业带来质的提升与改变。

单片机只是小家电产品实现自动控制的一个载体，厨房小家电产品想要提高性能，主要还是来自于深入的了解消费需求，着重于功能的开发以及相应程序的设计。随着电子技术的不断发展，单片机将助推小家电产品的智能化提升到更高的水平。