基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计

#工业大学毕业设计论文基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计姓 名学 院机械工程学院 专 业测控技术与仪器指导教师职 称讲师 20# 6月 1日#工业大学毕业设计论文任务书题目基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计学生#鲁金钊学院名称机械工程学院专业班级测控072课题类型设计类课题意义针对现有豆浆机纸浆时间长问题,在不改变原有豆浆机的基础上,增加主动消泡装置,通过控制器使加热和制浆同时进行,将现有的时间缩短一半.任务与进度要求1. 调研、搜集相关资料、外文翻译； 1-3 周2. 总体方案设计； 4-5 周3. 硬件电路设计； 6-7 周4. 软件设计； 8-10 周 5. 联机调试； 11-12 周6. 工作总结、撰写论文； 13-14 周7. 论文修改、准备答辩； 15 周主要参考文献1 凌志勇 方旭群智能豆浆机的设计D广东省电力工业学校仿真中心 ,2003 2 张向锋, 张强军, 任宏涛. 智能型豆浆机控制系统的开发J. 洛阳工学院学报, 2001,3 刘升, 杨静丽. 基于PIC16C54单片机的全自动豆浆机控制系统J.电子工程师, 2004,起止日期20#2月21日至20#6月1日备注院长 教研室主任 指导教师毕业设计论文开题报告表20# 3月15 日#鲁金钊学院机械工程学院专业测控班级072题目基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计指导教师桑宏强一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：由于当今社会生活节奏快,有许多人没有时间吃早点,而早点对于人的健康是非常重要的.中国的传统食物豆浆是一种老少皆宜的营养食品.豆浆含有丰富的植物蛋白和磷脂,还含有维生素B1、B2和烟酸.此外,豆浆还含有铁、钙等矿物质,尤其是其所含的钙,虽不与豆腐,但比其他任何乳类都高.所以豆浆是很好的早点之选.但由于传统的豆浆制作过程复杂制作时间长,许多人就放弃了喝豆浆.这样一来制作出一款高效省时的豆浆机是非常必要的.本作品基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计在保持豆浆机原有打浆、文火加热等功能基础上,应用1500W大功率加热管,并在搅拌机上添加了消泡装置,实现大功率加热与打浆同时进行,文火加热阶段伴随着消泡装置消除气泡.与普通豆浆机相比,工作一次仅需10分钟左右,大大提高了豆浆机的工作效率,节省了早晨宝贵的时间,具有极大的实用性和市场潜力.二、进度与预期结果：起止日期主要内容预期结果1-3 周4-5 周6-7 周8-10 周11-12 周13-14 周15 周1. 调研、搜集相关资料、外文翻译； 2. 总体方案设计； 3. 硬件电路设计； 4. 软件设计； 5. 联机调试； 6. 工作总结、撰写论文； 7. 论文修改、准备答辩；大致了解课题内容确定设计方向完成硬件设计完成软件设计完成完成完成完成课题的现有条件审查意见指导 年 月 日学院意见主管领导： 年 月 日#工业大学本科毕业设计论文评阅表设计类毕业设计题目基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计学生#鲁金钊学生班级测控072指导教师#桑宏强评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标,题目大小、难度适中；学生工作量饱满,能得到较全面训练.10题目与生产、科研等实际问题结合紧密.10课题调研文献检索能独立查阅文献以与从事其它形式的调研,能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息从中获取新知识的能力.15外文应用能正确引用外文文献,翻译准确,文字流畅.5设计说明书论文设计图纸插图简洁、规范、无差错,设计栏目齐全合理,能正确使用国家标准单位.15设计说明书论文结构严谨,表达清楚,文字通顺,用语正确,基本无错别字和病句,书写格式符合规范.15能根据毕业设计目标进行实验设计,对数据的运算与处理正确无差错,对实验结果的分析准确.20设计具有创新性或实用价值.10合计100意见与建议评阅人签名：年 月 日#工业大学毕业设计论文成绩考核表学生#鲁金钊学院名称机械工程学院专业班级测控072题目基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计1毕业设计论文指导教师评语与成绩：成绩： 指导教师签字： 年 月 日2毕业设计论文答辩委员会评语与成绩：成绩：答辩主席或组长签字： 年 月 日3毕业设计论文总成绩：a.指导教师给定成绩b.评阅教师给定成绩c.毕业答辩成绩总成绩摘要豆浆是中国人民喜爱的一种饮品,又是一种老少皆宜的营养食品.豆浆含有丰富的植物蛋白和磷脂,还含有维生素B1、B2和烟酸.传统的豆浆机需每天早上将前一晚浸泡好的豆子放进豆浆机,然后豆浆机的加热和打豆功能交替进行,整个过程耗时约20分钟.本作品基于单片机的高效省时豆浆机控制器设计在保持豆浆机原有打浆、文火加热等功能基础上,应用1500W大功率加热管,并在搅拌机上添加了消泡装置,实现大功率加热与打浆同时进行,文火加热阶段伴随着消泡装置消除气泡.与普通豆浆机相比,工作一次仅需10分钟左右,大大提高了豆浆机的工作效率,节省了早晨宝贵的时间,具有极大的实用性和市场潜力.是今后豆浆机市场发展的一个必然方向.关键词：豆浆机；高效省时；单片机；主动消泡44 / 53ABSTRACTSoymilk is a favorite beverage of the Chinese people, but also a nutritious food suitable for all ages. Soymilk is rich in vegetable protein and phospholipids alsocontain vitamin B1, B2 and niacin.Traditional soybean milk to be a good soaking every morning to the night before the beans into soybean milk, soybean milk and bean function of heating and alternate playing, the whole process takes about 20 minutes. This work is based on time-efficient single chip controller designed to maintain soymilk beating the original, slow fire heating and other functions based on the application 1500W powerheatingpower, and added a defaming device mixer, heating and high power beating the same time, slow fire stage acpanied by the heating device to eliminate air bubbles foaming. pared with ordinary soybean milk machine, the working time is only about 10 minutes, greatly improving the efficiency of soybean milk, saving valuable time in the morning, has great relevance and market potential. Soymilk is the future direction of market development, an inevitable.Keywords:Soymilk;efficienttime-saving;SCM;activedefaming目 录第一章绪论11.1引言11.2豆浆机的发展前景与市场分析31.3高效省时豆浆机设计的目的与意义5第二章高效省时的豆浆机控制系统的功能需求分析62.1控制系统的硬件功能分析62.2控制系统的软件功能分析6第三章高效省时的豆浆机控制系统的硬件设计83.1单片机的选用8单片机的简介83.2电源电路的设计10电源的作用11电源的组成11变压器容量、整流二极管的计算与选择11稳压器的选用12电源工作原理123.3加热与磨浆电路的设计133.4 水位检测与沸腾溢出检测电路的设计143.5报警电路的设计153.6主动消泡装置16第四章高效省时的豆浆机控制系统的软件设计174.1高效省时的豆浆机控制系统的流程的设计174.2高效省时豆浆机控制系统主要程序19第五章结论25参考文献26附录27附录 1外文文献27Progress in puters27附 录 2 中文翻译38微机发展简史38附 录 3 高效省时的豆浆机控制系统的硬件图45附 录 4 高效省时的豆浆机控制系统程序46致谢54第一章 绪论1.1引言豆浆是中国人民喜爱的一种饮品,又是一种老少皆宜的营养食品.豆浆含有丰富的植物蛋白和磷脂,还含有维生素B1、B2和烟酸.此外,豆浆还含有铁、钙等矿物质,尤其是其所含的钙,虽不与豆腐,但比其他任何乳类都高,非常适合于老人,成年人和青少年. 鲜豆浆四季都可饮用,春秋饮豆浆,滋阴润燥,调和阴阳；夏饮豆浆,消热防暑,生津解渴；冬饮豆浆,祛寒暖胃,滋养进补.其实,除了的黄豆豆浆,豆浆还有很多花样,红枣、枸杞、绿豆、百合等都可以成为豆浆的配料.豆浆具有极高的营养价值,它是一种非常理想的健康食品.随着人们健康意识的增强,越来与多的人喜欢在家中自制豆浆,自制豆浆既方便又卫生.这些年豆浆机一直在变身和升级,样式越来越多了,而且功能也更多了.现在的豆浆机的功能都很多,能磨干豆、能磨湿豆、还能做米糊各种米类和豆类混合在一起、还能做果汁.易清洗、噪音小、节能、速度快、可打干/湿豆、豆浆更加的细腻、保温功能也满足了消费者的多样化、个性化的需求.豆浆机的核心功能就是打磨和加热,只要各种配件的品质过关,产品设计的优秀,就能给消费者带来健康御营养的使用体验.部分常见的豆浆机功能主要有：（1） 干/湿豆功能 有时间泡豆就选择使用湿豆功能键,如果忘记了泡豆,就选择使用干豆功能键.干豆功能在设计时,通过改变豆浆机的打磨时间、刀片硬度、电动机、熬煮时间等相关措施,是未浸泡的大豆打出的豆浆也能一样可口.无论是用干豆打出的豆浆还是用湿豆做出来的豆浆,口感几乎没有差异,营养价值也相当.（2） 全豆功能 全豆功能是专门针对纯豆豆浆制作的功能.通过技术的改进,用全豆功能制作的纯豆豆浆口感更香浓,大豆有效成分更多的融入到豆浆中,更有利于人体的吸收.全豆功能适合大部分的豆类,用这种功能制作的豆浆建议采用泡好的豆子.（3） 富纤功能 富纤功能可以更多地保留膳食纤维,但食物的颗粒不会很大,适宜饮用.比如大豆纤维的芹菜等蔬菜的纤维都能更多的被保留下来,对消化和吸收都有促进作用（4） 浓香型功能 这种模式采用了浓香技术,该模式下,豆浆机可以将磨好的豆子慢慢熬煮,而又不会糊,煮出来的豆浆也比其他类型的要香浓许多.（5） 五谷豆浆功能 有人喜欢将黄豆和麦仁、大米、核桃、芝麻等谷物混合,或者不用黄豆,只用一些鼓舞和坚果类,制作成五谷豆浆饮用.利用谷物或坚果制作浆类饮品,不需要浸泡,洗净后可直接用机器磨煮.这种模式下的豆浆机的刀具转速和熬煮时间与一般的豆浆相比都做了调整,可防淀粉含量高的谷物煮糊.（6） 果蔬冷饮功能 可以满足消费者对果汁、蔬菜汁、冷饮等的需求.豆浆机不同于榨汁机,打果汁要加水,这也导致了搅拌空间过大,搅拌不均匀的问题,所以要用精磨器.（7） 米糊米浆功能 大米淀粉含量高,粉碎的转速的熬煮的温度、时间于豆类有所不同,因此专门设立此项模式.（8） 绿豆功能 绿豆与其他常见豆类不同,其淀粉含量高在熬煮时也更加容易糊,所以专门设立此项模式.要注意的是绿豆也要像黄豆一样事先要浸泡好.现在的豆浆机一般都含有其中的一种或几种以上的功能,都有选择键,使用时可根据需要按下相应的按键就可以完成操作了,智能化程度比较的高.豆浆的传统制作方法 这里先为大家介绍一下豆浆的传统手工传统做法：首先取黄豆若干根据需求而定,浸泡56小时后,采用石磨将其磨碎,放入铁锅中用中火边搅边煮,水沸后5至7分钟即可,滤去黄豆渣就能喝到香甜可口而且健康营养的鲜豆浆了.其中煮豆浆的要领 浸泡过的黄豆放入石磨以后,细细研磨,磨碎后就可以下锅去煮了. 磨好的黄豆如果不先过滤,连豆渣一起煮的话,豆渣很容易会沉淀在锅底而烧焦,使得豆浆出现焦味,所以煮时要一直不停地搅动,比较麻烦,但是煮出来的豆浆很好喝.3有经验的人告诉我们,煮豆浆时最好让它多煮沸几次,可以去除豆子的青涩味道.4当豆浆煮沸时会冒出来,这时先将炉火关小,稍待一会儿让豆浆凉一点后再加大炉火,这样煮沸两三次以后,喝起来会更好喝.但是这种传统的豆浆制作方法显然需要大量的时间.在科技迅猛发展的今天豆浆机就是这样应运而生的,既省时又省力,它是一种新型的家用饮料机,以黄豆为原料,直接加工成熟的热豆浆.若在黄豆中配以芝麻、花生、杏仁等佐料,同时也可以做出各种口味的鲜美饮料.传统的豆浆机是由粉碎黄豆的电机、豆浆加热器和控制电路三大部分组成.用单片机研制的全自动豆浆机的控制系统,当放入适量浸泡好的的黄豆,加入适量的冷水,浆豆浆机电源插头插入220V交流电源,豆浆机指示灯亮起,按下按钮,先对豆浆机进行水位检测,符合要求后加热管开始对水进行加热,当水温达到80左右,豆浆机停止加热.启动磨浆电机开始磨浆,磨浆电机按间歇方式打浆：运转15秒后停止运转,间歇5秒后再启动打浆电机,如此循环5次.磨完浆后,开始对豆浆加热,豆浆温度达到一定值时豆浆上溢,当豆浆沫接触到防溢电极时,停止加热,间歇20秒后在开始加热,如此循环5次,豆浆加工完成,间歇10秒后发出音响信号.虽然这样的豆浆机制作豆浆的时间比传统的手工制作要省时省力,不过我们看到它的加热和磨浆是分步进行的.我设计的这款新型豆浆机是在原有的基础上加上了主动消泡装置,并且加热煮浆和打豆磨浆同时进行无间歇.由此就可以大大缩短制作时间,只需稍等几分钟就能喝到美味又营养的豆浆.整个过程由单片机全自动控制,让您用起来更加的方便快捷、更加的安全放心.图1-1 新鲜美味的豆浆1.2 豆浆机的发展前景与市场分析在20#奶粉事件后迸发的豆浆机市场,20#仍在持续增长.虽然增速没有厂商期待的那样高,但是竞争更加激烈却是不争的事实.从品牌到价格,从产品到技术,豆浆机行业仍有多个争议点.而正是这些争议点,推动着市场的发展.近日,饮料行业掀起一股涨价风潮,几乎所有种类的饮料价格都有不同程度的上涨.对此,有消费者表示一时难以接受.饮料行业在提高饮料出厂价格时仍不忘创新,以此吸引消费者.对于一些传统饮料,饮料行业早已开发殆尽.现在许多饮料企业打起了健康牌,以迎合消费者的健康需求.在这些新兴的健康饮品中,喝粮食饮料独树一帜,其中喝豆浆成为了主流的健康潮流.逆市高速增长 未来市场更大,如电压力锅、电水壶、豆浆机等产品.吸尘器产品虽然零售量增长仅为1.4,但零售额增长却为11.4.表现最为突出的是食品料理机类产品,20#的市场相比20#,市场增速最为明显,零售量同比增长47.3,零售额同比增长78.5.小家电品类不仅市场份额在进一步扩大,均价也呈现上扬的趋势,食品料理机产品的均价由20#260元增长到20#341元, 这个品类中以豆浆机产品表现最为明显, 市场零售额份额翻了一番, 由20#的35.4上升到20#的63.5.据中怡康监测显示, 食品料理机市场中榨汁机、 搅拌机、食品加工机容量基本稳定,豆浆机市场增长明显.食品料理机市场在20#1-2月份零售量同比保持36.7的增长, 零售额同比保持53.4的增长.食品料理机市场规模保持逐年增长主要缘于豆浆机市场规模的快速扩张.首先,豆浆机市场的爆发是一个借力打力的过程.随着人们生活水平的提高,最近很多人对于饮食的关注点从单纯的吃饱转化到了关注健康,关注养生.这符合民以食为天的说法.对于现在的人们,健康的身体和健康的饮食是最重要.同时,媒体捕捉到了这个信息点之后,大规模地制作各种与普通百姓健康和养生相关的节目,宣传推广养生的方法和产品.如最近多家电视台播出的日常健康小常识收视率非常高,书店中各种健康美食的书籍和光盘畅销,直播一些养生的讲座点击率也很高等.这其中很多节目在介绍健康食品的时候都推崇大豆,并介绍了很多与大豆有关的食品与其加工的方法,当然也包括豆浆机.也就是说,在健康养生大环境的影响下,培育了多年的豆浆机是借助最近两年健康和养生理念的推广而火爆的市场.其次,九阳作为豆浆机的第一品牌,对豆浆机的推广,为市场的发展做出了十分突出的贡献.九阳从十几年前就不遗余力地推广豆浆机,站在行业的角度坚持不懈,最终带动了市场的整体发展,并成了豆浆机市场爆发最大的受益者.同时,九阳的推广是非常讲求效益的.数据统计表明,九阳企业利润的绝大部分来自于豆浆机的垄断式销售.也就是说,对于九阳,豆浆机行业是一个真正意义上的蓝海.而20#九阳的成功上市,对豆浆机行业的带动也是一个助推的作用.今年起,美的、富士宝、欧科等多个品牌都开始了对豆浆机的大规模开发,这将使得豆浆机行业开始成为红海.但是红海意味着豆浆机行业竞争更加充分,更是做大豆浆机市场的一个信号,对消费者来讲未必不是好事.中国的经济发展的时间较短,人们的生活水平有了显著的提高,但是与发达国家相比,我们的生活品质还有很大的提升空间.中国人目前关注的还仅仅停留在满足衣食住行的基本需求上.未来,与提升生活品牌相关的产品的市场将会呈现一个由发达城市带动周边市场的渐进过程.而小家电的产品多样性和总体规模也就随着人们生活品质的提升而快速发展.例如,家庭面部美容仪,家庭健身器等等.所以不管是电饭煲等基本小家电产品,还是豆浆机这样的提升我们生活品质的产品,都是在经济收入提高的基础上实现的.1.3高效省时豆浆机设计的目的与意义我设计这款豆浆机的目的在于它能使人们在匆忙而又宝贵的早晨用最短的时间能够喝上营养丰富的豆浆.有调查指出现在上班族和学生两大社会群体有40%的人是经常不吃早餐的,而原因大多是没有时间做早餐.所以这样的一款高效省时的豆浆机想必会大受消费者欢迎的.中国已经逐渐进入老龄化社会,为健康和养生服务的产品一定会有很大的市场.设计一台能为我们的健康和养生服务的豆浆机是很有意义的.这样就能使更多的人在匆忙的早晨喝上新鲜美味的豆浆.第二章 高效省时的豆浆机控制系统的功能需求分析豆浆机的控制系统以单片机AT89C51为控制核心,结合控制传感器,加热与磨浆电路,水位检测与沸腾溢出电路,报警电路,主动消泡装置的控制,达到只要启动豆浆机以后,所有的控制过程都实现完全自动化的目的.2.1控制系统的硬件功能分析硬件上豆浆机的控制系统分为三个部分.首先,需要有一个单片机芯片作为控制核心来控制它的工作过程,刚开始需要进行水位检测,这就需要一个传感器,为了减少成本,这里采用一个探针来代替传感器的使用,然后开始对水进行加热,加热时需要把水预先加热到80,这时使用全功率加热,加热管功率为1500W,这里加热管的功率是传统的豆浆机的两倍,这样就能够节省出一部分时间.第二部分,当给豆浆加热至80后,启动打浆电机开始打浆,这里我选用的是单相串励电机,因为串励电动机具有起动转矩大、过载能力强、调速方便、体积小、重量轻等很多优点,在家用电器中普遍使用,同时加热管工作功率在电机启动后2分钟后改成用750W,这是由单片机通过改变占空比来实现的.加热管使用750W加热1分钟后再次通过单片机改变占空比改变加热管功率为400W进行加热,其后30秒电机停止工作.在第二阶段,若发生溢出,则停止加热,暂停时间为4秒,之后回到主程序继续工作,同时补偿加热时间7秒.第三阶段为文火煮浆阶段,这一阶段加热管功率改为350W,煮浆阶段中豆浆由于加热会产生大量的气泡,这时就需要启动电动机5秒用主动消泡进行气泡的消除,文火煮浆阶段共加热3分钟,加热结束30秒工作结束,蜂鸣器响起提示豆浆煮好.2.2控制系统的软件功能分析软件上就是对单片机的编程了,在编程前需要画出一个流程图,根据高效省时的豆浆机控制系统的设计要求与目的,即插上电源按下按钮后,先对豆浆机进行水位检测,符合要求后加热管开始对水进行加热,这时加热管是以1500w的功率对水加热的.当水温达到80左右,启动磨浆电机开始磨浆,磨浆电机不间断的打浆,磨浆的同时对豆浆这时加热管改为750w的功率工作.当豆浆研磨完毕时电动机停止运转,加热管改为400w的功率对豆浆进行加热.最后阶段使用350W对豆浆加热,由于加热的缘故会豆浆上溢,当豆浆沫接触到防溢电极时,暂停磨浆,启动主动消泡装置,进行消泡.这样直到豆浆加工完成,间歇30秒后发出声音信号.实际工作中,打浆的时候会有少量的豆浆溅到防溢电极上,这时就需要一个延时子程序对其进行延时使得豆浆机不会产生误操作.按照上述对高效省时的豆浆机控制系统的要求,完成高效省时的豆浆机控制系统设计的流程图后,对单片机进行软件的编程来配合硬件的设计以至于完成整个高效省时的豆浆机控制系统的设计.豆浆机控制器结构框图如图2-1所示.单片机缺水检测模块溢出检测模块电动机驱动报警模块加热驱动晶振电路电源电路图2-1 豆浆机控制器结构框图第三章 高效省时的豆浆机控制系统的硬件设计3.1 单片机的选用单片机的种类较多,本设计选用的是AT89c51.AT89c51是51系列单片机的一个型号,他是ATMEL公司生产的.AT89C51是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C51单片机可为提供许多较复杂系统控制应用场合.3.1.1 单片机的简介单片计算机即单片微型计算机Single-chip Microputer,是集CPU、RAM、ROM、定时、计数和多种接口于一体的微控制器.随着科学技术的发展,越来越多的智能化产品都用到了单片机.它具有体积小,成本低,功能强等优点,广泛被应用于智能产品和工业智能化上.51单片机是个单片机中最为典型和最具代表性的一种.本设计采用常见的AT89C51. 单片机主要用于控制目的,要求构成的监测控制系统有实时、快速的外部响应,能迅速采集到大量数据,做出逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控制.单片机现阶段的发展方向是以8位为主,目标是高性能、高可靠性、低电压、低功耗、低噪声和低成本. AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器.使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容.片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器.在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案.AT89C51具有以下标准功能：8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振与时钟电路.另外,AT89C51可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式.空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作.掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止.中断：AT89C51有6个中断源：两个外部中断INT0 和INT1,三个定时中断定时器0、1、2和一个串行中断.这些中断如图10所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效.IE还包括一个中断允许总控制位EA,它能一次禁止所有中断.如表5所示,IE.6位是不可用的.对于AT89C51,IE.5位也是不能用的.用户软件不应给这些位写1.它们为AT89系列新产品预留.定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发.程序进入中断服务后,这些标志位都可以由硬件清0.实际上,中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断,标志位也必须由软件清0.定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位.它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来.然而,定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位,在同一个周期被电路捕捉下来.中断允许控制寄存器IE：89C51对中断源的开放或屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的中断允许控制位=1,允许中断；中断允许控制位=0,禁止中断.晶振特性：如图3-1所示,AT89C51单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器,XTAL1和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端.石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器.从外部时钟源驱动器件的话,XTAL2 可以不接,而从XTAL1 接入,如图所示.由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的,所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求,最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的. 内部振荡电路连接图 外部振荡电路连接图图3-1 振荡电路内外部图石英晶振 C1,C2=30PF10PF 陶瓷谐振器 C1,C2=40PF10PF.图3-2 单片机AT89C51的引脚图在本设计中磨浆与加热电路,沸腾检测电路与报警电路等和单片机连接时,只用了P1口和P3口,首先通过单片机中的CPU将P1.6口变成高电位,使发光二极管D4 发光显示,以示电源电路正常,单片机开始工作.在对水位进行检测时,P1.0和P1.1都是作为输入端,单片机的CPU就是通过检测这两个端口的高低电位来对水位和沸腾溢出进行检测的.加热时,因为温度传感器为单线智能高效省时数字传感器,P1.5口只是作为常用的输入端口和CPU进行数字传输.当进行加热和打浆时,P3.0和P3.4作为输出端口,与三极管组成一个驱动控制电路,当程序给一个加热或打浆信号时,这两个端口相应的变成高电位使三极管饱和导通继而驱动继电器工作.报警电路和单片机端口组合时,单片机的端口同样也是作为一个输出端口来使用的.3.2 电源电路的设计电源是各种电子设备必不可少的组成部分,其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以与能否安全可靠的工作.目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类.随着集成电路飞速发展,稳压电路也迅速实现集成化,市场上已有大量生产各种型号的单片机集成稳压电路.它和分立的晶体管电路比较,具有很多突出的优点,主要体现在体积小、重量轻、耗电省、可靠性高、运行速度快,且调试方便、使用灵活,易于进行大量自动化生产.3.2.1 电源的作用各种电子电路都要求用稳定的直流电源供电,由整流滤波电路可输出较为平滑的直流电压,但当电网电压波动或负载改变时,将会引起输出端电压改变而不稳定.为了获得稳定的输出电压,滤波电路的输出电压还应该经稳压电路进行稳压.3.2.2电源的组成 电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成.电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换成为各种电路设备所需的交流电压.整流电路：利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路.滤波电路：利用储能元件电感或电容把脉动直流电转换成比较平坦的直流电.稳压电源：利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压.3.2.3变压器容量、整流二极管的计算与选择据整流原理,因为U0=0.9U2则可以得到U2=U0/0.9=5v/0.95.56V.在考虑到变压器、绕组损耗压降和整流二极管的压降,在工程中必须再在上述基础上增加5%,即U2=5.56*5.83V,整流二极管的承受最大的反向电压UD1=21/2U28.2V因为稳压器的最大电流是3A,所以流过二极管的最大电流ID1=1/2Ii=0.75ID2=0.75A;D2中的四个二极管的耐压值至少应该为8.24V,允许流过的最大电流为0.75A.由于变压器输入的电压是220V,而副线圈输出的电压时12V,故有N=U1/U2=220/12=18.1由于线圈匝数比只能为一个整数,因此匝数比取18.变压器副边的有效值：I2=1.11*1.5=1.67A.变压器的容量：S=UI=5.83*1.67=9.74W.3.2.4稳压器的选用集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路.由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显著优点,在各种电源电路中得到了普遍的应用.常用的集成稳压器有：金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等.在电子制作中应用的较多的是三端固定输出稳压器.78#系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器,输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格,最大输出电流为1.5A.它的工作原理：取样电路将输出电压按比例取出,送入比较放大器与基准电压进行比较,差值被放大后去控制调整管,以使输出电压保持稳定.它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路,采用了噪声低、温度飘逸小的基准电压源,工作稳定可靠.78#系列集成稳压器为三端器件,一脚为输入端,一脚为接地端,一脚为输出端,使用十分方便.在此设计中我选用的是78#系列中的7805,它能够提供多种固定的输出电压,应用范围广.内含过流、过热和过载保护电路.带散热片时,输出电流可达1A,虽然是固定稳压电路,但使用外接元件,可获得不同的电压和电流.在本设计中就是利用它把12V的直流电压变成5V的稳定电压给单片机提供电源,以确保正常工作.3.2.5电源工作原理整个电源电路如图5所示,控制电路采用变压器降压、晶体二极管整流等方法获得工作电源.当电源插头J1插入220V交流电,T1开始对220V交流电进行降压,从次级输出12V左右的低压交流电,从而适应电路的使用要求.整流硅对次级输出的交流电进行桥式整流,再由E2、C2进行滤波,已形成较平滑的直流电,送给三端集成正输出稳压器7805进行稳压调整.经7805稳压作用后输出+5V的直流电压,经E3、C3滤波后输出纹波很低的+5V电压,作为单片机的工作电源,以保证单片机工作时的稳定和可靠.图3-3 高效省时的豆浆机控制系统的电源电路3.3加热与磨浆电路的设计加热电路的作用是通过加热管把磨成粉沫的黄豆煮熟,本设计使用的加热器的最大功率为1500W；磨浆电路的作用是通过电机把黄豆搅拌成粉沫,电机选用的是单相串励电机,由于串励电动机具有起动转矩大、过载能力强、调速方便、体积小、重量轻等很多优点,在家用电器中普遍使用.但是串励电机的转速很高,为了避免其连续工作容易造成损坏,本设计采用的是间歇性打浆的方式.单片机输出电流经三极管放大,来驱动继电器闭合,使加热管发热把豆浆煮熟.同理,继电器闭合使电机运转把黄豆搅碎.图3-4 加热与磨浆电路 加热与磨浆电路的工作原理如图3-4所示加热与磨浆电路由继电器JR1、JR2,三极管T2、T3,电阻R5、R6以与二极管D1,D2,单片机AT89C51.当单片机工作时,检测完水位正常后,赋给P1.1一个低电平,软件检测到P1.1变为低电平后,赋给单片机P3.0脚一个高电平,使三极管T2饱和导通,电流流过继电器JR1,使触点闭合,于是加热管得电开始对豆浆加热,加热持续3分钟,这时的温度达到80度左右,启动电动机进行打浆.加热功率为750W的时候,单片机P3.4脚为高低电平交替,使三极管T3饱和导通和断开,从而控制继电器触点闭合与开启,实现了功率的转变.其后的400W与300W也使用同样的方法获得.3.4 水位检测与沸腾溢出检测电路的设计水位检测与沸腾溢出电路的作用是以传感器作为信息采集系统的前端单元来控制家用豆浆机缺水时干烧与沸腾溢出等问题.这里采用探针作为传感器来检测水位与沸腾溢出,然后通过比较器输出高低电平,这样就可以通过单片机检测比较器输出电平的高低来检测水位与沸腾时的溢出状态. 水位检测与沸腾溢出电路的原理如图3-5所示,K1,K2分别是水位检测传感器和沸腾溢出传感器,为了减少成本,这里采用探针来代替这两个传感器,使用中将装植物的金属杯接控制电路的公共点地,探针分别通过传输线与单片机的P1.1,P1.0端连接.正常工作时,K1被水淹没,它和地之间的电阻较小,与R13共同对+5V分压,U+得到比U-低的电压,比较器IC3B输出低电平.缺水时,K1露出水面,它的电阻很大,R13共同对+5V分压,U+得到比U-高的电压,比较器IC3B输出高电平.用软件检测比较器IC3B的输出电平,便知是否缺水.用同样的方法检测豆浆是否沸腾溢出.豆浆沸腾之前,电极K2远离水面,它和地之间的电阻很大,与R14共同对+5V分压,U+得到比U- 高的电压,比较器IC3C输出高电平.豆浆沸腾时,泡沫淹没K2,电阻小,与R14共同对+5V分压,U+得到比U-低的电压,比较器IC3C输出低电平.用软件检测比较器IC3C的输出电平,便知豆浆是否沸腾溢出.图3-5 高效省时的豆浆机控制系统的缺水与沸腾溢出电路3.5报警电路的设计 报警电路的作用是通过蜂鸣器发出声音信号,提醒主人豆浆已经煮好了.声音信号电流从单片机的P3.5脚输入到三极管T4,使功率放大,驱动蜂鸣器B1发出声音.报警电路如图所3-6示,报警电路由单片机AT89C51、电阻R7、三极管T4与蜂鸣器B1组成.通过事先编写的程序,在单片机的控制下,系统开始工作,当加热完成后,单片机P3.5脚自动输出一个高电平,通过电阻R7使三极管T4饱和导通,于是蜂鸣器B1发出报警声音,提醒主人豆浆加热完成.8550图3-6 高效省时的豆浆机控制系统的报警电路3.6 主动消泡装置主动消泡装置主要是由两根吊挂在磨浆电机主轴上的铜制金属棒制成.通过多次试验得出：当两根铜棒安装在防溢电极水平线下方3cm处时,消泡效果最佳.豆浆机结构与消泡装置具体位置如图3-7所示.图3-7 豆浆机的主要结构简图第四章 高效省时的豆浆机控制系统的软件设计4.1 高效省时的豆浆机控制系统的流程的设计初始化水位符合N报警启动加热管用1500W全功率对水加热至80启动电机打浆,两分钟后加热管功率降至750W打浆完毕,加热管功率降至400W进行煮浆是否溢出YNY启动主动消泡装置加热管使用350W功率文火煮浆,完成煮浆过程30秒后声音提示图4-1 高效省时的豆浆机控制系统的流程图 高效省时的豆浆机控制系统的流程图如图4-1所示,先上电初始化,然后按下按钮,先检测水位符合要求吗,如果不符合,则由警鸣器发出嘀嘀的声音来提示主人,如果符合要求,则加热管用全功率1500W开始对豆浆机内的冷水进行加热,当加热到80以后,启动电动机进行打浆,2分钟后加热管的功率降至750W,直到打浆结束进入小功率煮浆阶段,这时的加热管功率为400W.煮浆阶段豆浆由于加热会起泡,如果泡沫触到防溢电极则启动主动消泡装置,如此往复,直到完成煮浆过程,延时10后蜂鸣器发出声音进行提示. 第一步为初始化程序.单片机得到+5V工作电压后就进入工作状态.首先,+5V电压对 E1进行充电,使单片机RST复位端瞬间变成高电位,从而使单片机硬件复位.由于E1的放电作用,又使复位端电位逐渐减低,最后,复位端由高电位变成了低电位,完成了复位任务,随后单片机将进入初始化,单片机完成初始化后即开始运行程序.程序是通过单片机中的CPU将P1.6口变成高电位,使发光二极管D4 发光显示,以示电源电路正常,单片机开始工作. 第二步为水位检测程序.按下按钮SW1,单片机进入工作状态后,CPU将以访问P1.1端电位的形式来判断检查豆浆机中是否有水,以与检查水位是否符合要求.如果P1.1端电位为高电位,说明水位不符合要求,单片机就令P3.5端输出提示信号,通过三极管T4放大后推动B1,使蜂鸣器发出急促响声.如果 P1.1端为低电位,则说明水位的高度符合要求,单片机即进入下一工作阶段. 第三步为水加热程序.当水位符合要求后,CPU就令P3.0口由低电位变成高电位,使T2导通,驱动继电器JR1动作,通过JR1的触点作用将电热器与220V电源接通,于是加热管对冷水开始加热,直至水温加热到80,这种加热也称之为预加热,主要是为了防止在以后粉碎黄豆等物时,避免产生大量的泡沫.在烧煮豆浆时就不会因泡沫过多而造成频繁的溢出,造成加热频繁的被迫停止,延长了豆浆的加工时间,所以,预加热在自动豆浆机中是很有必要的,当加热3分钟后水温达到80时,CPU发出电机启动的控制信号后,即令P3.4口为低电位,使T3导通,JR2触点闭合,电机启动,至此加热冷水阶段结束. 第四步为粉碎程序.当水温加热到80后,单片机进入粉碎阶段中.CPU令P3.4口输出高电位,使T3导通,驱动继电器JR2吸合,再接通粉碎电机的工作电源,使粉碎电机高速旋转,带动刀片高速切削,实施对粉碎物的粉碎直至粉碎完全.电机启动两分钟后,CPU向P3.0口发出指令,使之输出高低电平周期为之前的二分之一,起到半功率加热的目的. 第五步为烧煮豆浆程序.当粉碎过程结束,接下来就进入烧煮豆浆阶段.先使用400W的功率加热30秒,在改为350W加热直到结束.由于豆浆被粉碎时,虽然是在80水温下进行粉碎的,但还是会产生较多的泡沫,所以该阶段表现的是加热与溢出之间的一对矛盾,为了使豆浆机适应较多种类植物的加工需要,该程序中与防溢电极配合,当防溢电极检测到有豆浆溢出则停止磨浆,并启动主动消泡装置进行消泡,消泡结束后再继续进行磨浆加热,直到豆浆磨好煮熟,烧煮豆浆程序就宣告结束.这种智能高效省时控制设计,可以保证得到满意的豆浆加工效果.第六步为报警程序.一旦豆浆煮好,CPU令P3.5口输出慢节奏的音频信号,通过T4推动蜂鸣器B1发出嘀嘀的响声,当然,在此之前,你也已经闻到香浓的豆浆味了.4.2高效省时豆浆机控制系统主要程序void delay /延时子函数 uint x,y; for0;x- for0;y-;/main:主函数void main io_init; /端口初始化 SP=0x5F; MOT=0; HET=0; MOTS=0; HETS=0; P1=0xFF; TIMER_init; flag=0; flag_buz=0; EA=1; whileBUZ=0; /有水检测,防止干烧 while; /判键 delay; while; if HETS=1; /水位不超,开始工作 LEDS=1; TR1=1; while /循环检测 if /水烧干,停止工作,LED灭 HETS=0; MOTS=0; LEDS=0; TR1=0; BUZS=1; if MOT=0; /到打浆时间,电机工作 else MOT=1; if HET=0; else HET=1; if LED=0; else LED=1; if BUZ=0; else BUZ=1; if fori=0;i delay; BUZ=!BUZ; /-/Timer1Int:定时中断子程序,用于显示输出与按键延时计时,1ms/-void Timer1Int interrupt 3 TH1=0x3C; /定时1s TL1=0xB0; Num1+; /超时计数ifNum1 if delay; if HETS=0; /加热3分钟内碰防溢电极 停止工作 MOTS=0; TR1=0;BUZ=0; else HETS=1; /1500W 加热3分钟 MOTS=0; if1800&Num1 if delay; if HETS=0; /加热2分钟内碰防溢电极停止T1 TR1=0;TR0=1;MOTS=1; else HETS=1; /1500W加热2分钟 电机运行2分钟 MOTS=1; if3000&Num1 if delay; if TR1=0;/加热1分钟内碰防溢电极停止T1TR0=1;HETS=0;MOTS=1; HETS=1; /400W 加热1分钟 else HETS=0; HETS=1; /350W 加热4分钟 else HETS=0; if delay; if TR0=1; if6000 LEDS=0; /时间到,全部停止 HETS=0; TR0=0; MOTS=0; TR1=0; flag_buz=1; void Timer0Int interrupt 1 TH0=0x3C; /定时1s TL0=0xB0; Num2+; /超时计数 Num3+; /超时计数if1800&Num1 if Num2 HETS=0; /停止加热5s if50&Num2 HETS=1; /加热5s if100 TR0=0; TR1=1; Num2=0; if3000&Num1 if10&HIG=0 HETS=0; /泡沫碰防溢电极超1s, 停止加热flag=1; if10&Num2 HETS=0; /延迟5s if 60&Num2 HETS=1; /加热5s if110 TR0=0; TR1=1; Num2=0; flag=0;