基于单片机的自动豆浆机控制电路设计毕业设计论文

河南工业职业技术学院毕业设计（论文）河南工业职业技术学院毕 业 设 计 （论 文） 设计（论文）题目：基于单片机自动豆浆机控制电路设计 系 部 名 称： 机电工程系学 生 姓 名： 李江奎 专 业： 机电一体化技术 班 级： 0904 学 号： 0202090413 指 导 教 师： 王记昌 填表时间：2011年10月21日 毕业时间：2012年7月目录摘要.第一章 绪论31.1 设计目的和意义11.2 设计原理1第二章 设计方案选定12.1 设计思路12.2 方案设计12.3 方案论证2 2.4 设计参数.2 2.5 设计的主要目的和任务.2第三章 豆浆机控制系统的功能分析33.1 控制系统的硬件分析33.2 控制系统的软件分析3第四章 豆浆机控制系统的硬件设计44.1 电源电路设计44.1.1 电源的作用44.1.2 电源的组成44.1.3 变压器容量、整理二极管的计算与选择.44.1.4 电源工作原理54.1.5 桥式整流电路简介54.1.6 稳压器的选用64.1.7 稳压器简介74.2 单片机的选用84.2.1 单片机的简介84.3 温度检测电路的设计104.3.1温度传感器DS18B20简介104.3.2 温度传感器DS18B20的测温原理124.3.3 DS18B20与单片机AT89C52的接口设计144.4 加热及打浆电路的设计164.5防干烧及防溢出电路的设计174.6 报警电路的设计18第五章 豆浆机控制系统的软件设计195.1 豆浆机控制系统的流程图的设计21第六章 结论22致谢23参考文献24附录A 豆浆机控制系统原理图25附录B 豆浆机控制系统程序清单26摘要论文针对：目前流行的智能豆浆机大都采用微电脑控制，只要启动豆浆机，打浆、煮浆完全自动化，短短十几分钟就自动做好豆浆，既卫生可靠，又快捷安全。近年来计算机在社会上运用的越来越广泛，同时大规模集成电路的发展，使得单片机的应用走向深入。单片机特别适合于与控制有关的系统，因为它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此，单片机越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，再根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 本文介绍了基于单片机的豆浆机的设计，详细讨论了它将软硬件结合以实现豆浆机运行的过程，重点在豆浆机的磨浆、加热电路，温度传感器。在文章的最后，给出了采用定时中断方式实现的豆浆机的源程序。智能豆浆机开创全新时代，让我们脱离手工，轻轻松松，在家小等15分钟就能尝到新鲜的豆浆。豆浆机的发展是日益更新，它的发展越来越更贴近人们的生活。人性化的设计，功能的成熟，让它不仅仅只在厨房，更让它在厅堂独居一格，实现“出的厨房，入的厅堂”。 关键字：单片机，豆浆机，温度传感器，定时中断，延时，方便，节能，环保。27第一章 绪论1.1 设计目的和意义豆浆机是一种新型的家用饮用机，以黄豆为原料，直接加工成熟的热豆浆机。若在黄豆中配以芝麻、花生、杏仁等佐料，或者通过改变打浆、加热的时间，可以做出不同种类的豆浆饮料。豆浆机由粉碎黄豆的电机、豆浆机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，当放入适量泡好的黄豆，加入适量的冷水，把豆浆机的电源插头插入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，符合要求后电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。所以只要按下启动按键并选择功能后，豆浆机就开始工作，一会儿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，让你用起来更加的方便、更加的安全。1.2 设计原理本设计原理如图1所示控制器 温度传感器防溢电路放干烧电路时钟电路按键加热电路电机声光报警复位电路图1.1控制系统首先通过电源电路对系统供电，其中温度传感器、防溢电路、放干烧电路、时钟电路、复位电路、按键、均是输入部分，声光报警、电机、加热电路均是输出部分。通电后，加热到80时停止加热然后启动电机，电机通过旋转打豆，打豆完成之后，又通过加热器加热。其中复位电路是复位系统的，按键为工作功能选择键。第二章 设计方案选定2.1 设计思路由于以前的豆浆机，磨浆要过滤豆渣，豆浆熬煮也要自己动手，还要特别注意豆浆溢锅的问题，程序繁琐麻烦，给人们带来不便，针对这些情况拟定开发家用豆浆机全自动控制电路装置。家用豆浆机全自动控制装置是在单片机的程序控制下进行工作的。打浆时，插上电源插头，接通电源, 直接按“启动”键，控制电路控制豆浆机工作。先给黄豆加热，并由传感器检测温度，当温度达到80度左右时，停止加热。启动磨浆电机开始磨浆，运转15秒后停止转运，间歇5秒后再启动打浆电机，如此循环进行打浆5次。磨浆完后，开始对豆浆加热，豆浆温度达到一定值时，豆浆上溢。豆浆加工自动进入防溢延煮程序，豆浆加工完成后发出声光报警信号。2.2 方案设计方案1：此方案由单片机、传感器、加热电路、磨浆电路、报警电路组成。如图1.1所示其工作原理是先加热，加热到一定温度后，开始磨浆，磨浆完后，磨浆停止，又开始加热即煮沸后，立即停机，报警提示。打浆电路温度传感器加热电路报警电路表 2.1 方案一设计框图方案2：此方案由单片机、传感器、功能电路、沸腾检测电路、磨浆电路、加热控制电路、报警电路等组成。如图1.2所示其工作原理是豆浆机加电后直接按“启动”键，控制电路控制豆浆机进行加热，当温度达到80度左右时，停止加热，开始打浆；打浆电机按间歇方式打浆：运转15秒后停止转运，间歇5秒后再启动打浆电机，如此循环进行打浆5次。打浆结束后开始对豆浆加热，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秒后再开始加热，如此循环5次，豆浆加工完成后发出声光信号。单片机加热电路防干烧、防溢电路打浆电路温度传感器报警电路电源电路表 2 .2 方案二设计框图2.3 方案论证方案一如图1.1所示，由单片机、电源电路、温度传感器、打浆电路、加热电路、报警电路等组成。工作过程是，先将黄豆放入豆浆机的搅拌器滤网内，搅拌壶内倒入适量的水，装好搅拌机。接上电源，按下“功能键”，开始加热，加热到一定温度后，开始打浆，打浆浆结束后,又加热直到豆浆沸腾煮熟，停止加热，发出报警声，提示豆浆已做好。其缺点是：没有防干烧、防溢功能。方案二如图1.2所示, 由单片机、电源电路、温度传感器、放干烧电路电路、防溢电路、打浆电路、加热电路、报警电路等组成。先将黄豆放入豆浆的搅拌器滤网内,搅拌壶内倒入适量的水,装好搅拌机。接上电源，蜂鸣器长鸣一声，提示已接通电源，指示灯LED亮，处于待命状态。按下全自动启动键，开始加热，温度达到80度时，停止加热；搅拌马达运转，将黄豆粉碎，豆浆过滤，然后马达停转，又开始加热，直到豆浆沸腾煮熟，停止加热，发出报警声，提示豆浆已做好。若豆浆较长时间没喝而变凉，按下再加热键HEAT，加热至沸腾后，停止加热，发出报警声。若缺水，则关闭加热器和马达，并发出急促的报警声,直到关闭电源，加好水后才能工作。进行论证后,我选择第二方案。其原因是:(1)加工方式是全自动。（2）粉碎黄豆前加热可以提高工作效率；缩短粉碎后加热至豆浆沸腾时间，防止粉碎后煮浆时间过长所易造成的糊锅现象。2.4 设计参数 电机：5W 24V DC 它的主要作用是产生驱动转矩，作为自动豆浆机的动力源 加热器:500W 220V AC 安装灵便、耐高温、传热快、绝缘良好，采用智能控制模式，控温精度高 加热容器：1.25升 水的加热是一个逐渐的过程，所以要考虑水每上升一个单元温度时所溢出的量，同时考虑到家庭豆浆机所用容量，经调查大部分为1.25升左右电力供应;220V AC 一般的家用电压都为220v2.5 设计的主要目的和任务 通过对豆浆机的技术深入的研究，对豆浆机有了新的了解。豆浆机的核心技术是控制。豆浆机需主要抓住两个环节，一是打磨，一是熬煮。针对国家对家电行业安全、环保、节能的要求需对豆浆机进一步的开发创新，以满足广大消费者的对豆浆机更方面、快捷、耐用、打出的豆浆好喝的需求。如何摆脱难清洗，不安全，噪音大等难克服的传统问题？基于对生活的爱好，结合所学专业知识，本文开发一款多功能，节能环保，智能自动醇化，无网水果豆浆机。 据了解，目前豆浆机家庭普及率仅为3左右，与电磁炉等小家电相比仍偏低，成长空间大。面对如此市场潜力，带动了国内豆浆机行业的投资热。美的生活电器事业部已高调抛出庞大的扩产计划，拟投资3亿元建40条生产线，年产能达3000万台，并把“2010年占据国内35的市场份额”作为其市场目标。而九阳也斥巨资建设更加先进的豆浆机生产线，扩大产能。据统计，目前全国已有上百家小家电企业加入了豆浆机制造的行列。粗略计算，国内豆浆机产能未来两年内有望达到5000万台。豆浆机的市场如次开阔，只有满足消费者的要求，才能提高销售业绩，才能开拓新的领地。总之我们要总结不足，不断的追求创新，开发新的技术，才能独占鳌头。本文在总结了传统豆浆机优缺点的基础上，开发研制了新的一款豆浆机，它更符合广大消费者的需求。是一款单机多能，节能环保，智能自动醇化，无网水果；在刀片上，采用仿螺旋浆结构，锯齿状外型，改革了豆浆机的加工方式，真正实现了磨豆浆，这样让豆浆的营养充分释放，噪音更低；外观采用仿生型，美观大方更进一步贴近人们的生活。 第三章 豆浆机控制系统的功能分析3.1 控制系统的硬件分析 硬件上豆浆机的控制系统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，刚开始的加热需要把水加热到80，这就需要一个温度传感器，在这里我想选用数字温度传感器DS18b20，因为它是单总线器件，线路简单，体积小，省去了A/D转换，并行扩展等步骤，使硬件图变得简单形象了很多。当给豆浆机加热完毕后，需要启动打浆电机开始打浆，这里我想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。当打完浆后，需要对豆浆再次加热，这里就用到了沸腾溢出的装置，与水位检测装置一样，沸腾溢出装置同样选用的是一个探针来替代了传感器。对豆浆再次加热完毕后，预示着豆浆加工完成了，最后发出音响信号，这里就选用一个报警器就可以了。3.2 控制系统的软件分析软件上就是对单片机的编程，在编程前需要画出一个流程图，根据豆浆机控制系统的设计要求及目的，即插上电源、按下启动按钮并且选择功能后，如果选择功能一（富纤豆浆），且没有出现水位过低的情况，就启动加热装置对水加热，当水温达到了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。按照上述对豆浆机控制系统的要求，完成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豆浆机控制系统的设计。豆浆第一次沸腾后，本机防溢功能自动启动，进入延煮过程。电热器间歇加热，使豆浆充分煮熟并防止溢出。防溢延煮约8分钟结束。工作结束后，机器发出声光报警，提示豆浆已经做好。此时关闭开关、拔下电源插头后，即可准备饮用豆浆。注：豆浆机的防干烧功能在工作过程中，自动启动。按照上述对豆浆机控制系统的要求，完成豆浆机控制系统设计的流程图后，对单片机进行软件设计的编程来配合硬件的设计以至于完成整个豆浆机控制系统的设计。 第四章 豆浆机控制系统的硬件设计4.1 电源电路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及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。4.1.1 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稳压电路进行稳压。4.1.2 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。4.1.3变压器容量、整流二极管的计算与选择据整流原理，因为UO=O.9U2，则可以得到U2=UO/O.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T程中必须再在上述基础上增加5%，即U2=5. 56*(1+5%)5.83V，整流二极管的承受最大的反向电压UDl=21/2U25.83V，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，故有线圈匝数N=0.003。变压器副边的有效值:I2=1.ll*l.5=1.67A.变压器的容量：S=UI=5.83*1.67=9.74W。4.1.4 电源工作原理整个电源电路如图4.1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。当电源接入220V交流电，TR1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78L05进行稳压调整。经78L05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4.1 豆浆机控制系统的电源电路4.1.5 桥式整流电路简介桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。桥式整流电路图如图4.4，它的工作原理如下:输入为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。电路中构成ab、D1、R、D3通电回路，在R上形成上正下负的半波整洗电压,输入为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成ab、D2、R、D4通电回路,同样在R上形成上正下负的另外半波的整流电压。 图4.2如此重复下去,结果在R上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图4.4中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。 桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。4.1.6 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。78XX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。78XX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78XX系列中的78L05，它能够提供多种固定的输出电压，应用范同广。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。4.1.7 稳压器简介78L05是一种固定电压(5V)三端集成稳压器,其适用于很多应用场合.象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在-卡调节.此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源,如可驱动输出电流高达100毫安的稳压器。图4.2为几种三端集成稳压器。.图4.2其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况。当用于替代传统的齐纳二极管-电阻组的时候，其输出阻抗得到有效的改善,其偏置电流大大减少。78L05特性：* 三-端稳压器；* 输出电流可达到100mA；* 无需外接元件； * 内部热过载保护；* 内部短路电流限制；* 从2004年底开始，提供的各类封装形式，均为无铅封装产品。 78L05应用须知：* 如果稳压器离电源滤波器有一段距离,Cin是必需的；* Co对稳定性而言是可有可无的,但的确能够改善瞬态响应 。78L05典型线路图（图4.3）:图4.3注:（1）为确定输出电压值，请选择电压值后缀（xx)(2)为获得最佳的稳定性和瞬态响应，建议使用旁边电容并尽量可能挨着电路安装。4.2 单片机的选用单片机的种类较多，本设计选用的是AT89C52芯片控制. AT89C52是由ATMEL公司生产的属于51系列单片机的一个型号。AT89C52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AT89C52单片机可为提供许多较复杂系统控制应用场合。4.2.1 单片机的简介（1）AT89C52主要性能参数：兼容MCS51指令系统，8k可反复擦写(1000次）Flash ROM32个双向I/O口，256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHz2个串行中断，可编程UART串行通道2个外部中断源，共6个中断源2个读写中断口线，3级加密位低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能（2）AT89C52的引脚功能：AT89C52是为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。AT89C52的引脚图如图1所示，主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 图1 单片机AT89C52的引脚图 在本设计中温度传感器，磨浆及加热电路，沸腾检测电路及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。4.3温度检测电路的设计 当豆浆机正常工作时，需要先加热到80度左右的温度，然后停止加热继续下一步的工作，所以这就需要一个温度传感器来检测水温，这里我选用的是DS18B20智能温度传感器，选择它是因为它的测温系统简单，测温精度高，连接方便，占用口线少，转换速度快，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本。4.3.1温度传感器DS18B20简介 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。（1）DS18B20的特性独特的单线接口，只需一个接口引脚即可通信 多点能力使分布式温度检测应用得以简化 不需要外部元件 可用数据线供电 不需要备份电源 测量范围从-55至+125，增量值为0.5。 以九位数字值方式读出温度 在一秒（经典值）内把温度变换为数字 用户可以定义的，非易失性的温度变换为数字 告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度警告情况） 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统（2）DS18B20的引脚功能 DS18B20的引脚图如图3所示：1 GND为电源地2 DQ为数字信号输入/输出端3 VDD为外接供电电源 图3 温度传感器DS18B20的引脚图4.3.2 温度传感器DS18B20的测温原理下面介绍51单片机AT89C52与温度传感器芯片DS18B20构成的测温系统的测温原理。如图4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。4.3.3 DS18B20与单片机AT89C52的接口设计DS18B20与单片机AT89C52的接口设计如图4所示，P1.5口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管和AT89C52的P1.1来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10 s。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。假设单片机系统所用的晶振频率为12 MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写3个子程序：INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始，实际在实验中不用这种方式，只要在数据线上加一个上拉电阻4.7 k,另外2个脚分别接电源和地。图4 温度传感器DS18B20与单片机AT89C52的连接图4.4 加热及打浆电路的设计加热电路的作用是通过加热管把磨成粉末的黄豆煮熟，本设计使用的加热器的功率为800W;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，由于单相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。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。加热及打浆电路的工作原理如图4.12所示，加热及磨浆电路由继电器JR1、JR2，三极管T2、T3，电阻R5、R6以及二极管Dl、D2，单片机AT89C52。当单片机工作时，赋给Pl.l一个低电平，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，当温度达到80度时，单线数字温度传感器DS18B20将温度信号传给单片机，单片机检测到这个信号后，使P3.0脚变为低电平，三极管T2截止，继电器触点断开，电阻丝停止加热。加热结束后，单片机P3.4脚变为高电平，使三极管T3饱和导通，从而让继电器触点闭合，于是电机得电开始打浆，在系统程序得控制下，打浆机按间歇方式打浆。电机运转20秒后，单片机P3.4脚变为低电平，使三极管T3截止，继电器触点断开，电机停止打浆，间歇10秒后，单片机P3.4脚又恢复为高电平，从而继续驱动电机工作，如此循环5次后打浆结束。图4.12 豆浆机控制系统的加热及磨浆电路4.5防干烧及防溢出电路的设计防干烧及防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自动豆浆机缺水时干烧及沸腾溢出等问题。这单采用探针作为传感器来检测水位及沸腾溢出，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及沸腾时的溢出状态。水位检测及沸腾溢出电路的原理如图4.13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，这单采用探针来代替这两个传感器，使用中将接控制电路的公共点“地”，探针分别通过传输。单片机的P3.2，P1.3端连接。正常工作时，Kl被水淹没，它和地之问的电阻较小，与R13共同对+5V分压，U+得到比U-低的电平，比较器输出低电平。缺水时，Kl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，比较器输出高电平，通过非门后输出低电平产生下降沿。用软件检测比较器的电平变化，便知是否缺水。图4.13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远离水而，它和地之间的电阻很大，与R9共同对+5V分压，U+得到比U-高的电压，比较器输出高电平。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，比较器输出低电平。用软件检测比较器的输出电平，便知豆浆是否沸腾溢出。4.6 报警电路的设计报警电路的作用是通过蜂呜器发出声音信号，提醒豆浆已经煮好了。声音信号电流从单片机的P3.5脚输入到蜂鸣器LSl发出声音。报警电路如图4.12所示报警电路由单片机AT89C52、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。图4.12豆浆机控制系统的报警电路第五章 豆浆机控制系统的软件设计5.1 豆浆机控制系统的流程图的设计 豆浆机控制系统的流程图如图5.1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，则开始对豆浆机的冷水进行加热，当加热到80以后，则停止加热，开始进行打浆程序，打15秒停15秒，按这样的方式循环5次，打浆程序结束后开始进行对豆浆进行再加热，待溢出后停上20秒后，再加热直到溢出，以这样的方式循环5次，豆浆加工完成，10秒后由音响提醒主人豆浆煮好。第一步为通电、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，通过复位按键使单片机硬件复位，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。按下启动键，使发光二极管指示灯发光显示，以示电源电路工作正常，单片机开始工作。第二步为功能选择程序。按下按钮功能键，单片机进入工作状态后，CPU将按程序开始工作，单片机进入正常工作阶段。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，当水温达到80时，单线数字温度传感器DS18B20将温度信号传给单片机P1.5口，当CPU接受到来自P1.5口的停止加热的控制信号后，即令P3.0口为低电位，使T2截止,JR1触点释放，电热管失电而停止加热，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，为了减少电机的发热量，粉碎电机每粉碎15秒就休息5秒，然后再开始第二轮粉碎，这种工作过程共循环5次，然后结束粉碎过程。 第五步为烧煮豆浆程序。粉碎过程结束，接下来就进入烧煮豆浆阶段。由于黄豆被粉碎时，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，与溢出之问的一对矛盾，为了使豆浆机适应较多种类植物的加热需要，该程序中采用了加热一次如溢出一次为一次循环，并对循环时间进行累计计算，加热，溢出，停止加热共循环8分钟，烧煮豆浆程序就宣告结束。这种智能控制设计，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 图5.1 豆浆机控制系统的流程图如下 第六章 结论 此次设计我做的是基于单片机的豆浆机的控制系统的设计，讲过多次的修改和整理，可以满足设计的基本要求。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度左右，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。但因为我的水平有限，此电路中也存在着一定的问题，比如说三端集成稳压器会产生热损失，温度传感器DS18B20在本设计中只是检测了一下温度，当温度达到80度时单片机进行下一步工作，在这里没有充分的利用他的功能及优点，虽然这样做给本设计带来了很大的方便，使设计变得简单，不过用在这里有点浪费了。总之，此设计以单片机AT89C52作为核心的控制元件，配合其他器件，使豆浆机的控制系统县有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加工经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。 致谢这次毕业设计我们在王老师的指导下独立进行查阅资料，设计方案，设计电路与编写工作程序等工作，并写出报告。这次毕业论文对于提高我们的素质和科学实验能力非常有益，为以后从事电子电路方面的设计，研制电子产品打下了良好的基础。通过这一个多月的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。虽然这只是一次的比较简单的毕业制作（基于单片机的自动豆浆机控制电路），可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞单片机开发的技术前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！通过这次毕业设计，为完成这次毕业设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和同学们一起做毕业设计的这些日子里，我们有说有笑，相互帮助，多少人间欢乐在这里洒下，大学里三年的相处也许还赶不上这一个多月的共处，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。在此要特别感谢我的指导老师对我们的指导，在此向老师说一声，老师您辛苦了！当然我也要感谢我的同学们给予我的帮助。在老师的启发和我们共同的努力下，我们才能顺利的完成毕业设计。在以后的工作中，我一定会更加努力的学习，充分的发挥自己的特长。在这大学的最后一页里，我要感谢的人很多，首先要感谢我的指导老师王老师，在整个毕业设计过程中，王老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。王老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，深深地感动了我，当我遇到难题无从下手时，王老师给予我中肯的意见，我从心底感谢她。还要感谢的是我们各科任课老师，没有你们的谆谆教诲，就没有我们学有所长的今天。然后，还要感谢寝室的同学们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生活。最后要感谢的就是我的父母，谢谢你们对我的支持。现在即将挥别我的学校、老师、同学，还有我三年的大学生活，虽然依依不舍，但是对未来的路，我充满了信心。最后，感谢在大学期间认识我和我认识的所有人，有你们伴随，才有我大学生活的丰富多彩，绚丽多姿！最后再向大家说声谢谢！谨向各位审阅本文的专家、老师致意！ 学生： 李江奎 2011年10月21日参考文献l彭为.单片机典型系统设计实例精讲M.北京：电jJ，T业出版礼，20062邱世安主编.机电一体化技术. 西安电子科技大学出版社20043何希才编著.常用集成电路应用实例 北京电子工业出版社. 2007 4王兆安、刘建军主编.电力电子技术北京机械工程出版社.20095潘永雄.新编单片机原理及应用M西安科技大学出版社，2003：6朱运利.单片机技术应用北京机械工业出版社， 2005年1月第一版.7张大彪.电子技能与实训北京电子工业出版社， 2004年7月.8韩全力.赵德申.微机控制技术及应用北京机械工业出版社， 2004年1月第一版.9 汤光华、宋涛主编.电子技术.1版 北京化学工业出版社200510张毅坤.陈善久，龚雪红.单片微型计算机原理应用西安电子科技大学出版社, 2003.11田 良.黄正瑾，陈建元.综合电子设计与实践 南京东南大学出版社.12杨素行.模拟电子电路北京中央广播电视大学出版社, 1994.13康平光.电子技术基础北京高等教育出版社, 2003.14 张友汉主编.电子线路设计应用手册.1版 福建科学技术出版社.2000 15王兆安、刘建军主编.电力电子技术.5版 北京机械工程出版社.2009附录A豆浆机控制系统的原理图 附录B 豆浆机控制系统程序清单DQ EQU P1.5;18B20输入端 BZW EQU 7EH;JR EQU P3.0;加热电阻丝 DJ EQU P3.4;电机K1 EQU P1.1;水位检查 K2 EQU P1.0;沸腾检测SB1 EQU P1.7;启动按扭 LED EQU P1.6;指示灯ORG 0000HJMP MAINORG 000BHJMP TIMEORG 0030HMAIN:MOV P1,#0FFHMOV P0,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV P3,#0FFHCALL D15MSMOV TMOD,#01MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HSETB EASETB ET0JB SB1,$CALL D15MSCALL D15MSJNB SB1,$PDBJ: JNB K1,BJ1MOV 46H,#2BJ4: SETB P3.5CALL D1SCLR P3.5CALL D1SDJNZ 46H,BJ4LJMP PDBJBJ1: CLR P3.5SETB TROCLR LEDMAIN1:CALL DS18B20CLR JRCJNE R2,#80,L1L1:JC MAIN1CLR JRMOV 40H,#5Q3:SETB DJCALL D15SCLR DJCALL D5SDJNZ 40H,Q3MOV 44H,#5S2:SETB JRJB K2,$CLR JRCALL D20SDJNZ 44H,S2CALL D10SMOV 46H,#2S4:SETB P3.5CALL D1SCLR P3.5CALL D1SDJNZ 46H,S4L3:SETB JRL4:CALL DS18B20CJNE R2,#80,L2L2:JNC L3CLR JRJMP L4DS18B20:CALL CSHCALL SZCALL DSZCALL WHRETCSH:SETB DQNOPCLR DQMOV 70H,#150DJNZ 70H,$SETB DQMOV 70H,#150D1:MOV 71H,#200D2:JNB DQ,CSH1DJNZ 71H,D2DJNZ 70H,D1CLR BZWJMP CSH2CSH1:SETB BZWMOV 70H,#240DJNZ 70H,$CSH2:SETB DQRETSZ:JB BZW,SZ1RETSZ1:MOV A,#0CCHCALL X18B20MOV A,#4EHCALL X18B20MOV A,#0CALL X18B20MOV A,#0CALL X18B20MOV A,#1FHCALL X18B20RETDSZ:SETB DQCALL CSHJB BZW,DSZ1RETDSZ1:MOV A,#0CCHCALL X18B20MOV A,#44HCALL X18B20CALL CSHMOV A,#0CCHCALL X18B20MOV A,#0BEHCALL X18B20CALL D18B20RETX18B20:MOV 73H,#8CLR CX1:CLR DQMOV 70H,#7DJNZ 70H,$RRC AMOV DQ,CMOV 70H,#23DJNZ 70H,$SETB DQDJNZ 73H,X1RETD18B20:MOV R1,#79HMOV 74H,#2X2:MOV 75H,#8X3:CLR CCLR DQSETB DQMOV C,DQMOV 70H,#23DJNZ 70H,$RRC ADJNZ 75H,X3MOV R1,ADEC R1DJNZ 74H,X2RETWH:MOV A,#0F0HANL A,79HSWAP AMOV R2,AMOV A,#07HANL A,78HSWAP AORL A,R2MOV R2,ARETTIME:PUSH ACC