智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計

1、目 錄一、緒論（一）課題的研究目的和意義2（二） 課題的背景和現(xiàn)狀2二、系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計3（一）機(jī)械部分的介紹32.1.1水箱系統(tǒng)32.1.2磨漿系統(tǒng)42.1.3磨漿系統(tǒng)5（二）豆?jié){機(jī)的制漿工藝及控制系統(tǒng)主要功能簡介52.2.1制漿工藝流程52.2.2商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能6（三） 控制系統(tǒng)的設(shè)計思路6三、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計7（一）時鐘電路設(shè)計7（二）存儲電路設(shè)計8（三）鍵盤/顯示電路設(shè)計8（四）USB接口電路設(shè)計9（五）電機(jī)電流檢測電路設(shè)計9（六）液位檢測電路設(shè)計10（七）電源電路設(shè)計10（八）電器隔離部分電路設(shè)計10四、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計11（一）制漿工藝流程的程序設(shè)計114

2、.1.1軟件環(huán)境介紹124.1.2電機(jī)電流過載保護(hù)的程序設(shè)計12（二）上位機(jī)界面的軟件設(shè)計12（三）授權(quán)調(diào)試參數(shù)的設(shè)計12五、系統(tǒng)的安裝與調(diào)試13（一）整體設(shè)備安裝13（二）調(diào)試及結(jié)果13六、總結(jié)與展望14（一）總結(jié)分析14（二）未來展望14致謝16參考文獻(xiàn)17基于單片機(jī)的豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計說明摘要：豆?jié){逐漸成為人們生活中的重要飲食，對人體健康有很大的好處。以前是采用傳統(tǒng)的石磨方式來磨出豆?jié){，如今，人類已經(jīng)發(fā)明出豆?jié){機(jī)，制造工藝的技術(shù)也越來越成熟?，F(xiàn)如今，我國的豆?jié){機(jī)的生產(chǎn)展現(xiàn)出多樣化的趨勢，市場份額也在逐漸增長。就我國市場上銷售的額豆?jié){機(jī)來看，其主要的控制系統(tǒng)所使用的中央處理部件就是PLC，

3、這一設(shè)計具有可靠性和穩(wěn)定性的特性，相對而言，制造成本也就要高一些。 因此，對不同客戶不同需求的滿足角度出發(fā)，本篇論文以降低豆?jié){機(jī)的生產(chǎn)成本為目的，設(shè)計研發(fā)了一款以單片機(jī)為核心的商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)。在硬件的設(shè)計上，我們設(shè)有時鐘、儲存、顯示、USB接口、液位檢測、電流檢測、電氣隔離等電路。以節(jié)約成本為設(shè)計基礎(chǔ)，在最大限度上保障了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。另外，該系統(tǒng)還有一個很突出的特點，就是可以很輕便的對外租賃，我們將租賃時限寫入豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了對商用豆?jié){機(jī)的租賃時間的控制，時間到了就無法繼續(xù)使用。關(guān)鍵詞：商用豆?jié){機(jī)；USB接口；對外租賃Design Explanation of Contr

4、ol System of Soybean Milk Machine Based on Single Chip MicrocomputerAbstract: Soybean milk has gradually become an important diet in peoples lives， which is of great benefit to human health. In the past， the traditional stone milling method was used to grind Soybean milk. Nowadays， human beings have

5、 invented soybean milk machine， and the manufacturing technology is becoming more and more mature. Nowadays， the production of soybean milk machine in our country shows a diversified trend， and the market share is also growing gradually. From the point of view of the soybean milk machine sold on the

6、 market in our country， the central processing unit of its main control system is PLC. This design has the characteristics of reliability and stability. Relatively speaking， the manufacturing cost is higher.Therefore， in order to reduce the production cost of soybean milk machine， this paper designs

7、 and develops a control system of commercial soybean milk machine based on microcontroller. In hardware design， we have clock， storage， display， USB interface， liquid level detection， current detection， electrical isolation and other circuits. On the basis of cost saving， the reliability and stabili

8、ty of the system are guaranteed to the greatest extent. In addition， the system also has a prominent feature， that is， it can be easily leased to other countries. We write the lease time into the control system of soymilk machine， so as to achieve the lease time control of commercial soymilk machine

9、， which can not continue to use when the time comes.Keywords:Commercial soymilk machine; USB interface; External leasing一、緒論豆?jié){逐漸成為人們生活中的重要飲食，對人體健康有很大的好處。以前是采用傳統(tǒng)的石磨方式來磨出豆?jié){，如今，人類已經(jīng)發(fā)明出豆?jié){機(jī)，制造工藝的技術(shù)也越來越成熟。現(xiàn)如今，我國的豆?jié){機(jī)的生產(chǎn)展現(xiàn)出多樣化的趨勢，市場份額也在逐漸增長。就我國市場上銷售的額豆?jié){機(jī)來看，其主要的控制系統(tǒng)所使用的中央處理部件就是PLC，這一設(shè)計具有可靠性和穩(wěn)定性的特性，相對而言，制造成本也

10、就要高一些。作為一種既經(jīng)濟(jì)又健康的食品，豆?jié){是越來越受到現(xiàn)代人們的歡迎了。本文將以單片機(jī)為核心控制部件的智能型全自動家用豆?jié){機(jī)做詳細(xì)的功能、電路設(shè)計等方面的介紹，本次課題所涉及的豆?jié){機(jī)在操作時可選擇單獨粉碎、單獨煮漿或全自動運行，所采用的模糊控制技術(shù)，集打漿、煮漿、保護(hù)、警示于一體，能夠方面快捷的制作出美味可口又健康的豆?jié){。因此，對不同客戶不同需求的滿足角度出發(fā)，本篇論文以降低豆?jié){機(jī)的生產(chǎn)成本為目的，設(shè)計研發(fā)了一款以單片機(jī)為核心的商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)。（一）課題的研究目的和意義通常狀況下，傳統(tǒng)的豆?jié){機(jī)是不能同時進(jìn)行加熱和打磨兩種操作的，這樣的話，用戶想要喝到熱乎的豆?jié){就需要等待很長時間。因此，本

11、文針這種傳統(tǒng)豆?jié){機(jī)的弊端，將豆?jié){機(jī)中的加熱和打磨兩個電路連接在一起，配用大功率的電機(jī)來提高豆?jié){機(jī)的工作效率，然后豆?jié){機(jī)在煮漿過程中，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的工作效率來保證豆?jié){的口味，從而達(dá)到本次課題的設(shè)計目的。本系統(tǒng)設(shè)計的是一個可以控制定時開關(guān)的商用可租賃豆?jié){機(jī)。目前市面上在售的都是一些定時30min或15min而不能任意進(jìn)行定時設(shè)置的豆?jié){機(jī)。然而本設(shè)計可以自行調(diào)節(jié)控制設(shè)置需要使用的時間，系統(tǒng)通過倒計時的方式進(jìn)行時間的計算，當(dāng)預(yù)先設(shè)置的時間達(dá)到時，單片機(jī)就會控制豆?jié){機(jī)自動開啟，這樣人們就不用每天早起來制作豆?jié){，節(jié)省了人們很多時間，尤其是對上班族來說又省時又省事。而且這款豆?jié){液也非常的節(jié)能，當(dāng)豆?jié){煮熟以后

12、他就會自動停止運作，然后進(jìn)行保溫或者斷電。（2） 課題的背景和現(xiàn)狀一直以來，豆?jié){機(jī)在食品料理機(jī)市場一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，但隨著近兩年中國國情的發(fā)展，國內(nèi)市場對豆?jié){機(jī)需求顯然沒有之前那么旺盛了，導(dǎo)致現(xiàn)在的豆?jié){機(jī)市場占比在逐年下降。相比較另外兩個食品料理機(jī)的市場，榨汁機(jī)及攪拌機(jī)卻是在逐步增長，并且該料理機(jī)的廠商也在不斷提升自身在整體市場的地位，這一現(xiàn)狀，使得食品料理機(jī)的主要產(chǎn)品類型之間有了很大的變動。到2014年末，經(jīng)過相關(guān)部門的計算，豆?jié){機(jī)在國內(nèi)市場的累計銷量已經(jīng)突破了1.4億臺。作為以城鎮(zhèn)市場為主的豆?jié){機(jī)產(chǎn)品，這意味著總共2億多戶城鎮(zhèn)家庭中已經(jīng)有1億多戶購買了豆?jié){機(jī)，市場飽和度高達(dá)50%，這對于

13、一個非生活必需品來說，顯然發(fā)展已經(jīng)到達(dá)了極高的程度。二、系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）機(jī)械部分的介紹對于本文所設(shè)計的豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)，我們首先對市場上的商用豆?jié){機(jī)的總體結(jié)構(gòu)做了一個初步的研究和認(rèn)識。制作豆?jié){所需要的材料是水喝泡好的黃豆，我們需要做的是將泡好的黃豆和水一起放入豆?jié){機(jī)里面，然后啟動豆?jié){機(jī)，豆?jié){機(jī)就會用特制的旋轉(zhuǎn)刀片以很快的速度削割打磨黃豆，直到將黃豆打磨成豆?jié){，再將打磨好的豆?jié){加熱煮熟。根據(jù)這個豆?jié){機(jī)的運作流程，商用豆?jié){機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，設(shè)計了打磨豆?jié){系統(tǒng)，熬漿系統(tǒng)，和提供水源來泡黃豆制漿的水箱系統(tǒng)。2.1.1水箱系統(tǒng)在商用豆?jié){機(jī)的機(jī)械設(shè)計部分中，水箱系統(tǒng)是為該豆?jié){機(jī)提供水源的系統(tǒng)，他是

14、由水箱、自動水閥、水位傳感器、溫度傳感器、電加熱器、水泵等部分組成的。各個部分的功能解釋如下：水箱所采用的材質(zhì)是不銹鋼，是用來盛放打磨黃豆時所需要的水的裝置，他根據(jù)豆?jié){的打磨產(chǎn)量的不同，水箱的容量也會有所不同。自動水閥他是一個水箱的進(jìn)水口裝置，他由電信號控制而打開或關(guān)閉閥門，豆?jié){機(jī)在工作時就會用塑料管將其與水源相連接，等到閥門打開時，就會將水注入到水箱中。電加熱器緊貼在水箱側(cè)壁的裝置，它的作用就是江水相中所裝入的水進(jìn)行加熱作用。水泵它的作用是將水箱中的水源抽取到磨漿桶內(nèi)，然后和黃豆進(jìn)行混合，再進(jìn)行打磨。水位傳感器和溫度傳感器水位傳感器是一個浮球型的傳感器，當(dāng)頁面達(dá)到傳感器能感受到的位置時，浮球

15、就會順勢浮起，使傳感器產(chǎn)生關(guān)閉的信號，水位傳感器由上水位和下水位傳感器兩者組合而成，分別指示水箱中的最高點和最低點兩處的水位界限。溫度傳感器蠶蛹了90常閉雙金屬片突跳溫控器，他的工作原理是將雙金屬片制作成碟形的部件，受熱產(chǎn)生并積累能夠位移的能量，一旦溫度達(dá)到90，就會克服抗度反響突跳，通過機(jī)構(gòu)作用使觸電迅速分?jǐn)啵瑥亩詣訑嚅_電路，當(dāng)溫度降低時，雙金屬片又會突跳恢復(fù)，使觸電閉合，自動解除電源，從而達(dá)到溫度控制的目的。2.1.2磨漿系統(tǒng)在該豆?jié){機(jī)的機(jī)械部分中，磨漿系統(tǒng)由磨漿桶、石碾磨粉碎系統(tǒng)、電動網(wǎng)、磨漿桶頂防溢探頭、回漿管、抽漿管、電機(jī)等組合而成。該系統(tǒng)的各個部分功能介紹如下：磨漿桶這是用來盛放

16、水和黃豆的裝置，是金屬材質(zhì)的，它的形狀像一個漏斗，上粗下細(xì)。石碾磨粉碎系統(tǒng)它位于磨漿桶的下部，主要部分是螺旋削割刀片，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動的時候，刀片也會隨之轉(zhuǎn)動，并且高速運轉(zhuǎn)，將水和黃豆混合攪拌打碎打磨，最后制成豆?jié){。該系統(tǒng)還可以產(chǎn)生渦流，也就是產(chǎn)生抽取豆?jié){的動力，將豆?jié){抽取到電動閥處。電機(jī)它的作用是帶動削割刀片旋轉(zhuǎn)，打磨豆子。電機(jī)有兩種轉(zhuǎn)向，分別是正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，可以帶動刀片順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，使豆子打磨得均勻徹底。抽漿管、回漿管抽漿管是由電動閥的一端連接至熬漿桶處的塑料管，作用是使磨好的豆?jié){流入熬漿桶，進(jìn)行蒸煮。豆?jié){的抽取動力來自于石碾磨粉碎系統(tǒng)產(chǎn)生的渦流?；貪{管則是由電動閥的另一端連接至磨漿桶處的塑

17、料管，作用是使豆?jié){流入磨漿桶，再次打磨。電動閥電動閥的兩端分別連接抽漿管和磨漿管，第三端連接至石碾磨粉碎系統(tǒng)。工作時，連接至抽漿管的端口默認(rèn)關(guān)閉，即豆?jié){從電動閥流向抽漿管的路徑是關(guān)閉的，此時豆?jié){被抽取至回漿管，從磨漿桶的頂部流回磨漿桶內(nèi)繼續(xù)打磨。當(dāng)電動閥打開時，豆?jié){從電動閥流向回漿管的路徑被關(guān)閉，此時豆?jié){被抽取至抽漿管，從熬漿桶的頂部流入熬漿桶內(nèi)進(jìn)行加熱。磨漿桶頂防溢探頭金屬探頭，實時檢測磨漿桶內(nèi)液體的水位，防止桶內(nèi)液體溢出。2.1.3磨漿系統(tǒng)在商用豆?jié){機(jī)的機(jī)械部分中，熬漿系統(tǒng)由熬漿桶、熬漿桶頂防溢探頭、加熱盤等組成。各個部分的功能如下:熬漿桶圓柱形不銹鋼桶。由磨漿桶打磨好的豆?jié){，經(jīng)過抽漿管流

18、入該桶內(nèi)進(jìn)行蒸煮。根據(jù)豆?jié){單次產(chǎn)量不同，熬漿桶可分為15L, 30L和60L等尺寸型號。加熱盤位于熬漿桶底部的圓形加熱盤，和熬漿桶底嚴(yán)密配合，加熱方式與電加熱管相同。需要注意的是，若沒有和熬漿桶嚴(yán)密配合，則會致使熬漿桶底的局部溫度過高，熔化熬漿桶底。熬漿桶頂防溢探頭原理同磨漿桶頂防溢探頭，防止桶內(nèi)液體溢出。（二）豆?jié){機(jī)的制漿工藝及控制系統(tǒng)主要功能簡介2.2.1制漿工藝流程1、自動預(yù)熱打開自動水閥進(jìn)水，待水箱水位達(dá)到上水位后關(guān)閉水閥。啟動電加熱器，開始加熱，待溫控器彈片斷開時停止加熱，表示水溫己達(dá)到設(shè)定溫度(90士5C ).2、自動磨漿a.打開水泵，抽取水箱內(nèi)的熱水至磨漿桶，達(dá)到規(guī)定的水位時關(guān)閉

19、水泵，停止加水。b.打開三通閥的抽漿閥門，此時回漿閥門關(guān)閉。在規(guī)定的時間內(nèi)，電機(jī)持續(xù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)打磨豆?jié){，豆?jié){被抽至熬漿桶。同時，開啟熬漿桶底部加熱盤，開始加熱熬漿桶。c.關(guān)閉三通閥的抽漿閥門，此時回漿閥門打開，在規(guī)定的時間內(nèi)，電機(jī)持續(xù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)打磨豆?jié){，豆?jié){經(jīng)回漿管流回磨漿桶繼續(xù)打磨。d.關(guān)閉電機(jī)。打開水泵，給磨漿桶內(nèi)補(bǔ)水至規(guī)定的水位時關(guān)閉水泵，停止加水。e.打開三通閥的抽漿閥門。在規(guī)定的時間內(nèi)，電機(jī)持續(xù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)打磨豆?jié){，豆?jié){被抽至熬漿桶。如此往復(fù)循環(huán)，直至磨漿桶內(nèi)的豆子全部磨完。此時豆?jié){全部流入熬漿桶內(nèi)，熬漿桶底加熱盤自開啟后持續(xù)加熱，蒸煮豆?jié){。3、自動熬漿第一次抽漿注入熬漿桶時，加熱盤開

20、始工作。磨漿期間若豆?jié){沸騰達(dá)到液位傳感器探頭位置則停止加熱;當(dāng)液位離開探頭時，繼續(xù)加熱。自動磨漿過程結(jié)束后，繼續(xù)蒸煮豆?jié){。每當(dāng)豆?jié){沸騰至液位傳感器探頭位置則停止加熱，過一段時間繼續(xù)加熱。如此反復(fù)幾次后，豆?jié){就可以飲用了。4、自動清洗首先開啟自動水閥，待水箱加滿水時關(guān)閉。水泵抽取水箱中的水注入磨漿桶，至液位傳感器探頭時停止加水。電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，一段時間后，打開抽漿閥門，電機(jī)改為正轉(zhuǎn)，以徹底洗凈刀片中的殘渣。如此反復(fù)2-3遍。除上述四種工藝流程外，還有自動保溫、自動加水、手動磨漿、手動加水及人工加水等流程。2.2.2商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能(1)人機(jī)界面可指示當(dāng)前工作狀態(tài)。如:磨漿、熬漿等

21、。(2)可以記錄和顯示豆?jié){機(jī)的工作次數(shù);可以顯示當(dāng)前時間和制作豆?jié){的時間。(3)按下人機(jī)界面的按鍵實現(xiàn)相應(yīng)的功能。如:全自動制漿、自動清洗等。(4)可用于租賃。一旦租賃時間到達(dá)，租賃的豆?jié){機(jī)就無法使用了。(5)當(dāng)電機(jī)電流過載時，系統(tǒng)可以自動判斷并切斷電路，從而使電機(jī)的損害無法進(jìn)一步擴(kuò)大。(6)可清除豆?jié){機(jī)的工作次數(shù)及租賃時間的限制，即系統(tǒng)清零保養(yǎng)。(7)自動熬漿、自動保溫等流程結(jié)束后，豆?jié){機(jī)自動報警告知用戶。（3） 控制系統(tǒng)的設(shè)計思路要實現(xiàn)上述豆?jié){機(jī)的工藝流程及其功能，需要考慮以下電路的設(shè)計:CPU的選擇，時鐘電路、存儲電路、鍵盤顯示電路、USB接口電路、電源電路、各種檢測電路、報警電路及繼電

22、器控制電路的設(shè)計。(1)設(shè)計時鐘電路可以保證當(dāng)前時間能夠準(zhǔn)確實時的顯示，并為對外租賃豆?jié){機(jī)提供保障。(2)設(shè)計存儲電路可以存儲制漿次數(shù)以及租賃的期限，也是對外租賃不可缺少的一部分電路。(3)設(shè)計鍵盤/顯示電路是為用戶提供豆?jié){機(jī)的人機(jī)界面。(4) USB接口電路設(shè)計的目的即是用來對外租賃的。上位機(jī)將設(shè)定好租賃期限的文件寫入U盤后，CPU需要讀取U盤中的文件。USB接口電路可以實現(xiàn)這一目的，從而達(dá)到對外租賃的限時效果。上位機(jī)軟件的設(shè)計將在第四章講述。(5)該系統(tǒng)需用SV及12V直流電源供電。電源電路可以自行設(shè)計，也可以直接選用5V和12V兩路隔離輸出的開關(guān)電源。(6)設(shè)計各種檢測電路主要是為了實時

23、檢測系統(tǒng)的水位、溫度以及電流的變化。這個檢測只需要檢測結(jié)果，無需檢測變化過程的快慢。因此，系統(tǒng)無需設(shè)計反饋電路，只需要設(shè)計成開關(guān)電路即可。(7)當(dāng)某個工藝流程結(jié)束時蜂鳴器鳴響，提醒用戶流程已結(jié)束，因此系統(tǒng)需要設(shè)計報警電路。(8)由于單片機(jī)系統(tǒng)使用電壓為5V，而豆?jié){機(jī)的負(fù)載均為220V用電設(shè)備，所以二者之間需要進(jìn)行電氣隔離。設(shè)計繼電器控制電路可以達(dá)到良好的隔離效果，使系統(tǒng)運行起來安全穩(wěn)定。三、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計（一）時鐘電路設(shè)計商用豆?jié){機(jī)工作時需要實時顯示年、月、日、時、分、秒等時間信息，因此需要設(shè)計時鐘電路?？蛇x擇的串行時鐘芯片有很多，如PCF8563, DS1302等。這些芯片因接口簡單、價

24、格低廉、使用方便而被廣泛地采用。本設(shè)計采用的是Dallas公司生產(chǎn)的DS 1302。它是一款具有涓流充電能力的實時時鐘芯片，具有以下性能特點13.(1)可以對2100年之前的年、月、日、星期、時、分、秒進(jìn)行計時，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整。(2)僅需三根線就可以與CPU之間簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，三根線分別為:#RES(復(fù)位)、I/O(數(shù)據(jù))、SCLK(串行時鐘)。串行v0口方式使得管腳數(shù)量大大減少。(3)內(nèi)部有一個31X8位暫存數(shù)據(jù)RAM寄存器。(4)讀寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時，有兩種傳送方式:單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送。其中多字節(jié)傳送最多以31個字節(jié)的字符組方式進(jìn)行通信。(5)外接

25、32.768kHz晶振。(6)工作電壓為2.0-5.5V.(7)雙電源管腳，VCCl為備用的涓流充電電源，VCC2為主電源。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCCl約0.2V以上時，VCC2給DS1302供電。反之，由VCC 1供電。因此，在主電源關(guān)閉的情況下，DS1302也能保證時鐘的連續(xù)運行。VCC 1可選用3.6V紐扣式充電電池作為備用電池，以保證時間連續(xù)。(8)工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mw。DS1302的控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為。，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1

26、表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位。)如為。表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS 1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0到高位7。（二）存儲電路設(shè)計商用豆?jié){機(jī)需要記錄制漿的次數(shù)和租賃的時間，所以針對此，我們需要設(shè)計出存儲電路，該電路的特點如下：(1)內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，即2KB存儲空間。16字節(jié)頁寫緩沖器。(2)支持IZC總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，有一個專門的寫保護(hù)功能。(3

27、) 1.8V到6.0V工作電壓范圍，低功耗CMOS技術(shù)，可保存數(shù)據(jù)100年。(4)不僅占用了很少的vo線，體積也很小，還具有抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點。（三）鍵盤/顯示電路設(shè)計商用豆?jié){機(jī)的人機(jī)交互界面需提供按鍵、LED指示、數(shù)碼管顯示三部分功能，為此要設(shè)計鍵盤/顯示電路。其中有12個按鍵，用來控制所有的豆?jié){機(jī)工作流程;7個LED指示燈，用來指示豆?jié){機(jī)的工作狀態(tài);6位共陽極數(shù)碼管，用來顯示實時時間或制漿時間等。此部分是商用豆?jié){機(jī)的外觀部分，即用戶直接看到的人機(jī)交互界面部分。因此設(shè)計上把這一部分與CPU電路板隔開分成兩塊電路板來做。為了進(jìn)一步降低成本，設(shè)計上沒有使用專用的鍵盤顯示驅(qū)動芯片，

28、而是使用了2個74HC573鎖存器，其輸入和標(biāo)準(zhǔn)一CMOS輸出是兼容的。當(dāng)鎖存器使能端為高電平時，輸入與輸出同步;當(dāng)鎖存使能端變低電平時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。（四）USB接口電路設(shè)計設(shè)計的商用豆?jié){機(jī)主要用于租賃，租賃期間豆?jié){機(jī)可正常使用，一旦超出租賃時間，豆?jié){機(jī)無法再啟動運行。而租賃時間不是一成不變的，需要實時寫入或擦除。這就需要外部設(shè)備來實現(xiàn)。U盤是如今比較方便攜帶和存儲數(shù)據(jù)的外部設(shè)備，因此設(shè)計上選用了U盤作為外部設(shè)備。接下來是設(shè)計如何讀寫U盤中的數(shù)據(jù)。設(shè)計上選用了南京沁恒公司生產(chǎn)的CH376芯片。CH376是文件管理控制芯片，用于單片機(jī)系統(tǒng)讀寫U盤或者SD卡中的文件。它具

29、有如下特點：(1)支持USB設(shè)備方式和主機(jī)方式，并且內(nèi)置了USB通訊協(xié)議的基本固件、處理海量存儲設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件、SD卡的通訊接口固件以及FAT 16和FAT32文件系統(tǒng)的管理固件，支持常用的USB存儲設(shè)備，包括U盤、USB硬盤、USB閃存盤、USB讀卡器和SD卡。兼容USB V2.O。(2)支持三種通訊接口:8位并口、SPI接口及異步串口，單片機(jī)控制器可以通過上述任何一種通訊接口控制CH376芯片，存取U盤或SD卡中的文件或者與計算機(jī)通訊。(3)支持USB設(shè)備的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。(4)外圍電路十分簡單，僅需要晶振、電阻和電容。(5)自動檢測USB設(shè)備的連接和斷開，提供設(shè)備

30、連接和斷開的事件通知。(6)提供文件管理功能:打開、新建或刪除文件、枚舉和搜索文件、創(chuàng)建子目錄、支持長文件名。提供文件讀寫功能:以字節(jié)為最小單位或者以扇區(qū)為單位對多級子目錄下的文件進(jìn)行讀寫。提供磁盤管理功能:初始化磁盤、查詢物理容量、查詢剩余空間、物理扇區(qū)讀寫。(7)支持5V電源電壓和3.3V電源電壓以及3V電源電壓，支持低功耗模式。(8)提供SOP-28和SSOP20無鉛封裝，SOP-28封裝的引腳基本兼容CH375芯片。（五）電機(jī)電流檢測電路設(shè)計商用豆?jié){機(jī)所用的電機(jī)在長期的工作過程中可能會出現(xiàn)過載、短路等故障。這就需要電流檢測電路對偶然發(fā)生的故障做出判斷。該設(shè)計中采用電流互感器獲取電機(jī)電流

31、信號，經(jīng)過整流電路后變?yōu)橹绷餍盘?，再進(jìn)行濾波，得到的電壓值與參考電壓進(jìn)行比較。若高于參考電壓，電壓比較器輸出低電平，說明電機(jī)電流過載，通過CPU的P3.4口迅速切斷電氣執(zhí)行回路，從而避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。（六）液位檢測電路設(shè)計商用豆?jié){機(jī)需要實時檢測系統(tǒng)的液位情況，以保障其正常完成制漿工藝流程。該液位檢測只需檢測結(jié)果，即液位是否到達(dá)傳感器位置，無需檢測液位變化過程的快慢。因此，設(shè)計上不用考慮引入反饋電路，只需將電路設(shè)計成由電平信號控制的開關(guān)量信號電路即可。第二章介紹了液位檢測系統(tǒng)有兩種方式:一種是檢測上水位和下水位的浮球開關(guān);另一種是磨漿桶和熬漿桶頂部的液位探頭。前者在液位上漲托起浮球時，連接浮

32、球的兩根信號線開關(guān)將閉合，即兩根信號線導(dǎo)通。后者利用液體(豆?jié){或水)做導(dǎo)體，當(dāng)液位上漲接觸到探頭時，探頭所接信號線與盛放液體的桶壁所接信號線導(dǎo)通。設(shè)計整個豆?jié){機(jī)外殼接12V電源，當(dāng)探頭接觸液面后即導(dǎo)通12V電壓。例如:熬漿桶液位探頭與液面接觸后，導(dǎo)通12V電壓，該電信號使光禍PC817的發(fā)光二極管導(dǎo)通，從而使光敏三極管的集電極與發(fā)射極導(dǎo)通。默認(rèn)高電平的P3.7口接地，變?yōu)榈碗娖剑a(chǎn)生的信號變化反饋至CPU產(chǎn)生動作。這兩種方式設(shè)計的電路能夠很好的起到電氣隔離效果，且開關(guān)量信號對于硬件和軟件的設(shè)計都比較簡單。（七）電源電路設(shè)計商用豆?jié){機(jī)需要兩路相互獨立的電源:DCSV/lA, DC12V/3A。其

33、中，SV電源給CPU等芯片及其電路供電，而12V電源則供電給繼電器及蜂鳴器使用。設(shè)計上為了減少焊接工藝的時間，縮短控制系統(tǒng)生產(chǎn)周期，提高電源電壓的穩(wěn)定性，直接選用了SV與12V隔離的開關(guān)電源。（八）電器隔離部分電路設(shè)計由于現(xiàn)場環(huán)境及制漿時電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生強(qiáng)烈的信號干擾，設(shè)計時采取了二級電氣隔離來達(dá)到抗干擾的目的。12V電源正是第二級隔離電路所使用的電源。借鑒PLC的繼電器原理，器(二級隔離)，設(shè)計上使用了光禍來驅(qū)動繼電器(一級隔離)，再由繼電器驅(qū)動交流接觸用更加穩(wěn)定可靠，使單片機(jī)的弱電信號與220V電壓之間樹立了兩道堅實的屏障，實際使隔離效果很好。電氣隔離部分在商用豆?jié){機(jī)中起到至關(guān)重要的作

34、用，所有繼電器的類型及型號需要依據(jù)用電器的額定電流進(jìn)行選擇。首先需要了解商用豆?jié){機(jī)都有哪些用電設(shè)備及其額定功率。(1)熬漿桶底部的加熱盤，額定功率3KW o(2)水箱壁帖附的電加熱器，額定功率3KW o(3)電機(jī)，額定功率550W.(4)水泵，額定功率18W.(5)自動水閥、電動閥、蜂鳴器、液位傳感器等額定功率均小于1 OW. 由上面可以看出，較大功率的用電器有三個。其中電機(jī)需要正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種方式，故設(shè)計上使用了4個交流接觸器來控制這3個用電器的開關(guān)。加熱盤和電加熱器功率很大，選用的是正泰公司生產(chǎn)的交流接觸器NC3-16-30-10 (KM2,KM3), 3個常開主觸頭和1個常開輔助觸頭，額定

35、工作電流為16A，額定發(fā)熱電流為25A，足以滿足這兩個大功率用電器的需要。針對電機(jī)，設(shè)計選用了2個接觸式中間繼電器JZC1-22 (KM4,KM5 )，它具有2個常開觸點和2個常閉觸點，約定發(fā)熱電流為10A，可滿足電機(jī)的需要。其它小功率型用電器使用繼電器的觸點作為開關(guān)即可，可以降低成本。設(shè)計上使用了匯科公司生產(chǎn)的繼電器HK4100F-DC12V SHG，額定負(fù)載為3A/220V用電器，完全可以用于驅(qū)動豆?jié){機(jī)的小功率用電器。四、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計（一）制漿工藝流程的程序設(shè)計前面講述了商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，本章進(jìn)行控制系統(tǒng)的軟件的設(shè)計。軟件設(shè)計包括制漿工藝流程的程序設(shè)計、USB

36、讀寫程序的設(shè)計以及上位機(jī)軟件的設(shè)計。本系統(tǒng)除了上位機(jī)軟件的設(shè)計，均在Keil uVision 3的環(huán)境下編程，采用C語言編寫。上位機(jī)軟件使用VC+6.0環(huán)境編寫。4.1.1軟件環(huán)境介紹商用豆?jié){機(jī)的程序設(shè)計是在Keil uVision3的編程環(huán)境下完成的。Keil uVision3是一款經(jīng)典的基于Windows的51單片機(jī)開發(fā)軟件，它具有使用方便、功能完善、界面友好等特點。能對源程序進(jìn)行自動編譯、匯編、鏈接、調(diào)試、下載等操作，并且全部集中在一個項目管理器中。在此環(huán)境下，既可進(jìn)行硬件調(diào)試也可進(jìn)行軟件仿真，支持STC89C系列單片機(jī)，完全能夠滿足本系統(tǒng)的程序編寫。4.1.2電機(jī)電流過載保護(hù)的程序設(shè)計

37、電機(jī)電流過載時需切斷電路保護(hù)電機(jī)，程序上使用了外部中斷程序使CPU迅速響應(yīng)中斷。硬件上CPU的外部中斷接口INTO與比較器LM311的輸出端相連。當(dāng)交流互感器輸入端電流過載時，硬件電路使LM311輸出端電平迅速拉低，CPU的P3.4/INTO端接收到下降沿后使程序進(jìn)入外部中斷函數(shù)。該硬件設(shè)計有一弊端，即當(dāng)交流互感器接收到干擾信號或電機(jī)電流產(chǎn)生毛刺使電流瞬間增大時，都可以使CPU的INTO電平拉低，而此時并非電機(jī)電流過載所致，故在程序設(shè)計上運用了一個算法，十分有效地避免了這種失誤性的判斷該算法的程序流程。（二）上位機(jī)界面的軟件設(shè)計為了方便將租賃信息寫入U盤以及方便經(jīng)銷商管理和維護(hù)租賃用戶的各種信

38、息等，系統(tǒng)設(shè)計了上位機(jī)的界面。 該上位機(jī)界面是依托VC+6.0開發(fā)環(huán)境，借助Windows MFC開發(fā)的一個對話框程序，用來完成豆?jié){機(jī)租賃用戶信息的管理和維護(hù)工作。該軟件包含用戶信息的編輯、查找、添加、刪除以及更新用戶信息等功能，同時含有將租賃信息匯入加密文件寫入U盤、密碼保護(hù)和密碼授權(quán)等功能。該系統(tǒng)的設(shè)計，有效的實現(xiàn)了都加那估計租賃信息的管理和保護(hù)，為豆?jié){機(jī)的生產(chǎn)商提供了很大的便利。（三）授權(quán)調(diào)試參數(shù)的設(shè)計授權(quán)調(diào)試參數(shù)是指商用豆?jié){機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下可以在人機(jī)界面按下相應(yīng)的按鍵輸入密碼，授權(quán)調(diào)整豆?jié){機(jī)的時間、租賃日期，清除制漿次數(shù)等信息。由于承租人不知道豆?jié){機(jī)的授權(quán)密碼，故無法更改系統(tǒng)時間、租賃日

39、期等信息，豆?jié){機(jī)就可以直接利用實時日期判斷租賃時間是否過期。如果不設(shè)計授權(quán)密碼，租戶自己就可以更改系統(tǒng)時間從而延長豆?jié){機(jī)的使用期限，這顯然是不合理的。若承租人沒有到期就提前退還豆?jié){機(jī)，經(jīng)銷商可輸入密碼后清除租賃時間和制漿次數(shù)，使之成為“新機(jī)”。五、系統(tǒng)的安裝與調(diào)試（一）整體設(shè)備安裝經(jīng)過前幾章的設(shè)計與準(zhǔn)備，我們就可以在現(xiàn)場進(jìn)行系統(tǒng)的安裝及調(diào)試工作了。商用豆?jié){機(jī)的機(jī)械外殼采用不銹鋼制材，堅固耐用。產(chǎn)品采購好合格的機(jī)械設(shè)備后，在其外殼內(nèi)部的側(cè)面位置安裝了本系統(tǒng)的硬件線路部分。人機(jī)界面安裝在機(jī)器的正面，方便用戶操作。安裝過程中應(yīng)該注意主要有:(1)交流接觸器所用導(dǎo)線應(yīng)盡量粗些，避免因突發(fā)的過大電流流過

40、細(xì)導(dǎo)線發(fā)生火災(zāi)等事故;而功率較小的設(shè)備盡量用細(xì)導(dǎo)線，以減少消耗在導(dǎo)線上的無用功率。(2)交流互感器纏繞在電機(jī)主線上，即纏繞在中間繼電器KM4的線圈上，此時檢測到的電流才是整個電機(jī)的電流。(3)人機(jī)交互界面的電路板與繼電器板的導(dǎo)線長度不宜過長。因為電機(jī)轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生一定的干擾，導(dǎo)線過長則可能引發(fā)信號衰減或丟失。(4)各個線路需連接緊密，固定導(dǎo)線的接口及端子要將導(dǎo)線擰緊?？刂凭€路部分要嚴(yán)格防止與水源接觸。各個部分安裝好以后，就可以進(jìn)行調(diào)試工作了。（二）調(diào)試及結(jié)果該設(shè)備已在現(xiàn)場進(jìn)行了調(diào)試，并完成了預(yù)期的功能?，F(xiàn)場調(diào)試過程中遇到了一些問題如下:(1)豆子沒有磨完就進(jìn)入了熬漿階段。在現(xiàn)場調(diào)試時，磨漿桶內(nèi)每

41、次都放入3斤泡好的黃豆打磨，但由于黃豆的浸泡時間不同，黃豆需打磨的時間也就不同，因此經(jīng)常會出現(xiàn)豆子打磨不完的情況。通過多次試驗及程序的多次改動(如調(diào)整打磨時間、進(jìn)水次數(shù)、電機(jī)正反轉(zhuǎn)等)，現(xiàn)在的3斤黃豆基本可以打磨完全后再進(jìn)入熬漿階段了。(2)豆?jié){溢出桶外。調(diào)試過程中遇到豆?jié){溢出桶外的問題，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)是熬漿桶頂部探頭高度不合適引起的。探頭高度太高導(dǎo)致豆?jié){急劇沸騰后才能接觸到它，此時再關(guān)閉熬漿桶底部加熱盤為時己晚，豆?jié){必然溢出桶外。實際上豆?jié){早己沸騰，所以探頭無需過高。經(jīng)過多次試驗，探頭移至合適的位置后最終定型。(3)水箱加熱與否。該產(chǎn)品起初設(shè)置了水箱加熱的功能，此次調(diào)試也著重試驗了水箱加熱是否

42、必要。經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)，將水箱中的水加熱后打磨出來的豆?jié){并不如水箱不加熱的口感好。因此，設(shè)計上分了兩款產(chǎn)品，在用戶選型時根據(jù)地區(qū)溫度差異選擇是否具有水箱加熱功能的款型。還有一些問題，基本上均為實驗階段經(jīng)驗不足并可以通過大量實驗后避免的，幾乎沒有出現(xiàn)電氣方面類似于短路、過載等方面的問題。調(diào)試的結(jié)果說明整個控制系統(tǒng)在較長的工作運行時間內(nèi)表現(xiàn)出了較高的可靠性。六、總結(jié)與展望（一）總結(jié)分析本文根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有豆?jié){機(jī)的市場及發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計了一款以單片機(jī)為核心的商用豆?jié){機(jī)。首先從豆?jié){對人的益處為起點，提出了設(shè)計豆?jié){機(jī)的目的及意義;隨后從系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計方面分析研究了本課題設(shè)計的商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容，闡述了系統(tǒng)的原理、制漿工藝的流程以及實現(xiàn)的方法。其中，機(jī)械部分及各硬件電路部分器件的選購、設(shè)計、安裝和調(diào)試均在規(guī)定時間內(nèi)圓滿完成。 硬件設(shè)計包含了CPU芯片的選擇、時鐘電路的設(shè)計、存儲