智能豆?jié){機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、智能豆?jié){機控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要 豆?jié){是我國人民喜愛的飲品。傳統(tǒng)豆?jié){的制作方法是先將黃豆用水浸泡變軟，然后用石磨磨漿、過濾，再把過濾好的漿煮熟即可做好了。因為豆?jié){是我們傳統(tǒng)的飲品，我們要將它繼承下去，但現(xiàn)代生活的我們不可能都會自己用石磨去磨豆?jié){，那么如何在這個快節(jié)奏的電氣時代不失去傳統(tǒng)飲食呢，那就是豆?jié){機的誕生。傳統(tǒng)的豆?jié){機是先加熱再打磨，且打磨與加熱不能同時進行，這樣會花費很長的時間。最近在市場上發(fā)現(xiàn)一種快速高效的豆?jié){機，做好一杯豆?jié){只需3分鐘左右，但當你品嘗這杯豆?jié){時你會有股糊的味道。那么有沒有一臺豆?jié){機能夠既省時，且做出的豆?jié){又美味呢，在目前市場上還沒發(fā)現(xiàn)。所以我本著繼承傳統(tǒng)豆?jié){的口味，又要

2、符合現(xiàn)代生活快節(jié)奏的目的，設(shè)計一款既高效又美味的豆?jié){機。本設(shè)計是在傳統(tǒng)豆?jié){機基礎(chǔ)上的改進，主要改進措施是在打漿的同時繼續(xù)加熱，并且在開始加熱時用大功率加熱，加熱時還會主動開啟消泡裝置，這三點可以節(jié)省大量時間，整個過程在十分鐘左右；同時在加熱的過程中會最終將大的加熱功率轉(zhuǎn)換為小功率進行文火加熱，以保證豆?jié){的美味。 關(guān)鍵詞：豆?jié){機，單片機，省時 Abstract Soybean Milk is our country peoples favorite drink. The traditional production method is to Soybean Milk soybeans soake

3、d in water become soft, and then use the stone grinding, filtering, and the filtering the slurry can be cooked well.Because Soybean Milk is our traditional drinks, we will continue, but modern life we may not have their own stone to grind Soybean Milk, how the age of electricity in this fast-paced w

4、ithout losing the traditional diet, that is Soybean Milk machine was born.Soybean Milk machine is first heated and then the traditional grinding, and polishing simultaneously with the heating can not, it would take a long time.A Soybean Milk machine rapidly and efficiently found recently in the mark

5、et, make a cup of Soybean Milk only about 3 minutes, but when you taste this cup Soybean Milk you will share the flavor of paste.Is there a Soybean Milk machine can save time, and make Soybean Milk and delicious, in the current market havent found. So I in the inheritance of the traditional Soybean

6、Milk taste, but also accord with the fast pace of modern life, to design an efficient and delicious Soybean Milk machine.The design is improved in the traditional Soybean Milk machine, the main measures is to continue heating in beating at the same time, and with the large power heating at the begin

7、ning of heating, heating will take the initiative to open a defoaming device, these three points can save a lot of time, the whole process in ten minutes left and right; at the same time will finally be a heating power high conversion for small power heating in the heating process, to ensure Soybean

8、 Milk delicious. Keywords: Soybean Milk machine, single chip, time-saving目錄摘 要-1Abstract-2 第一章 緒 論-31.1引言- 31.2原理- 3第二章 設(shè)計方案與實現(xiàn)功能-42.1設(shè)計思路- 42.2實現(xiàn)功能- 5第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計-53.1單片機的選擇- 53.2溫度檢測電路的設(shè)計- 6 3.2.1 DS-18B20數(shù)字溫度傳感器介紹- 6 3.2.2 電路設(shè)計-73.3加熱電路的設(shè)計- 73.4 電機電路設(shè)計-83.5 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計-93.6防干燒及防溢出電路的設(shè)計- 103.7報警電路的設(shè)

9、計- 113.8復(fù)位電路的設(shè)計- 123.9時鐘電路和按鍵電路設(shè)計- 13第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計- 134.1編程思路- 13結(jié)論-15參考文獻-17附錄：豆?jié){機控制系統(tǒng)硬件圖-18第一章 緒論1.1引言豆?jié){機是一種新型的家用飲用機，以黃豆為原料，可以直接加工出可口的熱豆?jié){飲品。豆?jié){機由粉碎黃豆的電機、豆?jié){機加熱器和控制電路三大部分組成。用AT89S52單片機研制的智能豆?jié){機的控制系統(tǒng)，當放入適量泡好的黃豆，加入適量的冷水，把豆?jié){機的電源插頭插入220V交流電源，豆?jié){機指示燈亮起，按下按鈕，先對豆?jié){機進行水位放干燒檢測，符合要求后加熱管開始對水進行加熱，當水溫達到80左右，停止加熱，啟動電機開

10、始粉碎，電機按間歇方式粉碎。并在間隙同時加熱，粉碎過后，繼續(xù)對豆?jié){加熱，當豆?jié){沫接觸到防溢電極時，停止加熱，并蜂鳴報警，當液位下降，則繼續(xù)加熱。在粉碎的處理上采用了正反8次粉碎過程，一般情況下，可完全保證黃豆和其他谷物被徹底粉碎，此后再進行最后的加熱，豆?jié){就加工完成了。在豆?jié){機的工作過程中若缺水，則會關(guān)閉加熱器和電機，并發(fā)出報警聲，加水后才能繼續(xù)使用。由此可見，智能豆?jié){機只要按下啟動按鍵并選擇自動功能后，豆?jié){機就開始工作，一會兒就能喝到美味又營養(yǎng)的豆?jié){。整個過程由單片機全自動控制，并全程進行安全檢測，讓你用起來更加的方便、更加的安全。1.2 原理本智能豆?jié){機控制系統(tǒng)設(shè)計原理如下圖所示:第二章

11、設(shè)計方案與實現(xiàn)功能2.1設(shè)計思路我們設(shè)計的智能型豆?jié){機主要由電機、加熱管、水位傳感器，感溫探棒、防溢電極、單片機控制面板、控制按鈕以及聲光報警器件等幾部分組成。電機負責粉碎打漿,加熱管進行加熱煮漿,感溫探棒進行水溫測量,水位傳感器進行水位測量，防溢電極防止豆?jié){加熱溢出,采用蜂鳴器和雙色燈進行聲光報警,控制面板根據(jù)命令和輸入狀態(tài)信號,模糊控制各個部件按程序進行加熱、粉碎等系列工作全自動完成。我們確定了以下設(shè)計方案: （1）上電后對水位進行判斷,防止添水過多或干燒;在整個工作過程中,對水位實時檢測,嚴防無水干燒。全過程處于無水報警，停止工作狀態(tài)：在加熱、粉碎、自動工作期間，任何時刻提起豆?jié){機，都會

12、停止工作并報警。當重新將豆?jié){機放入水中后，回復(fù)以前工作狀態(tài)。(2)粉碎。串勵電機工作轉(zhuǎn)速可達到12kr/s左右,1min時間便可將豆粒徹底粉碎。但由于該電機不可長時間連續(xù)運轉(zhuǎn),所以粉碎時間分為4個15s完成,間歇停機15s。前7s正轉(zhuǎn)，后8s反轉(zhuǎn)。為了提高工作效率,充分利用粉碎間歇時間進行豆?jié){加熱。（3）加熱。加熱分為“粉碎前預(yù)加熱”、粉碎間歇加熱”和“煮漿加熱”三個過程?！爸鬂{加熱過程”即粉碎后加熱的沸騰，間隔2分鐘后再加熱?！胺鬯榍邦A(yù)加熱”是將水溫加熱至80,縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰的時間,防止粉碎后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現(xiàn)象,此外還有出漿率高、豆?jié){口味更佳的效果。當豆?jié){產(chǎn)生的泡沫碰到

13、防溢電極時，轉(zhuǎn)為降功率加熱，結(jié)束并報警。(4)命令輸入。命令輸入采用“啟/停”、加熱”、粉碎”三個按鍵。豆?jié){機接通電源后或停止狀態(tài)下按“啟/?！辨I進行全自動工作,按“加熱”鍵則進行單獨加熱5min操作,按“粉碎”鍵則進行單獨粉碎15s操作;在全自動、單獨加熱或單獨粉碎等工作過程中,若按“啟/?！辨I將停止一切操作,恢復(fù)到起始狀態(tài)。(5)聲光報警。為了便于人們監(jiān)測整個工作過程,在工作狀態(tài)切換時,有紅綠燈的顯示和蜂鳴提示,工作完畢聲光報警十次。工作過程中如有危險操作,也進行聲光報警。(6)采用軟硬件抗干擾技術(shù),提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。硬件上主要是采用濾波電路抑制干擾源,WDT監(jiān)控電路防止因干擾造成的程

14、序錯亂和死機現(xiàn)象。軟件上主要采用填碼技術(shù)、指令冗余技術(shù)、設(shè)置模塊入口標志和智能恢復(fù)現(xiàn)場等技術(shù)配合硬件增強系統(tǒng)的抗干擾能力。 自檢模式：同時按下“加熱”“粉碎”鍵，持續(xù)2秒鐘以上，進入自檢模式。蜂鳴器、指示燈同時鳴叫、閃爍3次，每次間隔0.5秒，然后指示燈常亮，加熱1秒，降功率加熱1秒，電機工作1秒后，全部停止。報警方式為蜂鳴器、指示燈同時鳴叫、閃爍，每次間隔1秒。2.2 實現(xiàn)功能整體有3種操作，分別為：單獨加熱，單獨粉碎和自動，其中自動設(shè)計流程為：1.先將黃豆和水加熱到80度。2.停止加熱，開啟電機進行粉碎，粉碎時間分為4個15s完成,間歇停機15s。前7s正轉(zhuǎn)，后8s反轉(zhuǎn)。為了提高工作效率,

15、充分利用粉碎間歇時間進行豆?jié){加熱。3.電機停止，繼續(xù)加熱， 4.完成豆?jié){制作，并有蜂鳴提醒用戶功能。由于沒有防溢電極，采用開關(guān)來模擬，并在第一次和第二次加熱之前，閉合開關(guān)，模擬防干燒，在第三次加熱時閉合開關(guān)模擬防溢出。并在全過程用溫度傳感器反饋溫度。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1單片機的選擇AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位

16、中央處理器和ISP Flash存儲單元，AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。主要性能特點：1、4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器； 2、128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）； 3、32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口； 4、5個中斷優(yōu)先級、2層中斷嵌套中斷； 5、6個中斷源； 6、2個16位可編程定時器/計數(shù)器； 7、2個全雙工串行通信口； 8、看門狗（WDT）電路； 9、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 10、與MCS-51兼容； 11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz； 12、三級程序存儲器保密鎖定； 13、可編程串行通道； 14、低功耗的閑置和掉電模式。 3.2

17、 溫度檢測電路設(shè)計當豆?jié){機正常工作時，需要先加熱到80左右的溫度，然后停止加熱繼續(xù)下一步的工作，所以這就需要一個溫度傳感器來檢測水溫，這里我選用的是DS-18B20數(shù)字溫度傳感器來模擬。其具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。3.2.1 DS-18B20數(shù)字溫度傳感器介紹 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳T0-92小體積封裝形式，溫度測量范圍為-55度到+125度，可編程為9位-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625度，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出。 主機控制DS18B20完成溫度

18、轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。本程序僅掛接一個芯片，使用默認的12位轉(zhuǎn)換精度，外接供電電源，讀取的溫度值高位字節(jié)送WDMSB單元，低位字節(jié)送WDLSB單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號位，經(jīng)過簡單的變換即可得到實際溫度值。3.2.2 電路設(shè)計 由于獨特的一線接口，只需要一條口線通信，DS18B20可以使用外部電源VDD，也可以使用內(nèi)部的寄生電源。當VDD端口接3.0V5.5V的電壓時是使用外部電源；當VDD端口接地時使用了內(nèi)部的寄生電源。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。電

19、路圖如圖3.2所示圖3.2 3.3 加熱電路的設(shè)計加熱電路的作用是通過加熱管把磨成粉末的黃豆煮熟，本設(shè)計使用的加熱器的功率為1000W，單片機輸出電流經(jīng)三極管放大，來驅(qū)動繼電器閉合，使加熱管發(fā)熱把豆?jié){煮熟，當單片機工作時，賦給P3.0一個高電平，使三極管Q2飽和導(dǎo)通，電流流過繼電器RL1，使觸點閉合，于是加熱管通電開始對水加熱，當溫度達到80度時，溫度傳感器將溫度信號傳給單片機，單片機檢測到這個信號后，使P3.0腳變?yōu)榈碗娖剑龢O管Q2截止，繼電器觸點斷開，電阻停止加熱。在實驗中由于沒有加熱管，將用指示燈來代替加熱管。電路圖設(shè)計如圖3.3 圖3.33.4 電機電路設(shè)計 豆?jié){機的磨漿是通過電機把

20、黃豆攪拌成粉沫，電機選用的是步進電機來模擬，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。 步進電機必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。步進電機的主要特性：1 步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)，驅(qū)動型號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候， 步進電機靜止，如果加入適當?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。2本步進電機的步進角度為7.5度，一圈360度，需要48個脈沖完成。3 步進電機有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。4 改變脈沖的順序，可以改變轉(zhuǎn)

21、動的方向。在電路的設(shè)計中，我們將用到uln2003來驅(qū)動，驅(qū)動端口位P1.0,P1.1,P1.2,P1.3。驅(qū)動器控制電機轉(zhuǎn)動，使其完成4個15s的粉碎過程,間歇停機15s。前7s正轉(zhuǎn)，后8s反轉(zhuǎn)。電路設(shè)計圖如下：3.5 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計在單片機系統(tǒng)中，常常用LED數(shù)碼數(shù)碼管顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。在本豆?jié){機控制系統(tǒng)中我們采用的是74LS47和38譯碼器來實現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。 在本系統(tǒng)中：為了簡化程序，采用了74LS47和74LS138.即P0口的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3四個端口接到74ls47進行

22、硬件數(shù)碼管譯碼，然后輸出到數(shù)碼管部分的數(shù)據(jù)口。P0.4,P0.5,P0.6三個端口接到74ls138進行38譯碼，然后輸出到數(shù)碼管的位控制口。電路設(shè)計圖如圖3.5 圖3.53.6防干燒及防溢出電路的設(shè)計 防干燒及防溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來控制自動豆?jié){機缺水時干燒及沸騰溢出等問題。這里采用開關(guān)S5,S6模擬傳感器來檢測干燒及沸騰溢出，分別與單片機的P3.3,P3.4連接，用開關(guān)的閉開模擬高低電平，這樣就可以通過單片機檢測電平的高低來檢測干燒及沸騰時的溢出狀態(tài)。電路圖設(shè)計如下圖3.4圖3.4這里當S5閉合時，給單片機一個高電平信號，表示豆?jié){溢出，開關(guān)打開時表示正常沒有溢

23、出。同理，當S6閉合時，輸入高電平表示干燒，開關(guān)打開時表示正常。3.5報警電路的設(shè)計在豆?jié){機控制系統(tǒng)的設(shè)計中，我們設(shè)計了當豆?jié){機干燒和豆?jié){制作完成兩種情況的蜂鳴報警，聲音信號電流從單片機的P3.2腳輸入到蜂鳴器發(fā)出聲音，通過事先編寫的程序，在單片機的控制下，系統(tǒng)開始工作，當上述兩種情況中的一種發(fā)生時，單片機P3.2腳自動輸出一個高平，使蜂鳴器通電導(dǎo)通，于是蜂鳴器發(fā)出報警，提醒用戶。圖3.53.6復(fù)位電路的設(shè)計整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（RST）送斯密特觸發(fā)器，再有片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的S5P2時刻對斯密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需的信號

24、。本設(shè)計中我們使用的是上電自動復(fù)位，其是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。電路圖如圖3.6.3.7時鐘電路和按鍵電路設(shè)計89S51單片機內(nèi)部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制單元（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。振蕩器的工作頻率一般可達0-40MHz，C1和C2雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小影響振蕩器振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇范圍在10-30pF。按鍵電路是通過+5V和三個接在P3.5口、P3.6口、P3.7口連接形成通路，按

25、鍵按下時，單片機接口產(chǎn)生高電平，單片機通過軟件檢測電平就可以知道是什么功能。設(shè)計電路圖如圖3.7 圖3.7第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1編程思路豆?jié){機控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計 通電報警，停止初始化加熱停止有自動停啟鍵嗎有干燒嗎單獨加熱有鍵否有鍵否加熱5分鐘，停止加熱報警，停止有干燒嗎單獨轉(zhuǎn)動有自動停啟鍵碼自動停啟電機停止報警有干燒嗎由鍵否正反轉(zhuǎn)15s后停轉(zhuǎn)加熱到80度后停止加熱電機正反轉(zhuǎn)15s加熱15s電機轉(zhuǎn)了4次嗎報警有干燒嗎加熱有溢出嗎停止加熱1分鐘加熱1分鐘到5分鐘嗎報警，停止，豆?jié){煮好先上電初始化，然后檢測水位，如果水位過低則，由報警，聲光報警電路發(fā)出聲光提示主人。正常工作三種方式，第一種單

26、獨加熱，第二種單獨轉(zhuǎn)動，第三種自動停啟，通過按鈕實現(xiàn)，分別對應(yīng)p3.5,p3.6,p3.7口若執(zhí)行第一種方式，p3.0開啟，開始加熱，加熱5分鐘后，加熱結(jié)束，在此過程中，若有自動停啟鍵被按下，則停止加熱，結(jié)束若執(zhí)行第二種方式，啟動電機，正反轉(zhuǎn)動15s，大約正反個3圈，停止轉(zhuǎn)動，在此過程中若有自動停啟鍵被按下，則停轉(zhuǎn)動加熱，結(jié)束若執(zhí)行第三種方式，則開始對豆?jié){機的冷水進行加熱，當加熱到80以后，則停止加熱，開始進行打漿程序，打15秒停15秒，按這樣的方式循環(huán)4次，檢測水位，若干燒，則報警并停止程序，否則，繼續(xù)程序，打漿程序結(jié)束后開始進行對面漿進行再加熱，加熱5分鐘待溢出，溢出后自動進入防溢延煮程序

27、，加熱1分鐘，停止1分鐘，直到結(jié)束。豆?jié){加工完成后，單片機發(fā)出報警提醒主人豆?jié){煮好。但因為我的水平有限，此電路中也存在著一定的問題，比如說三端集成穩(wěn)壓器會產(chǎn)生熱損失，溫度傳感器NTC溫度傳感器在本設(shè)計中只是檢測了一個溫度，當溫度達到80度時單片機進行下一步工作，在這里沒有充分的利用它的功能及優(yōu)點?？傊?，此設(shè)計以單片機AT89C51作為核心的控制元件，配合其他器件，使豆?jié){機的控制系統(tǒng)縣有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加工經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。結(jié)論課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練

28、和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機已經(jīng)成為當今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為機電的大學(xué)生來說掌握單片機的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設(shè)計，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在接近三個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過