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1、|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 .22.4 设计参数.22.5 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
2、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
3、 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
4、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
5、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。|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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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.
12、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
13、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
14、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
15、 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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、=1.ll*l.5=1.67A.变压器的容量：2/1U1/0S=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
22、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。