家用豆浆机全自动控制装置毕业设计Word下载.docx

家用豆浆机全自动控制装置毕业设计Word下载.docx

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1设计思路与方案

1.1设计思路

由于以前的豆浆机，末将要过滤豆渣，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，针对这些情况开发家用豆浆机全自动控制装置。

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”建，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75度左右时，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20秒后停止转运，间歇10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。

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16次，豆浆加工完成，间歇10秒后发出音响信号。

1.2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1.2-1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。

图1.2-1方案1设计框图

方案2：

此方案由单片机、传感器、功能电路、煮沸检测电路、磨浆电路、加热控制电路、报警电路等组成。

如图1.2-2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75度左右时，停止加热，开始打浆；

打浆电机按间歇方式打浆：

图1.2-2方案2设计框图

1.3方案论证

如图1.2-1所示，工作过程，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“加热”键，开始加热，加热到一定温度后，开始磨浆，磨浆结束后，又加热直到豆浆沸腾煮熟，停止加热，发出柔和的报警声，提示豆浆已做好。

其缺点：

没有检查缺水、沸腾溢出。

如图1.2-2所示，与方案1相比，接通电源，蜂鸣器长鸣一声，提示已接通电源，指示灯LED亮，出于待命状态。

按下全自动启动键START，开始加热，温度达到75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。

弱豆浆机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。

如缺水，则关闭加热和马达，按下任何键不响应，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：

a.加工方式是全自动；

b.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造成的糊锅现象。

2单元电路设计

2.1传感器的设计与选用

2.1.1传感器的工作原理

金属导电是靠自由电子在电场作用下作定向运动，当温度升高时，自由电子的数目基本不增加，只有自由电子杂乱无章的动能增加了。

因此，在一定电场作用下，使自由电子做定向运动就会遇到更大的阻力，即电阻值增加了，而半导体参加导电的是载流子，由于半导体中的载流子数目要比原子的数目少几十倍到几百倍，所以在一般情况下它的电阻值很大。

当温度升高时，半导体中更多的价电子获得热能而激发，挣脱核束缚成为载流子，因而参加导电的载流子数目增加了，所以，半导体的电阻值随温度升高而急剧减小，且按指数规律下降，呈非线性。

2.1.2传感器的作用与组成

传感器由敏感元件、传感元件、测量电路和辅助电源四部分组成，如图2.1.2-1所示

图2.1.2-1传感器组成方框图

作用：

在工业生产自动化过程中，检测、坚实和控制温度、压力、流量、液位、PH等参数，以便设备工作在最佳状态，成本消耗最低，产品质量最高，同时，在生产过程中将各个环节的参数转为电信号，并与计算机接口，实现生产自动化。

2.1.3传感器设计与选用

◆传感器设计

家用豆浆机的串励电机工作转速可达到12Kr/S左右，大约一分钟时间便可将豆粒彻底粉碎。

但由于该电机不可长时间连续运转，为了提高工作效率，粉碎前需要将水温加热到75度左右，所以需要设计传感器来做测温计。

设计热敏电阻温度计的电路图如图2.1.3-1所示，取R2=R3,R1值等于测温范围最低温度（0℃）时热敏电阻的阻值。

R4是校正满刻度电流用的，取R4值等于测温范围最高温度（100℃）时热敏电阻的阻值。

测量时首先把S2接在R4端，改变W时微安表指示满刻度。

然后再把S2接在RT端，如果在0℃时，RT=R1，R3=R2电桥平衡，微安表指示为零。

温度越高，RT值越小，电桥越不平衡，通过表头的电流也就越大。

这样就可以用通过表头的电流来表征被测温度的高低。

图2.1.3-1热敏电阻温度计的电路图

◆传感器的选用

要测量壶中水的温度，需要体积小的温度计。

而热敏电阻传感器的结构简单，体积小，电阻率高，热惯性小，所以选用它作为家用豆浆机的测温计。

2.2单片机处理电路的设计及选用

2.2.1单片机处理电路的设计

随着科学技术的不断发展，采用单片机控制的产品已经十分普遍，涉及的领域也十分广泛，在家电领域中，豆浆机是以单片机为核心，在单片机控制下，完成加热到沸腾的工作。

2.2.2单片机的选用

单片机种类较多，实用较多的是MCS-52系列。

但美国Zilog公司的Z8系列单片机新颖、品种多，特别适合家电智能化和更新换代。

选用Z86E02单片机，内含512字节ROM，128字节RAM，18引脚，体积小，价格廉，特别适合小家电智能控制。

2.3缺水、沸腾溢出电路设计

2.3.1缺水、沸腾溢出电路的作用及组成

◆缺水、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

豆浆机缺水时干烧和沸腾一处等问题。

◆缺水、沸腾溢出电路由碳膜湿敏传感器、单片机和电阻组成。

2.3.2缺水、沸腾溢出电路工作原理

缺水、沸腾溢出原理如图2.3.2-1所示，PG是装在豆浆机壶底的参考地电极，经R10接地。

PW是装在搅拌壶中部的缺水检测电极，PF是装在搅拌壶的顶部的沸腾溢出检测电极。

正常工作时，PW和PG被水淹没，PW和PG之间电阻较大，与R7、R6共同对+5V分压，P3.1得到比P3.3高的电压，比较器1输出高电平，缺水时，PW露出水面，和PG之间电阻很小，与R7、R6共同对+5V分压，P3.1得到比P3.3低的电压，比较器1输出低电平。

用软件检测比较器1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PF远离水面，PF和PG之间电阻很小，与R9、R8共同对+5V分压，P3.2得到比P3.3低的电压，比较器2输出低电平。

豆浆沸腾时，泡沫淹没PF，PF和PG之间电阻很大，与R9、R8共同对+5V分压，P3.2得到比P3.3高的电压，比较器2输出高电平。

用软件检测比较器2的输出电平，便知豆浆是否沸腾溢出。

图2.3.2-1缺水、沸腾溢出检测电路

2.4报警电路设计

2.4.1报警电路的作用

报警电路的作用是通过蜂鸣器发出声音信号，提醒主人都将已经煮好了。

2.4.2报警电路的设计

声音信号电流从单片机的P2.4脚输入到三极管T4，使功率放大，以驱动蜂鸣器B2发出声音。

报警电路如图2.4.2-1所示：

图2.4.2-1报警电路图

2.4.3报警电路的工作原理

报警电路由单片机Z86E02、电阻R4、三极管T4与蜂鸣器B2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P2.4交自动输出一个高电平，通过电阻R4使三极管T4饱和导通，于是蜂鸣器B2发出报警声音，提醒主人加热完成。

2.5磨浆及加热电路设计

2.5.1磨浆电路的作用

磨浆电路的作用是通过电机，把黄豆搅拌成粉末。

2.5.2加热电路的作用

加热电路的作用是通过加热管，把搅拌成粉末的黄豆煮熟。

2.5.3磨浆及加热电路的设计

单片机输出电流经三极管放大，来驱动继电器闭合，使电机转动，把东西搅拌成粉粒。

同理，使加热管发热把东西煮熟，磨浆及加热电路如图2.5.3-1所示：

图2.5.3-1磨浆及加热电路图

工作原理：

磨浆及加热电路由继电器K1、K2，三极管T2、T3，电阻R15、R16、电容C6、C7以及二极管D1，单片机Z86E02组成。

当按下加热键HEAT时，赋给P0.0一个低电平，软件检测到P0.0变为低电平后，赋给单片机P2.6脚一个高电平，使三极管T2饱和导通，电流流过继电器K1，使K1闭合，于是电机得电开始打浆。

在系统程序控制下，打浆按间歇方式打浆。

电机运转20秒后，单片机P2.6脚变为低电平，使三极管T2截止，继电器K1断开，电机停止打浆，间歇10秒后，单片机P2.6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，单片机P2.6脚变高电平使三极管T3饱和导通，从而让继电器K2闭合，电阻丝R得电开始对豆浆加热。

2.6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及能否安全可靠的工作。

2.6.1电源的作用及组成

◆电源的作用

各种电子电路都要求用稳定的直流电源供电，由整流滤波器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经稳压电路进行稳压。

◆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。

稳压电源的组成方框图如图2.6.1-1所示：

图2.6.1-1稳压电源组成方框图

2.6.2电源技术指标

输入电压AC220V

输出电压DC5V

输出电流I01A

2.6.3稳压器的选用

嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能工作。

而设计者多习惯采用线性稳压器件（如78xx系列三端稳压器件）作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变MCU所需的工作电压。

这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”，其工作效率仅为30%~50%。

加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密封容器内的聚焦也加剧了MCU的恶劣工况，从而使嵌入式控制系统的稳定性变得更差。

而开关电源调节器则以完全导通或关断的方式工作。

因此开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%~90%。

在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。

开关稳压电源可大大减少散热片的体积和PCB板的面积，甚至在大多数情况下不需要假装散热片，从而减少了对MCU工作环境的有害影响。

采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是：

开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。

此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。

LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。

2.6.4电源工作原理

整个电源电路如图2.6.4-1所示。

接通电源后，220V交流电源变压器T1降压，得到+12V的交流电压，再经过整流滤波电路，得到+12V的直流电压，又经稳压器LM2576输出+5V电压给单片机供电。

图2.6.4-1电源电路图

3程序设计

3.1程序流图

主程序流图如图3.1-1所示。

接上电源，蜂鸣器长鸣一声（滴——，约1秒钟），提示已接通电源。

调缺水检测子程序，若缺水，则急促抱紧（滴，滴——），若有水则检测全自动启动按键START是否按下，若按下，则处理START程序；

若没按下，则检测加热键HEAT是否按下，若HEAT键按下，则处理HEAT程序，若没按下，则返回缺水检测程序，循环进行。

图3.1-1主程序流图

全自动启动键START程序流程图如图3.1-2所示。

接通搅拌马达电源，运转20秒，停10秒，共5次，保证马达间歇工作。

然后关闭马达，调缺水检测子程序，若缺水，则急促报警，关闭马达；

若有水，加热器通电加热。

检测是否沸腾溢出，若没有沸腾溢出，则返回缺水检测程序，若不缺水，继续加热；

若沸腾溢出，溢出小于16次，则加热停止20秒，避免豆浆继续溢出；

然后缺水检测程序，不缺水时，再加热。

若沸腾溢出达到16次，即第一次沸腾后，间断地加热约5分钟，保证豆浆完全煮熟。

最后发出“滴——，滴、滴”周期性柔和的双音报警，提示工作完毕，豆浆已做好。

图3.1-2START程序流程图

加热键HEAT程序流程图如图3.1-3所示，先调好缺水检测程序，若缺水，则报警，关加热器；

不缺水，继续加热；

若沸腾溢出，然后发出“滴——，滴，滴”周期性的双音报警，提示加热完毕。

图3.1-3HEAT程序流程图

3.2程序设计

◆主程序

ORG0000H

AJMPMAIN

ORP200H

MAIN:

ORLP2.4，#03H

MOVA,P2.4

LCALLAD;

调整水程序

JCSTART;

判断START按下了吗

JNZSTART;

有键按下

LCALLSTART;

调START程序

JCHEAT;

判断HEAT按下了吗

JNZHEAT;

LCALLHEAT;

调HEAT程序

SJMPMAIN

◆START子程序

START:

MOVA,START

LCALLD20S;

调运转20S子程序

LCALLD10S;

调停10S子程序

LCALLFLASA5;

调5次子程序

LCALLAD;

调测水程序

MOVA,P2.5

JCK;

判断沸腾溢出

JNZK;

有沸腾溢出则转移

LCALLAD

LCALLFLASA16;

调沸腾溢出16次子程序

JCFLASA16;

判断有16次了吗

JNZFLASA16;

有16次则转移

MOVIE,P2.5;

关加热器

LCALLDELAY;

调加热器子程序

MOVIE,P2.5

JNBFH,TT;

等待20S

DJN20H,TT;

判断20S定时到了吗

SETBFH;

20S到标志

◆HEAT子程序：

HEAT:

MOVA,HEAT

LCALLAD;

调检水程序

MOVA,P2.4

没沸腾溢出则调检水程序

4产品的制作与调试

4.1PCB板设计

印刷电路板（PCB）是电子产品中电路元件和器件的支撑件。

它提供电路元件和器件之间的电气链接。

随着电子技术的飞速发展，PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大。

要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设很重要。

4.2元器件项目表

表4.2-1元器件项目表

名称

个数

数值

变压器

1个

继电器

2个

三极管

3个

喇叭

稳压块（LM2576）

电解电容

CA-2PF

马达

100W

加热丝

800W

晶振

4MZ

单片机（Z86E02）

整流器

电容

4个

CD-47uF

CD-100uF

CD-470uF

电阻

8个

100Ω

1000Ω

500Ω

470Ω

200Ω

二极管（NP）

发光二极管

电感器

5uH

传感器（DS1820）

碳膜敏湿敏传感器

开关

4.3产品安装

制造电子产品，可靠与安全是两个重要因素，而零件的安装对于保证产品的安全可靠是至关紧要的。

任何疏忽都可能造成整机工作失常，甚至导致更为严重的后果。

第一点，安装的基本要求

◆保证导通与绝缘的电气性能

◆保证机械强度

◆保证传热的要求

◆安装时接地与屏蔽要充分利用

第二点，印制电路板上元器件的安装

◆元器件引线的弯曲成形

◆元器件的插装

4.4产品测试

◆在整机通电调试之前，各部件应该先通过装配检验和分别调试

◆检查确认产品的供电系统（如电源电路）的开关处于“关”的位置，用万用表等仪表判断并确认电源输入端无跑路或输入阻抗正常，然后顺序街上地线和电源线，插好电源插头，打开电源开关通电。

接通电源后，此时要观察电源指示灯是否点亮，注意有无异样气体，产品中是否有冒烟；

对于低压直流供电的产品，可以用手摸一下有无温度超常。

如有这些现象，说明产品内部电路存在短路，必须立即关断电源检查故障。

如果看来正常，可以用仪器仪表（万用表或示波器）检查供电系统的电压和纹波。

◆按照电路的功能模块，根据调试的方便，从前往后或者从后往前地依次把它们接通电源，分别测量各电路的工作点和其他工作状态。

◆当各级各块电路调试完成以后，把它们连接起来，测试相互之间的影响，排除影响性能的不利因素。

◆如果调试高频部件，要采取屏蔽措施，防止工业干扰或其他强电磁场的干扰。

◆测试整机的消耗电流和功率。

◆对产品进行老化和环境试验。

5结束语

在此次家用豆浆机全自动控制装置的毕业设计中，用到了电路原理、模拟电子技术以及单片机相关的知识，很好的把大学学到的理论知识转换到实践动手能力上。

经过多次反复测试表明，这款豆浆机使用方便，它能够对按键操作命令和无水干烧、加热溢出等现象实时做出判断和响应，整个工作过程流畅顺利，它的运行达到了最初的设计要求。

由于整个工作过程完全采用程序控制，可根据不同的硬件和要求，很容易通过调整相关的指令和时间常数等，实现最佳的运行效果。

在这次设计中，很好的把我大学学到的知识运用到实物中，提高了自己的动手动脑能力，以及应变突发状况的处理能力。

与此同时也使自己的不足凸显出来，大学学的理论知识不够扎实导致运用到实践中时不太灵活，而平时很少的动手实践也常常导致在设计中不知所措。

我相信通过这次的教训和心得对我未来的工作和生活将会有很大的帮助。

本次的设计也得到了老师和同学的大力帮助，由衷的感谢孙活老师和断恒利老师在此次课程设计中对我细心的指导，并在这个过程中，不厌其烦的为了解答问题并从侧面引导我去解决问题，不仅加深了对理论知识更深入了理解，而且也学到了更多的实践应用知识，提高了我的实践动手能力和独立思考的能力。

再一次感谢敬爱的老师以及在此次设计中给予我诚恳意见和帮助的同学们，没有你们的帮助我根本没办法这么顺利的完成这次设计，学到很多新的知识和一些无论在学习还是生活中都应该注意的小细节。

附录1：

PCB板图

附录2：

PCB板装配图

参考文献：

[1]薛永毅:

新型电源电路应用实例,北京电子工业出