豆浆机课程设计说明.docx

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豆浆机课程设计说明

1、设计目的………………………………………………………1

2、设计要求………………………………………………………1

3、总体设计………………………………………………………1

3.1总体框图……………………………………………………1

3.2工作原理……………………………………………………2

3.3主程序框图…………………………………………………3

4、各部分电路设计………………………………………………3

5、整体电路图……………………………………………………6

6、仿真及测试……………………………………………………6

7、设计总结………………………………………………………8

8、参考文献………………………………………………………9

9、附录……………………………………………………………9

1、设计目的

豆浆机是一种新型的家用饮用机，以黄豆为原料，直接加工成熟以饮用。

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。

用单片机设计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，豆浆机启动电机开始打浆，打浆过程中电机按间歇方式打浆。

打浆过后，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。

然后间歇加热，最后进行豆浆的防溢延煮后发出声音报警信号。

若缺水，则关闭加热器和电机，并发出报警声，直到关闭电源，加水后才能继续使用。

整个过程操作起来比较简单，但由于缺少相应的加热设备，设计方案只进行80℃以后，剩余操作部分的模拟仿真。

2、设计要求

1、利用单片机设计一个自动控制电路出来控制豆浆机的工作，让它控制豆浆机把容器中浸泡好的黄豆加工成煮好的豆浆。

2、当放入适量浸泡好的黄豆、加入适量的冷水，将豆浆机电源插头插入220V交流电源，豆浆机指示灯亮起、发热管开始对水进行加热，当水加热到80度左右，豆浆机停止加热，然后开始每粉碎15秒停5秒的粉碎过程。

在经过2分钟左右的烧煮，最后豆浆机发出提示音，即告豆浆加工结束；

3、注意：

在粉碎和烧煮的过程中，会产生较多的泡沫。

所以，这两个阶段存在加热与一出之间的一对矛盾，应有适当的解决方案。

3、总体设计

3.1总体框图

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。

如表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、报警电路等组成。

如表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。

打浆结束后对豆浆加热，豆浆温度达到一定值时，豆浆上溢。

设计时由于缺少加热设备以及仿真原件，我想到模拟传感器发出的上溢和干烧脉冲，当单片机检测到脉冲时，启动相应程序，以解决溢出和干烧状态时出现的不良问题。

当豆浆沫接触到防溢电极时，停止加热。

当机器内液面低于正常标准，即干烧状态，此时模拟脉冲发射以后，豆浆机发出急促的声音信号，以提醒主人，此刻出现的状况，防止豆浆因为缺水而变焦糊状。

此后电机继续运行2分钟，豆浆加工完成，发出间隔式的声音信号。

单片机

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方案二设计框图

3.2工作原理

方案一如表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。

方案二如表2所示，由单片机、电源电路、温度传感器、放干烧电路、防溢电路、打浆电路、报警电路等组成。

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。

论证后,我选择第二方案。

由于缺少相应的温度传感器及加热电路，现实设计与理想方案有部分偏差，比如：

温度传感器在实际仿真中不存在，于是改为一个按键式的脉冲发射器，模拟温度传感器达到所检测温度时发出的脉冲。

电机电路改为一个发光二级管，通过二极管的明暗来模拟电机的工作状态。

至于加热部分，在仿真中没有模拟，只是用电机的旋转来打浆，这一步在两个方案中均有缺失，比较而言，第二种方案较为完整。

其原因是:

能防止粉碎后煮浆时间过长所易造成的糊锅现象。

3.3主程序框图

表3总体设计框图

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，声音报警、电机、加热电路均是输出部分。

通电后，单片机启动加热器加热，

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。

此时设计体现出来的不同在于，防溢出检测电路和防干烧检测电路均可以由自身电路的按键复位，报警电路有两部分警报，一是防干烧时发出的急促警报，另一种是豆浆加热完成以后，发出的都将制作完毕警报。

两种警报发出的声音周期不同。

4、各部分电路设计

防溢出电路及防干烧电路的作用是：

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时溢出豆浆沫等问题。

理想设计是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。

由于仿真程序中缺少相应的传感器及探针等器件，体现在仿真中的检测电路是模拟脉冲发生器，按下按键时，产生类似豆浆溢出的脉冲，然后单片机读取相应程序，并执行电机停止转动的指令。

对于防干烧检测，也应该采用相应的传感器和探针设计，由于缺少相应器件，同时也为了节约成本，只采用了模拟脉冲发射装置。

仿真过程中，按下按键，单片机检测到干烧电路发出的高脉冲，蜂鸣器立即发出紧促的报警声，提示主人采取相应的措施。

不足之处是，此刻电机仍在运转。

所示电路如图1。

图1防溢出检测及防干烧检测电路

模拟电机工作的电路由发光二级管检测和发生，二极管的发光时代表电机正常运转，二极管熄灭时代表电机停止运转。

如图2所示。

图2模拟电机工作电路

报警电路的作用是通过蜂呜器发出声音信号，提醒豆浆已经煮好或者打浆过程中出现的突发事件。

声音信号电流从单片机的P2.3脚输入到蜂鸣器LSl发出声音。

报警电路由单片机AT89C51与蜂鸣器LS1、三极管放大电路组成。

通过事先编写的程序，在单片机的控制下，系统开始工作，当由于缺水而进入干烧状态时，通过P1.1管脚发出对应脉冲，单片机接收脉冲，同时P2.3管脚自动输出一个高电平，使蜂鸣器、三极管通电导通，于是蜂鸣器LS1发出报警，提醒主人此刻豆浆机进入干烧状态，应采取相应的停止措施；当加热完成后，单片机P2.3脚自动输出一个高低平，使蜂鸣器、三极管通电导通，于是蜂鸣器LS1发出报警，提醒豆浆加热完成。

报警电路的具体线路，见图3。

图3报警电路

前边提到，由于仿真元器件库中没有相应的传感器原件，只能用脉冲模拟80℃以后，豆浆机的工作状态。

所以仿真时通过下拉电阻模拟传感器检测到的80℃脉冲信号，通过接入P3.5引脚，来实现单片机相关程序的调动，这个设计方法在比较方案中简单易行，缺点就是实际操作部分不是太完全。

这也是设计实现的一个关键步骤，只有检测到此温度下的脉冲，单片机才能工作，所以此部分由图4代替。

图4模拟到达80℃温度的脉冲电路

5、整体电路图

整体的电路图（图5）实现了部分设计要求，由于能力和器材所限，没有探讨更深层次的设计方案，基本的一些功能已经实现。

图5整体电路图

6、仿真及调试

由于各个模拟量建立在豆浆已经加热到80℃左右时发生。

所以，仿真模拟的是80℃以后电机打浆、防溢出检测、防干烧检测、报警信号以及整体的工作状态。

在建立仿真电路时，由于缺少相应的元器件，我采用了等量的发生结果，所有的检测装置都模拟为脉冲发生装置，以此来模拟整体电路的工作。

调试时，由于对豆浆机运转过程中出现的突发事件，例如豆浆沫溢出时容易污物，加水少时豆浆容易出现焦糊，影响饮用等等。

所以程序中出现很多状态标志位，以区分不同状态下豆浆机的运行状态和处理方式。

在实物制作及测试中由于出现未知错误，没能实现电路应该具备的功能。

不过由于仿真的实现符合预期，整个调试过程还是进行的比较顺利。

以下是仿真进行时的部分电路。

其中图6是运行状态下的所有电路状态。

其中红色表示高电平，蓝色表示低电平。

单片机中具体的指令安排详见附录中的程序清单。

图6运行中的整体电路

按下溢出检测时的电路如图7所示，按下溢出检测电路中的按键，电机停止工作，也就是发光二极管熄灭。

当按键复位时，电机接着运转，每搅拌15秒，停5秒，如此反复，直到程序中规定的时间到达，电机停止转动。

图7运行时按下溢出检测键，电机停止工作

图8运行时按下防干烧检测电路，发出警报

7、设计总结

此次课程设计要求我们在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。

这次课程设计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。

通过这两个多星期的学习，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。

这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

刚开始的时候，大家就分配好了各自的题目，并且经常聚在一起讨论各自的设计，我们的交流帮我解决了很多的问题，是同学们给了我帮助。

在课程设计中一人独立设计、制作是远远不够的，大家的交流讨论能帮助自己解决很多实际的问题。

相互交流讨论是我们成功的一项非常重要的保证。

虽然这只是一次的比较简单的制作（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。

过程虽然很辛苦，但苦中仍有乐，和同学们一起做课程设计的这些日子里，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几个周的共处，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。

这个工程确实很累，但当我们做完所有设计和仿真时，当我们连好线，按下按钮，LED亮了起来，喇叭响起时，我觉得那是我一生以来听过的最好听的声音。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加重要。

在此要特别感谢指导老师对我们的指导，在此向老师说一声，老师您辛苦了！

当然也要感谢同学们给予我的帮助。

在老师的启发和我们的共同努力下，才能顺利完成课程设计。

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。

8、参考文献

[1]《单片机原理及应用》杨恢先、黄辉先等人民邮电出版社，2007.01

[2]《PROTEUS入门实用教程》周润景，张丽娜等机械工业出版社，2007.09

[3]《新编单片机原理及应用》潘永雄科技大学出版社，2003.02

[4]《单片机技术应用》朱运利机械工业出版社，2005.07

[5]《电子技能与实训》张大彪电子工业出版社，2004.07

[6]《微机控制技术及应用》韩全力，赵德申等机械工业出版社，2004.01

[7]《数字电子电路》阎石高等教育出版社，1993

九、附录

程序清单：

#include

sbitIN1=P1^0;//检测高液面

sbitIN2=P1^1;//检测低液面

sbitdian_ji=P1^4;//继电器控制电机端口

sbittem=P3^5;//温度传感器接口

sbitBEEP=P2^3;

Unsignedcharm=0,m1=0,m2=0,n=0,finish_flag=0,yunxing_flag=0,di_flag=0,gao_flag=0,shaozhu_flag=0;

voidinit_t0（）

{

TMOD=0x01;

TH0=（65535-50000）>>8;

TL0=（65535-50000）&&0xFF;

ET0=1;

EA=1;

}

voidt0_srv（）interrupt1

{

TH0=（65535-50000）>>8;

TL0=（65535-50000）&&0xFF;

m++;

if（m==20）//1秒钟

{

m=0;

m1++;

m2++;

}

}

voidmain（）

{

init_t0（）;

TR0=1;

BEEP=0;

dian_ji=1;

while

（1）

{

tem=1;

if（tem==0）//温度达到80度

{

dian_ji=0;//打开电机

yunxing_flag=1;

shaozhu_flag=1;

}

IN1=1;

if（（IN1==0）&&（yunxing_flag==1）&&（gao_flag==0））//检测到液面溢出停止运转

{

dian_ji=1;

yunxing_flag=0;

gao_flag=1;

}

if（gao_flag）

{

if（IN1==1）

{

dian_ji=0;

yunxing_flag=1;

shaozhu_flag=1;

gao_flag=0;

}

}

IN2=1;

if（（IN2==0）&&（yunxing_flag==1）&&（di_flag==0））//检测到液位低发出警报

{

yunxing_flag=0;

di_flag=1;

}

if（di_flag）

{

if（IN2==1）

{

dian_ji=0;

yunxing_flag=1;

shaozhu_flag=1;

di_flag=0;

}

}

if（di_flag）

{

if（m==10）

{

m=0;

BEEP=~BEEP;

}

}

if（（m1==15）&&（yunxing_flag==1））

{

m1=0;

dian_ji=1;

yunxing_flag=0;

}

if（（m1==5）&&（yunxing_flag==0）&&（finish_flag==0）&&（gao_flag==0）&&（shaozhu_flag==1））

{

m1=0;

dian_ji=0;

yunxing_flag=1;

}

if（m2==120）//烧煮2分钟

{

m2=0;

dian_ji=1;

yunxing_flag=0;

finish_flag=1;

}

if（finish_flag）

{

if（n<20）

{

if（m2==1）//蜂鸣器以2s为周期间断鸣响

{

m2=0;

BEEP=~BEEP;

n++;

}

}

else

BEEP=0;

}

}

}