单片机控制豆浆机设计.docx
- 文档编号:28682526
- 上传时间:2023-07-19
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:405.27KB
单片机控制豆浆机设计.docx
《单片机控制豆浆机设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机控制豆浆机设计.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单片机控制豆浆机设计
单片机控制的豆浆机设计
摘要
本文介绍的智能豆浆机系统由AT89C52系列单片机、DS18B20温度传感器、加热电路、防溢电路、打浆电路、报警电路等组成,豆浆生产完全自动化。
其工作过程是:
先将黄豆放入豆浆机内,内倒入适量的水,装好机头。
接上电源,指示灯LED亮起,处于待命状态。
按下功能键开始加热,当温度达到80℃左右时,停止加热;电机运转,将黄豆粉碎,而后电机停转,又开始加热,直到豆浆第一次沸腾,停止加热,进入防溢延煮过程,防溢延煮后,发出报警声,提示豆浆已做好。
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。
豆浆生产的工序包括打浆、煮浆、防溢延煮,而三个工序又密切配合,使生产的豆浆味道更好,不同的豆浆种类,打浆和煮浆的时间和次数都不一样。
磨浆前进行预加热,既可以提高工作效率,又缩短煮浆的时间,防止磨浆后煮浆时间过长易造成糊锅现象。
关键词:
豆浆机,控制系统,单片机,稳压电源,温度传感器
THEDESIGNOFSOYBEANMILKMACHINECONTROLLEDBYSINGLE-CHIPMICROCOMPUTER
ABSTRACT
ThisarticledescribesthesystemconsistsofIntelligentSoymilkAT89C52seriesmicrocontroller,DS18B20temperaturesensor,heatingcircuit,anti-overflowcircuit,beatingcircuits,alarmcircuitsandothercomponents,milkproductionandfullyautomated.Theworkingprocessis:
firstsoybeansintosoybeanmilkmachine,theinsideintotheamountofwater,installagoodnose.Connectthepower,LEDindicatorlightsonstandby.Pressthefunctionkeytostarttheheating,whenthetemperaturereachesabout80℃,stopheating;motorisrunning,thesoybeancrush,andthenthemotorstopped,theybegantoheatuntilboilingmilkforthefirsttime,stopheating,cookingprocessextendedintothespill,extensionofboiledanti-overflow,analarmsound,suggestingthatsoymilkisready.Ifthewater,turnofftheheaterandmotor,andthealarmwillsounduntilthepoweroff,addwatertocontinueusing.Milkproductionprocess,includingbeating,boilingsyrup,anti-boiledoverflowextension,whilethethreeprocessesandcloselywiththemtotheproductionofmilktastebetter,differenttypesofmilk,beatingandcookingtimeandnumberofpulpisnotthesame.Pre-heatingbeforetherefiner,canenhancetheworkefficiency,andshortenthecookingtimeofslurrytopreventthelongcookingtime,aftergrindingthepastepotcouldeasilyleadtothephomenon.
KEYWORDS:
soybeanmilkmachine,controlsystem,seriesmicrocontroller,powersupple,temperaturesensor
目 录
前 言
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,有安全快捷。
近年来计算机在社会上的运用越来越广泛,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系统,因为它具有功能强,体积小,能耗小,价格单一,工作可靠,使用方便等特点,因此,单片机越来越广泛的应用于自动控制,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,单片机往往是作为有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。
本文介绍的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,豆浆机进行启动电机开始打浆,打浆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光报警信号。
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。
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。
第1章绪论
1.1设计原理
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、防烧干电路、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。
图1-1设计原理图
第2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都将熬煮也要自己动手,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方案选定
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。
如表2-1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。
表2-1方案设计框图
2.3方案论证
此方案由单片机、电源电路、温度传感器、防烧干电路、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。
第3章豆浆机控制系统的功能分析
3.1豆浆机控制系统的硬件分析
豆浆机的控制系统以单片机AT89C52为控制核心,结合控制传感器加热及打浆电路,防干烧电路及防溢电路,声光报警等控制,达到只要启动豆浆机以后,所有的控制过程都实现完全自动化的目的。
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,开始时需要把水加热到80℃,这就需要一个温度传感器,这里采用DS18B20温度传感器,因为它灵敏度高、反应快,只是因为该温度传感器采用模拟量测量过,需要A/D转换。
由于豆浆机需要使用防干烧电极防止出现干烧情况,所以这里采用一个探针来代替传感器。
给豆浆机加热完毕后,需要启动电机开始打浆,这里选用单相串联激励式电机,因为串联激励式电机具有机动转矩大、过载能力强、体积小、重量轻等很多优点,并且改类型电机在家用电器使用很普遍。
当打完浆后,需要对豆浆再次加热,这里就用到防溢的装置,与防干烧装置一样,沸腾溢出装置同样采用探针来替代了传感器。
对豆浆防溢延煮后,预示着豆浆加工完成了,最后发出声光报警信号,这里选用一个报警器和发光二极管。
3.2豆浆机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,及插上电源、按下启动按钮并且选择功能后,如果选择(干豆),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。
启动电机高速旋转打浆,打浆共6次,每次20秒,间隔10秒。
打浆结束后,电加热器继续加热,一直加热到豆浆第一次沸腾。
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,是豆浆反复煮沸,充分煮沸并防止溢出。
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。
如果选择(湿豆),并且没有出现水位过低的情况,就启动加热装置对水加热,但水温达到了80℃左右,豆浆机停止加热。
启动电机高速旋转打浆,打浆共4次,每次15秒,间隔10秒。
打浆结束后,电加热器继续加热,一直加热到第一次沸腾。
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。
第4章豆浆机控制系统的硬件设计
4.1单片机的选用
4.1.1单片机的选择
单片机的种类较多,本设计选用的是AT89C52芯片控制,AT89C52是由一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为提供许多较复杂系统控制应用场合。
4.1.2AT898C52的主要功能参数
AT89C52主要参数:
兼容MCS51指令系统;8K可反复擦写(>1000次)FlashROM;32个双向I/O口;256x8bit内部RAM;3个16位可编程定时/计数器中断;时钟频率0-24MHz;2个串行中断,可编程UART串行通道;2个外部中断源,共6个中断源;2个读写中断口线;3级加密位;低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能。
AT89C52的引脚功能:
AT89C52是40脚双列直插封装的8位通用微处理器;采用工业标准的C51内核;在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同;其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及主板CPU通信等。
AT89C52的引脚图如图4-1所示,主管脚有:
XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz晶振。
RST/Vpd(9脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。
VCC(40脚)和VSS(20脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0端口(32~39脚)被定义为N1功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13脚定义为IR输入端,10脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口,12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
图4-1单片机AT89C52的引脚图
在本设计中温度传感器,磨浆及加热电路,沸腾检测电路及报警电路等和单片机连接时,只用了P1和P3口,首先通过单片机中的CPU将P1.6口变成高电位,使发光二极管D4发光显示,以示电源电路正常,单片机开始工作。
在对水位进行检测时,P1.0和P1.1都是作为输入端,单片机的CPU就是通过检测这两个端口的高低电位来对水位和沸腾溢出进行检测的。
加热时,因为温度传感器为单线智能数字传感器,P1.5口只是作为常用的输入端口和CPU进行数字传输。
当进行加热和打浆时,P3.0和P3.4作为输出端口,与三极管组成一个驱动控制电路,当程序给一个加热或打浆信号时,这两个端口相应的变成高电位使三极管饱和导通继而驱动继电器工作。
报警电路和单片机端口组合时,单片机的端口同样也是作为一个输出端口来使用的。
4.2电源电路的设计
4.2.1电源的作用
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。
因为各种电子电路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压电路进行稳压。
4.2.2变压器容量、整流二极管的计算与选择
整个电源电路如图4-2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,送给三端集成正的输出稳压器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,作为单片机的工作电源,以保证单片机工作时的稳定和可靠。
图4-2浆机控制系统的电源电路
4.2.3桥式整流电路简介
桥式整流器是利用二极管的单项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4-3,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。
如此重复结果在R上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整流电路小一半。
桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。
半波整流利用二极管单向导通特性,在输入为标准正弦波的情况下,输出获得正弦波的正半部分,负半部分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管,两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通,得到正的输出;输入正弦波的负半部分时,另两只管导通,由于这两只管脚是反接的,所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
图4-3式整流电路图
4.2.3稳压器的选用
集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。
由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显著优点,在各种电源电路中得到了普遍的应用。
常用的集成稳压器有:
金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。
在电子制作中应用的较多的是三端固定输出稳压器。
78XX系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器,输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格,最大输出电流为1.5A。
它的工作原理:
取样电路将输出电压按比例取出,送入比较放大器与基准电压进行比较,差值被放大后去控制调整管,以使输出电压保持稳定。
它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路,采用了噪声低、温度飘逸小的基准电压源,工作稳定可靠。
78XX系列集成稳压器为三端器件,一脚为输入端,一脚为接地端。
一脚为输出端,使用十分方便。
在此设计中我选用的是78XX系列中的78L05,78L05是一种固定电压(5V)三端集成稳压器,其适用于很多应用场合,像牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在卡调节,此外它还可以和其他功率转移器件一起构成大电流的稳压电源,如可驱动输出电流高达100毫安的稳压器。
其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况。
当用于替代传统的齐纳二极管-电阻组的时候,其输出阻抗得到有效的改善,其偏置电流大大减少。
78L05的特性:
三端稳压器;输出电流可达到100Ma;无需外接元件;内部热过载保护;内部短路电流限制;从2004年底开始,提供的各类分装形式,均为无铅封装产品。
78L05应用须知:
如果稳压器离电源滤波器有一段距离,Cin是必需的;Co对稳定性而言是可有可无的,但的确能够改变瞬态响应。
图4-478L05电路图
4.3电源电路的设计
当豆浆机正常工作时,需要先加热到80度左右的温度,然后停止加热继续下一步的工作,所以这就需要一个温度传感器来检测水温,这里我选用的是DS18B20智能温度传感器,选择它是因为它的测温系统简单,测温精度高,连接方便,占用口线少,转换速度快,与微处理器的接口简单,给硬件设计工作带来了极大的方便,能有效地降低成本。
4.3.1温度传感器DS18B20简介
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比,他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。
因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS18B20有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
DS18B20的特性:
独特的单线接口,只需一个接口引脚即可通信;多点能力使分布式温度检测应用得以简化;不需要外部元件;可用数据线供电;不需要备份电源;测量范围从-55℃至+125℃,增量值为0.5℃;依九位数字方式读出温度;在一秒内把温度变化为数字;用户可以定义的,非易失性的温度变换为数字;告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件;应用范围包括恒温控制工业系统,消费类产品,温度计或任何热敏系统。
DS18B20的引脚功能:
1.GND为电源地;2.DQ我数字信号输入/输出端;3.VDD为外接供电电源。
图4-5温度传感器DS18B20引脚图
4.3.2温度传感器DS18B20的测温原理
低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理。
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,他有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。
操作协议为:
初始化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
4.3.3DS18B20与单片机AT89C52的接口设计
DS18B20与单片机AT89C52的接口设计如图4-6所示,P1.5口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管和AT89C52的P1.1来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10μs。
采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接收口必须是三态的。
主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤:
初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。
假设单片机系统所用的晶振频率为12MHz,根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序,分别编写3个子程序:
INIT为初始化子程序,WRITE为写(命令或数据)子程序,READ为读数据子程序,所有的数据读写均由最低位开始,实际在实验中不用这种方式,只要在数据线上加一个上拉电阻4.7kΩ,另外2个脚分别接电源和地。
图4-6温度传感器DS18B20与单片机AT89C52接口图
4.4加热及打浆电路设计
加热电路的作用是通过加热管把磨成粉末的黄豆煮熟,本设计使用的加热器的功率为800W;磨浆电路的作用是通过电机把黄豆搅拌成粉沫,电机选用的是单相串励电机,由于单相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。
单片机输出电流经三极管放大,来驱动继电器闭合,使加热管发热把豆浆煮熟。
同理,继电器闭合使电机运转把黄豆搅碎。
加热及打浆电路的工作原理如图4-7所示,加热及磨浆电路由继电器JR1、JR2,三极管T2、T
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 控制 豆浆机 设计