家用智能豆浆机毕业论文.docx

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家用智能豆浆机毕业论文

家用智能豆浆机

作者姓名

专业电气工程及其自动化

指导教师姓名

专业技术职务讲师

摘要1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

第一章设计思路与方案1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

1.1设计思路1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

1.2方案设计1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

1.3方案论证2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

第二章单元电路设计3謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。

2.1传感器的设计与选用3厦礴恳蹒骈時盡继價骚。

2.1.1传感器的作用与组成3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。

2.1.2传感器的设计3鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。

2.1.3传感器的选用6籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。

2.1.4传感器的工作原理6預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。

2.2单片机处理电路的设计与选用6渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。

2.2.1单片机的选用6铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。

2.2.2单片机作用及组成7擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。

2.2.3单片机的结构、引脚及功能7贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。

2.3缺水、沸腾溢出电路设计9坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。

2.3.1缺水、沸腾溢出电路的作用及组成9蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。

2.3.2缺水、沸腾溢出电路工作原理10買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。

2.4报警电路设计11綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。

2.5磨浆及加热电路设计11驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。

2.6电源电路设计12猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。

2.6.1电源的作用及组成12锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。

2.6.2电源技术指标13構氽頑黉碩饨荠龈话骛。

2.6.3整流二极管、变压器选择14輒峄陽檉簖疖網儂號泶。

2.6.4滤波电路15尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。

2.6.5稳压器的选用15识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。

2.6.6电源工作原理18凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。

第三章系统组成及工作原理18恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。

3.1系统组成18鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。

3.2系统工作原理18硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。

第四章程序设计20阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。

4.1程序流程图20氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。

4.2程序设计22釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。

第五章结论与展望23怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。

5.1结论2谚3辞調担鈧谄动禪泻類。

5.2展望2嘰4觐詿缧铴嗫偽純铪锩。

参考文献2.5熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。

附录2.6鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。

致谢2.7纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。

山东轻工业学院

2011届本科生毕业设计（论文）

摘要

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，磨浆、滤浆、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，又快捷方便。

颖

刍莖峽饽亿顿裊赔泷。

本文介绍的智能豆浆机系统由PIC16C54单片机、传感器、功能电路、沸腾检测电路、磨浆电路、加热控制电路和报警电路等组成，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，提示已经接通电源，指示灯LED亮

起，处于待命状态。

按下全自动启动键START开始加热，当温度达到75C左右时，停止加热；搅拌马达运转，将黄豆粉碎，豆浆过滤，而后马达停转，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，停止加热，发出报警声。

若缺水，则关闭加热器和马达，按任意键不响应，并发出急促的报警声，直到关闭电源，加水后才能继续使用。

濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。

豆浆生产的工序包括磨浆、滤浆、煮浆，而三个工序又密切配合，使生产的豆浆味道更好。

如磨浆前进行预加热，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所易造成的糊锅现象。

銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。

关键词：

PIC16C54智能豆浆机控制系统稳压电源

ABSTRACT

Atpresent,mostoftheintelligentSoya-beanmilkmachineiscontrolbymicrocomputer.AslongastheSoya-beanmilkmachinestartsworking,theprocessofgrinding,leachingandcookingisfullyautomated.AshortspanoftenminutestheSoya-beanmilkwouldbeendone.Notonlyhygienicandreliable,butalsoquicklyandconveniently.挤貼綬电麥结鈺贖哓类。

ThisarticlediscussesthesystemoftheintelligentSoya-beanmilkmachineincludingthesingle-chipofPIC16C54,Sensor,Functionalcircuit,Boilingdetectioncircuit,Grindingcircuit,HeatingcontrolcircuitandAlarmcircuit.Thecourseisthat:

Atfirst,addsomesoybeanintheblender'sfilter,pouredanappropriateamountofwaterintotheblenderandinstalledblender.Whenconnectedtopowersupply,thebuzzersoundedonce,tipshavebeenconnectedtopower,theLEDlightup,tipstheSoya-beanmilkmachineinthestandby.PressthebuttonofSTARTtostartheating.Whenthetemperaturereachedaround75°Cstopheating,StirringmotoroperationwillbecrushedsoybeansandtheSoya-beanmilkisfiltered,thenthemotorstoppedandstartedheatinguntilboiling,andstopheating,issuedawarningsoundpromptedmilkhavebeendone.Ifalongtimenottodrinkandbecomecool,pressthebuttonofHEATtostartheatingagainuntiltoboilingandissuedawarningsound.Ifdry,turnofftheheaterandmotor,pressanybuttonnottorespond,andissuedaalarmsounduntiladdingenoughwatertocontinuetouseit.赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。

TheSoya-beanmilkproductionprocessesincludinggrinding,leachingandcooking.Thethreeprocessesworkedclosely,sothatmilktastesbetter.Suchaspre-heatingbeforegrindingcannotonlyimproveefficiencyandshortenthecookingtime,preventthecookingtimeistoolongtocausethepastepo塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

Keywords:

PIC16C54;Intelligentsoya-beanmilkmachine;Control

System;Stabilizedvoltagesupply裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。

第一章设计思路与方案

1.1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。

仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。

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75C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。

绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。

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。

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。

如图1-1所示骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。

rr

传感器

L」

►

单

►

磨浆电路

片

广r

加热电路

1」

机

——►

报警电路

\』

图1-1方案1设计框图

方案2:

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

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：

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。

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16次，豆浆加工完成，间歇10秒后发出音响信号。

如图1-2所示：

瑣钋

濺暧惲锟缟馭篩凉

图1-2方案2设计框图

功能电路

磨浆电路

报警电路

1.3方案论证

方案一如图1-1所示，由单片机、传感器、加热电路、磨浆电路、报警电路组成。

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“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，提示豆浆已经做好。

其缺点是：

没有检测缺水和沸腾溢出。

鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。

方案二如图1-2所示，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。

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，蜂鸣器长鸣一声，提示已经接通电源，指示灯LED亮起，处于待命状态。

按下全自动启动键START开始加热，当温度达到75°C左右时，停止加热；搅拌马达运转，将黄豆粉碎，豆浆过滤，而后马达停转，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，停止加热，发出报警声。

若缺水，则关闭加热器和马达，按任意键不响应，并发出急促的报警声，直到关闭电源，加水后才能继续使用。

栉缏歐锄棗鈕种

鵑瑶锬。

进行论证后，选择第二种方案。

其原因是：

①加工方式是全自动的。

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的时间，防止粉碎后煮浆时间过长所易造成的糊锅现象。

辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。

第二章单元电路设计

2.1传感器的设计与选用

2.1.1传感器的作用与组成

传感器一般由敏感元件和转换元件组成。

其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分，由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。

随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在

传感器的壳体里，如图2-1所示。

峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。

被测量:

—敏感元件——》转换元件——4信号调理转换电路

i

辅助电源

图2-1传感器组成框图

工业生产自动化过程中，传感器与计算机结合在检测、监视和控制温度、压力、流量、液位、PH等参数时发挥至关重要的作用，以此设备工作在最佳状态，成本消耗最低，产品质量最咼。

詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。

2.1.2传感器的设计

家用豆浆机的串励电机工作转速可以达到12Kr/min左右，大约一分钟就可将豆子彻底粉碎。

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

前需要将水温加热至75C左右，所以需要先设计传感器来作测温计。

则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。

热敏电阻的基本特性是电阻与温度之间的关系，其曲线是一条指数曲线，可

用式2-1表示：

（2-1）

R厂AeBT

式中：

Rr――温度为T时的电阻值；

A――与热敏电阻尺寸、形式、以及它的半导体物理性能有关的常数;

B――与半导体物理性能有关的常数；

T――热敏电阻的绝对温度。

若已知两个电阻值R和R以及相应的温度值Ti和T2,便可求出A,B两个常数。

T1T21n旦

T2-T,r2

（2-2）

（2-3）

A=Re"

将A值代入式（2.1）中，可获得以电阻及R作为一个多数的温度特性表达式:

R厂R,e（BT-BTl）

（2-4）

一般生产厂都在值。

而可求得B值。

（2-4）就确定了热敏图2-2所示。

称B为紉诵帮废掃減。

通常取20T时的热敏电阻的阻值为R,称为额定电阻，记作R2o;取相应于100C时的电阻Roo作为只此时将Ti=293K,T2=373K代入式（2-2）可得：

胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。

D

B=13661n

R100

（2-5）

此温度下测量电阻将B值及艮0代人式电阻的温度特性，如热敏电阻常数。

鳃躋峽祷

图2-2温度特性曲线

热敏电阻在其本身温度变化1C时，电阻值的相对变化量，称为热敏电阻的

温度系数。

即

1dRa二

RdT

（2-6）

由式（2-4）可求得

a=-B/T2（2-7）

a值和B值都是表示热敏电阻灵敏度的参数，热敏电阻的电阻温度级系数比

金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。

稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。

热敏电阻在不同温度时的电阻值，可用惠斯通电桥测得。

半导体热敏电阻是一种新型的测温元件，由其电阻-温度特性曲线，可以看出其阻值随温度升高而很快减小，用它来设计测温计或传感器是很灵敏的。

陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。

比较器电路由双运放LM358和电阻、电容等组成，LM35睬用12V供电，当LM358的负输入端电压高于正输入端电压时，输出为低电平，RB7输入为低电平；当LM358的负输入端电压低于正输入端电压时，RB7输入为高电平。

负端输入

电压随热敏电阻Rt阻值的变化而变化。

负温度系数（NTC）热敏电阻Rt是采用单一高纯度材料、具有接近理论密度结构的高性能陶瓷，它最基本的性质就是电阻值随温度上升而下降。

电阻变化与温度变化的具体关系如式（2-4）所示：

（BT-BTo）

=R0e。

其中，FT和R0为电阻值，T和T0为绝对温度，B值是一个表征NTC的电阻值与绝对温度的关系的常数。

热敏电阻的B值并非是恒定的，其大小因材料构成而异，最大甚至可达5K/C,因此在较大的温度范围内应用式

（2.4）时，将会与实测值之间存在一定误差。

沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

本系统中使用的NTC热敏电阻的参数为：

25T时的阻值为22K,B值为4200,代入式（2-4）可以求得Rr为2.2K时的温度为75C。

当温度小于75C时，热敏电阻的阻值大于2.2K，此时负端输入电压低于正端输入电压，输出为高电平，当温度高于75°C时，热敏电阻的阻值小2.2K，此时负端输入电压高于正端输入电压，输出为低电平，停止加热，开始打浆。

钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

75度检测电路如图2-3所示：

图2-375C检测电路

2.1.3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，电阻小，电阻率高，热惯性小，所以选它作为豆浆机的测温计。

懨俠劑鈍

触乐鹇烬觶騮。

2.1.4传感器的工作原理

金属的导电是靠自由电子在电场的作用下作定向运动，当温度升高时，自由

电子的数目基本不增加，只有自由电子做无规则运动的动能增加了。

由此，在一

定电场作用下，使自由电子作定向运动就会遇到更多的阻力，即电阻值增加了。

而半导体参加导电的是载流子（为自由电子和空穴两种异性电荷），由于半导体

中的载流子数目要比原子的数目少几千倍到几万倍，相邻自由电子之间的距离是

原子之间距离的几十倍到几百倍，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。

謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。

2.2单片机处理电路的设计与选用

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，涉及的领域也越来越广泛。

在家电领域中，如豆浆机，它以单片机为核心，在单片机控制下，完成从预热、打浆、煮浆和报警等过程全自动化，使豆浆营养更加丰富，口感更加香泽。

呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。

2.2.1单片机的选用

单片机种类繁多，使用较多的是MCS-51系列。

美国Microchip公司推出的PIC系列8位单片机是业界率先采用的精简指令集计算机（RISC-Reduced

InstructionSetComputer）结构，是一种具有高性价比的嵌入式控制器。

PIC

系列单片机具有高速度、低工作电压、较大的输入输出直接驱动能力（可直接驱动LED负载）、低价一次性编程（OTP—OneTimeProgramanable）技术、低功耗、小体积等优点。

在全球各地，目前都可以看到PIC系列单片机在办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子、金融电子等领域中的广泛应用。

莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。

我选用PIC16C54单片机，内含512X12位EPROJM25字节通用RAM18引脚，内部自振式看门狗（WDT,支持低成本的RC振荡，体积小，价格低廉，适合小家电智能控制。

麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。

2.2.2单片机作用及组成

单片机自动控制豆浆机完成从预热、打浆、煮浆和报警整个工序，避免了繁琐的手工操作。

PIC16C54主要资源：

•512X12位EPROM•25字节通用RAM

-12根双向I/O线

-上电复位POF电路

-自振式看门狗WDT

•TMRO!

时/计数器

-复位定时器

PIC16C54采用8位宽的数据总线和12位宽指令总线相互独立的哈佛

（Harvard）结构，与其它一些单片机相比，程序代码更紧凑，指令执行速度更

快o納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。

从引脚OSC1俞入或振荡电路产生的时钟信号在内部经四分频产生四个不重叠的时钟Q1,Q2,Q3Q4程序计数器PC在每个Q1节拍间加1,指令在Q4节拍从程序存储器中取出并锁存于指令寄存器中，在下一指令周期被译码并执行。

因此，在程序执行过程中，取指令与执行指令可重迭进行，即当一条指令被执行时，下一条指令已从程序存储器中读出。

其时钟指令时序如图2-4所示：

風撵鲔貓

铁频钙蓟纠庙。

图2-4时钟、指令时序

2.2.3单片机的结构、引脚及功能

（1）PIC16C84单片机结构如图2-5所示

图2-5PIC16C54单片机结构

（2）单片机的引脚：

RA0-RA3可位控4位双向I/O口，输入为TTL电平。

RB0-RB7可位控8位双向I/O口，输入为TTL电平。

T0CKI:

定时器/计数器TMR0的外部触发计数信号输入端。

软件定TMR0为计数器时，此引脚上的信号上升沿或下降沿用于计数，可通过软件设置OPTION

寄存器相应的控制位选择触发边沿，当TMR0为内部时钟源时，该引脚当接VDD或vss以减少功耗。

灭暧骇諗鋅猎輛觏馊藹。

MCLR当为低电平时，单片机复位

VSS地端

VDD电源电压

OSC1振荡信号输入端

OSC2:

振荡信号输出端

（3）单片机内部功能，如图2-6所示：

RA2■

RA3■

TOCKI-hlCL^VPP一

匸匸匸匸匸匚匚匸匚二三占0123£BBK-BVRRRR

2

3

4

5

6

PIC16C54

OSC*/CLKIN

0SC2

VDD

7654B日BB-RRRR

山东轻工业学院

2011届本科生毕业设计（论文）

图2-6

PIC16C54单片机内部功能

2.3缺水、沸腾溢出电路设计

231缺水、沸腾溢出电路的作用及组成

1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豆浆机缺水时干烧和沸腾溢出等问题。

铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。

2缺水、沸腾溢出电路由碳膜湿敏传感器、单片机和电阻组成。

在绝缘的聚苯乙烯基片上制备两个电极，而后在电极之间喷涂一层含有碳粉粒的有机胶状纤维素湿膜，便构成了碳膜湿敏传感器。

湿敏膜由下列材料组成：

攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。

EPROM/ROM

512X12TO

2048X12

9-11

STACK1

TDCKIPIN

STACK2

CONFIGURATIONWORD

DISABLE-

WATCHDOG

TIMER

TODE

PROTECT-

OSC10SC2MCLR

•CSC

SELECT

2

INSTRUCTION

REGISTER

12

WDT7TMR0

CLKOUT

CONTROL

1

PRESCALER

JSLEEPb

WDTTIMIEOUT*

OSCILLATOR'TIMING&

INSTRUCTION

DECODER

OPTIONREG.*—

"OPTION1'