家用智能豆浆机--毕业论文

1、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 专业技术职务讲师目录摘 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、。2.2 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

3、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

4、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

5、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。 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

6、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ABSTRACTi山东轻工业学院2011届本科生毕业设计（论文）At present, most of the intelligent Soya-bean milk machine is control by microcomputer. As long as the Soya-bea n milk machi ne starts worki ng, the process of grin

7、ding, leaching and cooking is fully automated. A short span of ten minutes the Soya-bea n milk would bee n done. Not only hygie nic and reliable, but also quickly and convenien tly.挤貼綬电麥结鈺贖哓类。This article discusses the system of the intelligent Soya-bean milk machine in cludi ng the sin gle-chip of

8、PIC16C54, Sen sor, Functional circuit, Boili ng detect ion circuit, Grin di ng circuit, Heat ing con trol circuit and Alarm circuit. The course is that: At first, add some soy bean in the blenders filter, poured an appropriate amount of water into the ble nder and in stalled ble nder. Whe n conn ect

9、ed to power supply, the buzzer sounded once, tips have been connected to power, the LED light up, tips the Soya-bea n milk mach ine in the sta ndby. Press the butt on of START to start heati ng. When the temperature reached around 75C stop heating, Stirring motor operation will be crushed soybeans a

10、nd the Soya-bean milk is filtered, then the motor stopped and started heating until boiling, and stop heating, issued a warning sound prompted milk have bee n don e. If a long time not to drink and become cool, press the butt on of HEAT to start heating again until to boiling and issued a warning so

11、und. If dry, turn off the heater and motor, press any butt on not to resp ond, and issued a alarm sound un til add ing eno ugh water to con ti nue to use it.赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。The Soya-bean milk production processes including grinding, leaching and cooking. The three processes worked closely, so that milk t

12、astes better. Such as pre-heat ing before grinding can not only improve efficie ncy and shorte n the cook ing time, preve nt the cook ing time is too long to cause the paste po塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。Key words: PIC16C54 ;Intelligent soya-bean milk machine ;ControlSystem ;Stabilized voltage supply 裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。#山东轻

13、工业学院2011届本科生毕业设计（论文）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

14、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

15、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

16、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 75C左右时，停止加热；搅拌马达

17、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： 加工方式是全自动的。 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

18、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5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

19、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75 C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

20、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。T1T21 n 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。DB = 136

21、6 1nR100（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，称为热敏电阻的山东轻工业学院2011届本科生毕业设计（论文）温度系数。即1 dR a 二R dT(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

22、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：（B T -B To）= R0e。其中，FT和R0为电阻值，T和T0为绝对温

23、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75C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

24、产涛團蔺。75度检测电路如图2-3所示：山东轻工业学院2011届本科生毕业设计(论文)图2-375 C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

25、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

26、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- ReducedInstruction SetComputer ）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 One Time Programanable ） 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

27、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512X 12位EPROJM25字节通用RAM 18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： 512X 12 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7PIC16C54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(

28、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, Q3 Q4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所示山东

29、轻工业学院2011届本科生毕业设计(论文)图2-5 PIC16C54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(

30、3) 单片机内部功能，如图2-6所示：RA2 RA3 TOCKI - hlCLVPP 一匸匸匸匸匸匚匚匸匚 二三 占 0 12 3 B B K- B V R R R R23456PIC16C54OSC*/CLKIN0SC2LK0LTVDD7 6 5 4 B 日 BB- R R R R9#山东轻工业学院2011届本科生毕业设计（论文）图2-6PIC16C54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 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。 缺水、沸腾溢出电路由碳膜湿敏传感器、

31、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/ROM512X 12 TO2048X 129-11STACK 1TDCKI PINSTACK 2CONFIGURATION WORDDISABLE-WATCHDOGTIMERTODEPROTECT-OSC1 0SC2 MCLRCSCSELECT2INSTRUCTIONREGISTER12WDT7TMR0CLKOUTCONTROL1PRESCALERJSLEEPbWDTTIMIE OUT *OSCILLA

32、TOR TIMING &INSTRUCTIONDECODEROPTION REG. *OPTION1DfRECT ADDRESSSTATUSTMRODATA BUSTRIS 5HTRISA PORTADIRECT RAM ADDRESSFROM WFROM WA-FSRGENEIRALPURPOSEREGISTERFILE(SRAM)24 25 72 or73 ByteaTRIS 6FROM WBBFROM WI8TRISB PORTSTRIS 7TRISC PORTC94RARBaRC(2弘 Pin Devices Only)1）碳粉粒。碳粉粒的直径约为3.5卩m主要用来构成连接两电极的导电

33、网2）水溶性粘合剂。粘合剂一般选用体积随温度变化而变化的粘接剂材料，如纤维乙醚等。它的主要作用是用来固定碳粉粒。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。山东轻工业学院2011届本科生毕业设计（论文）3）湿润性可塑剂。可塑剂的作用是使粘合剂的亲水性增加。4）分散剂。分散剂的功能在于使碳粉粒芬散均匀。当碳膜湿敏电阻器吸湿后，由于体积增大使碳颗粒的密度降低， 碳颗粒之间 的距离增加，从而造成电阻值的增大；当干燥时，湿敏膜脱水收缩，碳颗粒之间 的距离减小，从而又使电阻值变小。 夹覡闾辁駁档驀迁锬減。其碳膜湿敏传感器形状如图2-7所示：图2-7碳膜湿敏传感器2.3.2缺水、沸腾溢出电路工作原理PG是装在豆浆机搅拌壶底的参

34、考地电极，经 Ro （100Q）接地。PW是装在搅拌壶中部的缺水 在搅拌壶顶部的沸 正常工作时，PW和 PG之间的电阻很 平；若缺水，PW露 的电阻很大，此时 加热管、马达均不湿敏膜基片检测电极，PF是装 腾溢出检测电极。PG被水淹没，PW和 小，RA0脚输人低电 出水面，与PG之间 RA0脚输人高电平， 工作，从而实现缺水保护，同时蜂鸣器发出急促报警声。用软件检测RA0脚的输人电平，便知豆浆是否缺水。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。用同样方法可检测豆浆是否沸腾溢出。豆浆沸腾之前，PF远离水面，PF和PG之间的电阻很大，RA1脚为高电平，当泡沫上升，接触到防溢电极时，PF和PG之间电阻较小，RA1脚转为

35、低电平，用软件检测 RA1脚的输人电平，便知豆 浆是否沸腾溢出。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。缺水、沸腾溢出检测原理如图2-8所示。RAOR6山东轻工业学院2011届本科生毕业设计（论文）图2-8缺水、沸腾溢出检测电路2.4报警电路设计报警电路的作用是通过蜂鸣器发出声音信号，提示主人豆浆已经煮好。声音信号电流从单片机的PB4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 2-9所示：緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。RB4图2-9报警电路报警电路由单片机PIC16C54电阻R、三极管T4、与蜂鸣器R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 RB4脚

36、自动输出一个高电平，通过电阻 R使三极管T4饱和导通，于是蜂鸣器 B 发出报警声，提示主人加热完成。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。2.5磨浆及加热电路设计磨浆电路的作用是通过电机，把豆子搅拌成粉沫。加热电路的作用是通过加热管，把搅拌成粉沫的豆子加热煮熟。单片机输出电流经三极管放大，以此驱动继电器闭合，使电机转动，将豆子 搅拌成粉粒。同理，使加热管把东西煮熟。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。磨浆及加热电路由继电器 K、匕 三极管T2、T3,电阻Ri5、R6，电容G、G 以及二极管D、D2,单片机PIC16C54组成。当按下加热键HEAT时，赋给RA3一 个低电平，软件检测到PA3变为低电平后，赋给单片机 RB6脚

37、 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，于是电机开始磨浆。在系统 程序控制下，打浆按间歇方式进行。电机运转 20秒后，单片机RB6脚变为低电 平,使三极管T2截止，继电器K1断开，电机停止工作。间歇10秒后，单片机RB6脚又恢复为高电平，从而继续驱动电机工作。如此循环5次后磨浆结束，单片机RB5脚变为高电平，使三极管T3饱和导通，从而让继电器&闭合，电阻丝R(HEAT) 开始工作对豆浆加热。当豆浆加热至 75C时，单线数字温度传感器 DS1820将温 度信号传给单片机，单片机检测到这个信号后，使RB5脚变为低电平，三极管T3截止，继电器K2断开，电阻丝停止加热。

38、镞锊过润启婭澗骆讕濾。磨浆及加热电路如图2-10所示：图2-10 磨浆及加热电路2.6电源电路设计电源是各种电子设备必不可少的组成部分， 其性质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。随着集成电路的飞速发展， 稳压电源也迅速实现集成化，市场 上已经出现各种型号的单片机集成稳压电路。它和分立的晶体管电路比较，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。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。2.6.1电源的作用及组成(1)电源的作用：各种电子电路都需要用稳定的直流

39、电源供电，由整流滤波电路可以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。为了避免这个问题，滤波电路的输出电压还应经稳压电路进行稳压。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。（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。稳压电源的组成 框图如图2-11所示：（a）稳压电源的组成框图（b）整流与稳压过程图2-11稳压电源组成框图及整流与稳压过程1）电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V交流电压变换成符合需要 的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。2）整流电路：利用单向导电元件，把 50Hz的正

40、弦交流电变换成脉动的直 流电。3）滤波电路：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流电转换成较平坦的 直流电。4）稳压电路：利用电路的调整作用使输出的直流电压稳定，不随交流电网 电压和负载的变化而变化。2.6.2电源技术指标输入电压：AC 220V输出电压：DC 5V输出电流：I o1A263整流二极管、变压器选择据整流原理，图2-11 (b)所示U3的波形可知，输出电压的平均值:U 3(AV) 2U2Sinwtd (wt)-0(2-8)15解得:U 3( AV )0 - 9U 2JI(2-9)当采用半波整流电路时，由于它只利用U的正半周，所以0.45U2(2-10)u -西3( AV) 一71根

41、据图2-11( b )中所示U3的波形可知，整流二极管承受的最大的反向电压:U Rm a2U 2( 2-11)与半波整流电路中的二极管承受的最大反向电压也相同。在单相桥式整流电路中，因为每只二极管在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半，即该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。I0(AV)I D(AV)二一云0.45U 2Rl(2-12 )与半波整流电路中二极管的平均电流相同考虑到电网电压的波动范围为土 10 %在实际选用二极管时，应至少有 10%的余量，选择最大整流电流I r和最高反向工作电压UR分别为：劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。lR 11鸣=1.1 旦U R

42、1 .1、2U 2由于变压器输入的电压是Rl(2-13)220V,二副线圈输出的电压是12V,故有N2 =220/12 =18.1又线圈匝数比只能为一个整数，因此匝数比取18。在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路如图2-12所示:2-12 桥式整流电路264滤波电路滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以 滤除，以得到较平滑的直流电压 U。U与交流电压U2的有效值U2的关系为：臠龍 讹驄桠业變墊罗蘄。U（1.11.2）U2（ 2-14）为了获得较好的滤波效果，在实际电路中应选择滤波电容的容量满足：（3 5）TRC（ 2-15）2其中：T=20ms是50Hz交

43、流电压的周期。2.6.5稳压器的选用嵌入式控制系统的MCI一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠的工作。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为 MCI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有较大的“热损失”，其工作效率也仅为30%50% 加之工作在高粉尘等恶劣环境下，往往将嵌入式控制系统置于密闭容器内，这也 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了。鰻順褛悦漚縫輾屜鸭骞。而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作，工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管，要么是完全截止无

44、电流流过。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有更少的“热损失”。由此，开关稳压电源可大大山东轻工业学院2011届本科生毕业设计（论文）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加装散热片，从而减少了对MCI工作环境的有害影响。 穡釓虚绺滟鳗絲懷紆泺。采用开关稳压电源来替代线性稳压电压作为 MCUfe源的另一优势是：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“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

45、扰的能力。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如 78xx系列端稳压集 成电路）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勺稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 浹繢腻叢着駕骠構砀湊。由LM2576构成的基本稳压电路仅需四个外围器件，其电路如图2-13所示：ONirF图2.13稳压器电路LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下： 最大输出电流：3A; 最高输入电压：LM2576为40V, LM2567为60V; 输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ （可调）等可选； 振荡频率：52kHz; 转换效

46、率：75%88% （不同电压输出时的效率不同）;控制方式：pwm脉宽调制）； 工作温度范围：-40 C+125C；工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制；工作模式控制：TTL电平兼容； 所需外部元件：仅四个（不可调）或六个（可调）；器件保护：热关断及电流限制； 封装形式：TO-220或TO-263oLM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限 制电路、放电器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将 比较器的负载接基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中Ri=1kQ （可调-ADJ时开路），R分

47、别为1.7 k Q（3.3V）、3.1 k Q （5V）、8.84 k Q （12V）、11.3 k Q （15V）和 0 Q （可调-ADJ 时），上述电阻依据型号已经在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值 1.23V进行比较，若电压有偏 差，则可用放电器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。电感L1的选择要根据LM2576的输出电压、最大输入电压、最大负载电流等 参数选择。首先，依据如下公式计算出电压微秒常数（ EX T）: 惬執缉蘿绅颀阳灣愴 鍵。E T =(Vin -Vout)冷Vin106FHZV

48、s(2-16)21上式中，Vn是LM2576的最大输入电压，Vout是LM2576的输出电压，F是LM2576 的工作振荡频率值（52kHz）。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。该电路中的输入电容 G 般应大于或等于 100卩F,安装时要求尽量靠近LM2576的输入引脚，其耐压值应与最大输入电压值匹配。而输出电容G的值应依据下式进行计算：嚌鳍级厨胀鑲铟礦毁蕲。CSV：LH吓(2-17)上式中，Vn是LM2576的最大输入电压，V,ut是LM2576的输出电压，L是经 计算并查表选出的电感L1的值。电容C的耐压值应大于额定输出电压的1.5 2 倍。对于5V电压输出而言，推荐使用耐压值为 16V的电容器。薊镔

49、竖牍熒浹醬籬铃騫。二极管D的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍,考虑到负载短路的情 况，二极管的额定电流应大于 LM2576的最大电流限制。二极管的反向电压应大 于最大输入电压的 1.25倍。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。Vn的选择应考虑交流电压最低跌落值 （Vac-min）所对应的LM2576俞入电压 值机LM2576的最小输入允许电压值 Vmin （以5V电压输出为例，该值为8V），因 此Vn可依据下式计算：绅薮疮颧訝标販繯轅赛。Vin - 220V(2-18 )m inVac -m in如果交流电压最低允许跌落 30%（即卩Vac-min=154V），LM2576的输出电压为5V（ Vmn=

50、8V），则LM2576的输入直流电压应大于11.4V，通常可选为12V。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。266电源工作原理接通电源后，220V交流电经变压器Ti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俞出+5V电压给单片 机供电。 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。整个电源电路如图2-14所示：图2-14电源电路第三章系统组成及工作原理3.1系统组成系统主要由稳压电源、PIC16C54单片机、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3-1所示：（见附录）鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。由于该电路要控制高速电机，因此对抗干扰的要求很高。从

51、电路方面考虑， 应充分考虑接地及屏蔽措施。另外， 全部电路装在两块线路板上：单片机和按键 在小板上，安装在豆浆机的面板上；继电器、电源在一块较大的线路板上，安装 在豆浆机内部。两板间用一根 5芯电缆连接，以提高抗干扰能力。 撷伪氢鱧轍幂聹諛 詼庞。3.2系统工作原理电路由PIC16C54单片机控制，要全自动打浆时，插上电源插头接通电源， 220V交流电经变压器T1降压，得到+12V的电压，给继电器J1、J2和报警蜂鸣器 B2供电，稳压器输出+5V电压给单片机。 踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。PIC16C54振荡频率为500KHz由Rn的电阻和G的电容值确定。如果电阻低 于2. 2 k Q，振荡不稳定，

52、甚至不能振荡；电阻高于 1 MQ，则振荡易受干扰。 所以电阻值最好取5 k Q -100 k Q之间。尽管电容值为0时，电路也能振荡， 但易受干扰且不稳定，所以电容值应取20 pF以上。本系统R11的电阻值取10kQ，C5的电容值取100 pF。婭鑠机职錮夾簣軒蚀骞。RA3接加热键HEAT RA2接全自动启动键START键未按下时，RA3 RA2分 别由电阻R3、R4拉成为高电平（+5V）o当STARTS或HEAT键按下时，RA3 RA2 变为低电平，软件不断检测 RA3和RA2的电平，便知道哪个键被按下，执行相应 的控制动作。譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。PIC16C54的RB4输出报警信号，经三极

53、管T4的放大，驱动蜂鸣器B报警。 RB5输出加热信号，经三极管T3放大，驱动继电器J2闭合，控制加热器R（ HEAT 加热。RB6输出马达驱动信号，经三极管 T2放大，驱动继电器Ji闭合，控制马达 M运转。为了避免继电器开关断开时拉弧， 分别在Ji、J2开关两端并接RC吸收元 件o俦聹执償閏号燴鈿膽賾。杯内加水不够时，PW没被水淹没，PWS PG之间电阻较大，此时RA0脚输人 高电平，加热器、马达均不工作，同时蜂鸣器发出急促报警声。当水位正常时， 控制电路控制豆浆机进行加热，当温度达到 75C左右时，RB7脚为低电平。单片 机控制停止加热，并输出马达驱动信号，经三极管放大，驱动继电器闭合，控制

54、 马达运转并按间歇方式打浆：运转 20秒后停止，间歇10秒后再启动，如此循环 5次。打浆结束后开始对豆浆加热，豆浆温度达到一定值时开始上溢，泡沫淹没 PF，PF与PG间的电阻较小，RA1脚转为低电平，立即停止加热，间歇 20秒后再 开始加热，如此循环16次，煮浆完成，间歇10秒后发出音响信号缜電怅淺靓蠐浅錒 鵬凜。第四章程序设计4.1程序流程图主程序流图如图4-1所示:骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。图4-1主程序流图接上电源，蜂鸣器长鸣一声（滴-,约1秒钟），提示已接通电源。掉缺水 检测子程序，若缺水则急促报警（滴，滴）；若有水，则检测全自动启动按钮 START是否按下，若按下则处理START程序；若没按下则加热键 HART是否按下, 若按下则处理HEATS序；若没按下则返回缺水检测程序，循环进行