智能定时遥控多功能豆浆机的系统设计

1、四川师范大学成都学院程控交换课程设计智能定时遥控多功能豆浆机的系统设计前言豆浆机是一种新型的家用饮料机。传统的豆浆机需每天早上将前一晚浸泡好的豆子放进豆浆机，然后等待至少十几分钟才能喝到豆浆，而且打制过程中如果缺水还需手动加水，使用起来颇为麻烦。据专家介绍，在豆浆里含有多种优质蛋白、多种维生素、多种人体必须的氨基酸和多种微量元素等。无论成年人、老年人和儿童，只要坚持饮用，对于提高体质、预防和治疗病症，都大有益处。春秋饮豆浆，滋阴润燥，调和阴阳；夏饮豆浆，消热防暑，生津解渴；冬饮豆浆，祛寒暖胃，滋养进补。本设计设计了一种智能定时遥控多功能豆浆机，只要在前一天晚上把洗好的干豆放进豆浆机，进行定时，

2、早上起来就可以喝到鲜美可口的豆浆，实现了从浸泡干豆到豆浆煮熟的全自动过程。此外，还可以使用遥控器实现定时、单独打浆、加热、自动加水、粉碎等其它功能，同时遥控器上可以显示室内温度、时间、年、月、日、星期等信息。 1 系统硬件设计 1.1 主机硬件设计 主机部分由稳压电源、HT46R65单片机、键盘输入电路、显示电路、缺水检测电路、自动加水电路、电机控制电路、加热控制电路、小功率加热电路、测溢出检测电路(沸腾检测电路)、82度检测电路、红外接收电路、报警指示电路等组成。主机的硬件框图如图1.1-1所。键盘显示电路实时时钟自动加水电路缺水检测电路电机控制电路小功率加热电路82度检测电路溢出检测电路加

3、热控制电路红外线接收电路报警指示电路HT46R56图1.1-1 主机的硬件框图1.1.1 稳压电源电路设计稳压电源电路主要由降压变压器T1、整流桥D1、滤波电容C2、C3、C4、C5以及+5V三端稳压块7805组成。稳压电源电路将220V电源转变成继电器控制电源12V和系统5V供电，稳压电源电路原理图如图1.1.1-1所示。图1.1.1-1 稳压电源电路原理图盛群半导体公司生产的A/D+LCD型8位HT46R65单片机是一种高效、高性能的RISC结构单片机。除了具有暂停、唤醒功能、集成定时器功能、振荡器选择和可编程分频器等特性以外，HT46R65还具有脉宽调制输出，增加了使用灵活性，这些特性同

4、时也保证了在实际应用时仅需极少的外部器件，从而降低了整个产品的成本。在主机中选用HT46R65单片机是因为它具有蜂鸣器及看门狗功能，更重要的是预分频器(Prescaler)可以实现1到128的分频，此外，还有内部LCD信号产生电路及多种掩膜选项，可自动产生时间与增益可变的信号直接驱动LCD，与用户接口的连接也十分简单。1.1.2 键盘输入电路设计 键盘输入电路由四个按键组成，分别是定时、小时和分钟加、小时和分钟减、全自动工作；最大定时时间为24小时，已经足够满足要求。 显示电路中的LCD是专门定制的，可以直接与HT46R65的SEGMENT和COM口相连，并可以直接驱动，使用起来非常方便，编程

5、也很简单。本系统中定制的LCD液晶显示屏用4位显示定时的小时和分钟。液晶屏有12个引脚，各引脚如表1.1.2-1所示。 表1.1.2-1 引脚表PIN123456789101112COM1COM1A1E1A2E2E3A3A4E4COM2COM2B1F1B2F2F3B3B4F4COM3COM3C1G1C2G2G3C3C4G4COM4COM4D1DOTD2D3D41.1.3 液晶屏的程序这个液晶屏的5到12引脚连接的是SEG16到SEG23，1到4引脚连接的是COM0到COM4，数据读取或写入地址范围为50H到57H，具体编程方法非常简单，如果将显示初始化为0000，程序如下： void lcd_

6、init() unsigned int i; _bp=0x01; _mp1=0x50; for(i=0;i<8;i+) _iar1=0x0f; _mp1+; 1.1.4 检测电路设计图1.1.4-1 缺水检测电路 、 溢出检测电路 、 82度检测电路 缺水检测电路如图1.1.4-1所示主要是用来检测是否缺水，防止干烧，如果检测到缺水则可以自动加水。不缺水时PA6输入为低电平，缺水的时候为高电平。水位情况检测反馈路径为：加热管外壳(接线路板地)水电极R22PA6，当容器内无水或水量低于水位线，即水浸不到电极时，PA6为高电平，然后自动加水；当容器内水量达到水位线时(即水量浸到电极时)，PA

7、6为低电平，PA2输出高电平，Q2饱和导通，继电器K2吸合，加热管正常加热。 溢出检测电路如图1.1.4-1所示主要是用来防止浆沫溢出。浆溢情况检测反馈路径为：加热管外壳(接线路板地)豆浆及浆沫防溢电极R23PA7，当豆浆沸腾泡沫向上溢时，防溢检测电极接触到泡沫浆液，使PA7由高电平变为低电平，PA2输出低电平，Q2截止，继电器K2不吸合，加热管停止加热。当泡沫下落后，PA7变为高电平，PA2输出高电平，Q2饱和导通，继电器K2吸合，加热管正常加热，不断反复进行防溢延煮. 82度检测电路如图1.1.4-1所示是通过一个比较器电路来实现的。比较器电路由双运放LM358和电阻、电容、稳压管组成，L

8、M358采用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，稳压管Z_D1截止，PD1输入为低电平；当LM358的负输入端电压低于正输入端电压时，输出为1011V的电压，此时稳压管Z_D1导通，PD1输入为高电平(4.3V)。 1.1.5 热敏电阻和电压负端输入电压随热敏电阻R26阻值的变化而变化。负温度系数(NTC)热敏电阻R26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1所示：R1=R0*expB*(1/T1-1/T0)。其中，R0和R1为电阻值，T0和T1为绝对温度，B值是一个

9、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1时，将会与实测值之间存在一定误差。本系统中使用的NTC热敏电阻的参数为：25°C时的阻值为22K，B值为4200，代入式1可以求得R1为2.2K时的温度为82°C。当温度小于82°C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82°C时，热敏电阻的阻值小于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。红外接收电路图如图1.1

10、.5-1所示可使用一种集成了红外接收和放大的一体化红外线接收器，该器件无需任何其它外接元件就能完成从红外线接收到输出TTL电平信号兼容的所有工作，而体积仅与普通塑封三极管一样大，适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。接收器对外只有3个引脚：Out、Gnd、Vcc与单片机接口非常方便。 图1.1.5-1 红外接收脉冲信号输出口，直接接单片机的I/O口，即接PD5引脚； Gnd接主控器的地线； Vcc接主控器的电源正极(+5V)； 1.2 遥控器硬件设计 遥控器部分包括电源(由电池供电)、时钟电路、温度传感器、键盘输入电路、显示电路、红外发射电路等。遥控器由三节电池(4.5V)供电。 键盘输入电路

11、由21个按键组成，其中09十个数字和定时键用来设定豆浆机的定时时间。AUTO、HEAT、MILL、WATER按键可以对豆浆机进行单独操作，分别实现全自动工作、加热、粉碎、自动加水功能。Enter、Up、Down、Right、Left等五个按键用来设定时钟的时间。 1.2.1 红外发射电路红外发射电路如图1.2.1-1 红外发射电路所示，发射电路连接的是PC7引脚，载波频率为40kHz，通过编程使PC7口产生一个周期性的红外载波输出，根据不同的编码规则，可以更改输出周期，从而达到数字信号传输的功能。 图1.2.1-1 红外发射电路1.2.2 数据传送协议和时序在本系统中，用HT48R70A实现I

12、R的发射，用HT46R56实现IR的接收，其编码方式为：1位启始信号+8位数据信号，数据传送协议和时序图如1.2.2-1所示。 图1.2.2-1 数据传送协议和时序图液晶模块采用的是金鹏电子公司的OCM1286-5系列，这是一款128×6点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与CPU直接连接，具有八位标准数据总线、6条控制线及电源线，采用KS0108控制IC。 时钟芯片采用DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年、星期信息，每月的天数和闰年的天数可以自动调整。温度传感器采用DALLAS公司的

13、数字温度传感器18B20，可提供9位到12位(二进制)温度读数，指示器件的温度，CPU通过一条连线与18B20通信，可以显示从-55度到+125度的温度范围，使用起来非常方便，且价格也很便宜。1.3 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。1.3.1 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、

14、滤波电路、稳压电路组成。稳压电源的组成方框图如图1.3.1-1所示：电源变压器整流电路滤波电路稳压电源图1.3.1-1 稳压电源组成方框图1.3.2 电源技术指标 输入电压 AC 220V 输出电压 DC 5V 输出电流 I0 1A1.3.3 电源工作原理整个电源电路如图1.3.3-1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1.3.3-1 电源电路图1.4 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78

15、xx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M

16、CU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。1.5 传感器的设计与选用1.5.1 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

17、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。1.5.2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1.5.2-1所示。被测非电量敏感元件传感元件测量电路电量辅助电源图1.5.2-1 传感器组成方框图在工业生产自

18、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。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。2 报警电路设计2.1 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。2.2 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

19、发出声音。报警电路如图2.2-1所示：图2.2-1 报警电路图2.3 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。3 系统软件设计 系统软件设计包括主机软件部分和遥控器软件部分。3.1 遥控器主要程序流程图遥控器主要程序流程图如图3.1-1所示。是否有时钟键按下？开始系统初始化显示不变的内容显示变化的内容时间和温度 N 调整时钟 Y 是否有红外发送键按下？ Y N红外发送结

20、束 图3.1-1 遥控器主要程序流程图3.2 主机主要程序流程图主机主要程序流程图如图3.2-1时间到？开始初始化键盘扫描、红外接收（设定定时时间） N缺水检测 Y 自动加水 Y N加热到82度 电机运转15s，加热15s，共4次加热器工作沸腾溢出 N Y停止加热10s溢出少于10次 Y N关加热器 启动报警器保温结束图3.2-1 主机主要程序流程图4 结束语本系统的设计已经完成，系统能稳定、可靠的完成全自动工作、单独打浆、单独加热、单独粉碎、自动加水等各种功能，并有使用方便等优点。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

21、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。 此次课程设计我们在孙活老师的指导下独立进行查阅资料，设

22、计方案，设计电路与编写工作重新等，并写出课程设计报告。这次课程设计提高了我的科学实验能力和逻辑创新能力，为以后从事电子电路方面的设计，研制电子产品打下良好的基础。通过这次课程设计我也发现了自己的很多不足，有许多知识漏洞，看到了自己的实践经验好事比较缺乏的，理论联系实践方面还急需提高。在此我特别要感谢我的指导老师们孙老师和段老师对我们的指导，我还要感谢在我遇到困惑时给予我帮助的同学们。在老师们和我们的共同努力下，我们才能顺利的完成此次课程设计。在以后的工作和学习中，我会更加的努力学习，充分发挥自己的特长。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。附录：主程序ORG 0000HAJMP M

23、AINORP 200HMAIN:ORL P2.4， #03H MOV A, P2.4 LCALL AD ;调整水程序 JC START ;判断START按下了吗 JNZ START ;有键按下 LCALL START ;调START程序 JC HEAT ;判断HEAT按下了吗 JNZ HEAT ;有键按下 LCALL HEAT ;调HEAT程序 SJMP MAINSTART子程序START:MOV A, START LCALL D20S ;调运转20S子程序LCALL D10S ;调停10S子程序LCALL FLASA5 ;调5次子程序LCALL AD ;调测水程序MOV A, P2.5JC

24、K ;判断沸腾溢出JNZ K ;有沸腾溢出则转移LCALL ADLCALL FLASA16 ;调沸腾溢出16次子程序JC FLASA16 ;判断有16次了吗JNZ FLASA16 ;有16次则转移MOV IE, P2.5 ;关加热器LCALL DELAY ;调加热器子程序MOV IE, P2.5JNB FH,TT ;等待20SDJN 20H, TT ;判断20S定时到了吗SETB FH ;20S到标志LCALL ADHEAT子程序：HEAT: MOV A, HEAT LCALL AD ;调检水程序MOV A, P2.5JC K ;判断沸腾溢出JNZ K ;有沸腾溢出则转移MOV IE, P2.5MOV A, P2.4LCALL AD ;没沸腾溢出则调检水程序参考文献：1 谢志萍