毕业设计:基于单片机的豆浆机控制系统设计.pdf
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1、基于单片机的豆浆机控制系统设计摘要现代医学研究认为,中老年女性喝豆浆对身体健康、延缓衰老有明显好处。豆浆中含有氧化剂、维生素和矿物质。人们对于豆浆机的要求也是越来越高,因 此,设计智能型豆浆机控制系统,制作出一款高效省时的豆浆机是非常必要的。本设计基于51单片机设计了一款高效省时的智能型豆浆机控制系统。此智能 型豆浆机控制系统主要由MCS-51系列单片机、温度检测器、加热电路、防溢电 路、防止缺水电路、打浆电路、报警电路等组成,豆浆生产完全自动化。其生产 过程完全达到了预设模式,可自动完成粉碎功能、加热功能、防溢出功能、报警 功能等功能。全过程只需要启动豆浆机,加热、打浆、完全实行自动化,短短
2、十 几分钟就全自动做好豆浆,既安全卫生,又快捷方便。关键词:MCS-51,豆浆机,控制系统,稳压电源Design of Soybean Milk Machine Control System Based on Single Chip MicrocomputerABSTRACTModern medical research suggests that middle-aged women to drink milk for health,aging has obvious advantages.Milk contains antioxidants,vitamins and minerals.So,
3、the people asks for Soymilk is also increasing,therefore,the design of intelligent control systems Soymilk Soymilk-produce an efficient time-saving is necessary based on the design of an efficient 51 single-saving design Soymilk intelligent control systems.This intelligent control system consists of
4、 Soymilk MCS-51 series single-chip temperature sensor,heating circuit,spill circuit to prevent water circuit,beating circuits,alarm circuits and other components,milk production is fully automated.Its production process fully meet the preset modes,can automatically complete shredding,heating functio
5、n,anti-overflow function,alarm function and other functions.Soymilk only need to start the whole process,heating,beating,full implementation of automated,just ten minutes to do automatic milk,both safety and health,but also convenient.KEY WORDS:.MCS-51,Soybean Milk Machine,Control System,Power Suppl
6、yI目录前言.0第1章绪论.0第2章设计方案.12.1 设计思路.12.2 设计原理.1第3章 豆浆机的外部结构设计.33.1 杯体.33.2 机头.33.3 加热管.33.4 防溢电极.43.5 温度传感器.43.6 防干烧电极.43.7 刀片.43.8 电机.4第4章 系统硬件设计.54.1 单片机AT89C51简介.54.1.1 主要特性.54.1.2 弓|脚图.64.2 电源电路的设计.84.2.1 稳压器.94.2.2 整流器.104.3 温度传感器电路设计.104.3.1 温度传感器DS18B20测温原理.104.3.2 温度传感器DS18B20引脚图.124.3.3 温度传感器D
7、S18B20电路设计.124.4 加热和打浆电路设计.134.5 防干烧及防溢出电路的设计.144.6 报警电路设计.15第5章 系统软件设计.165.1 流程图.165.2 温度传感器程序.175.3 加热和打浆程序.225.4 防干烧防溢程序.245.5 报警电路程序.26结论.27谢辞.28参考文献.29附录.30外文资料翻译.40Hi、/IL.刖 5豆浆是一种老幼皆宜、价廉质优的液态营养品,它所含的铁元素是牛 奶的6倍,所含的蛋白质虽不如牛奶高,但在人体内的吸收率可达到85%,因此有人称豆浆为“植物牛奶”。豆浆中富含植物蛋白,多种人体氨基酸,丰富的维生素及钙、铁、磷、锌、硒等微量元素,
8、不含胆固醇,并且含有 大豆皂贰等至少五六种可有效降低人体胆固醇的物质。鲜豆浆的大豆营养 易于消化吸收,经常饮用,对高血压、冠心病,动脉粥样硬化及糖尿病、骨质疏松等大有益处,还具有平补肝肾、防老抗癌、降脂降糖、增强免疫 的功效。但随着人们健康认识的增强,为了卫生,防止上了“黑心作坊”的当,喝的放心,纷纷选择家庭自制豆浆,从而拉动家用微电脑全自动豆 浆机市场活跃。据统计,目前全国已有上百家小家电企业加入了豆浆机制 造的行列。粗略计算,国内豆浆机产能未来两年内有望达到5000万台。豆 浆机的市场如次开阔,只有满足消费者的要求,才能提高销售业绩,才能 开拓新的领地。只有总结不足,不断的追求创新,开发新
9、的技术,才能在 这个竞争的时代不被淘汰。本文在总结了传统豆浆机优缺点的基础上,开 发研制了新的一款智能豆浆机,它更符合广大消费者的需求。它是一款单 机多能,节能环保,智能自动化的豆浆机。采用仿螺旋浆结构式的刀片,锯齿状外型,具有自动加热,打浆和实时报警的功能,温度传感器采用 DS18B20,具有较高的精确度。还改革了豆浆机的加工方式,真正实现了 磨豆浆,这样让豆浆的营养充分释放,噪音更低;外观采用仿生型,美观 大方更进一步贴近人们的生活。o第1章绪论豆浆机刚开始有传统泡沫型豆浆机,随着时代的发展,又出现了带网 豆浆机,在这个科技创新的时代,无网豆浆机成为了现在市场的主流。1.传统泡沫型:有代表
10、性的是榨汁机,料理机所附带的豆浆功能,这 类的豆浆机在做豆浆时要先把黄豆泡上4-8小时,泡软后才能用豆浆机打,而且打出的豆浆还要通过另外的加热器具进行煮熟,缺点:不能即时制作,整个过程比较费事。2.有网豆浆机:这种豆浆机改进了传统泡磨型豆浆机的缺点,可以放 入湿豆、干豆,选择相应的功能,即可以自动进行高速打碎,并通过自身 的加热系统把豆浆煮熟,无需另外再加工了,缺点:清洗比较麻烦。3.无网豆浆机:顾名思义,无网即是没有以前那种密网装置,改良为 大网,或是无底大网,这类网优点是清洗非常简单,而且豆浆的口感也非 常浓,也是目前市面上主流的品种。o第2章设计方案2.1 设计思路由于以前的豆浆机,磨浆
11、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。家用豆浆机先是接通电源,按下“启动”键,加热管进行加热,并有 温度传感器进行检测,当温度达到80时,控制电路会停止加热,电机会 带动刀片运行,进行对豆物的粉碎和磨浆。运行一段时间后停止,然后再 次运行电机,如此反复4至6次。再次对豆浆进行加热,当达到一定温度 时,豆浆上溢,进入熬煮程序,最后进行报警,豆浆加工完成。2.2 设计原理图27原理框图由单片机、电源电路、温度传感器、放干烧电路电路、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
12、豆浆机内,搅拌壶内倒 入适量的水,装好搅拌机。接上电源,指示灯LED亮,提示已接通电源,处于待命状态。按下启动键,开始加热,温度达到80时,停止加热;搅 拌马达运转,将黄豆粉碎,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。2第3章豆浆机的外部结构设计豆浆机的外部结构主要有机头和杯体两部分,它的核心功能是打浆和 加热。工作时先进行加热,加热一段时间后在电机的带动下,刀片对豆物 进行打碎,然后在熬煮一段时间,豆浆就完成了。3.1 杯体杯体像一个硕大的茶杯,有把手和流口,主要用于盛水或豆浆。杯体 有的用塑料制作,有的用不锈钢制作,但都是符合食品卫生标准的不锈钢
13、 或聚碳酸脂材质。在杯体上标有“上水位”线和“下水位”线,以此规范 对杯体的加水量。杯体的上口沿恰好套住机头下盖,对机头起固定和支撑 作用。在选择的豆浆机的时候,用户要看看这个杯体的制作原料是什么,因为杯体直接接触豆浆,符合安全卫生的用料很重要。需要说明,下盖的 材质同样需要符合食品卫生标准。3.2 机头机头是豆浆机的总成,除杯体外,其余各部件都固定在机头上。机头 外壳分上盖和下盖。上盖有提手、工作指示灯和电源插座。下盖用于安装 各主要部件,在下盖上部(也即机头内部)安装控制板、变压器和打浆电 机。伸出下盖的下部有加热管、刀片、防溢电极、温度传感器以及防干烧 电极。3.3 加热管加热功率800
14、W,不锈钢材质,用于加热豆浆。豆浆机加热管下半部 是小半圆形,易于洗刷。33.4 防溢电极用于检测豆浆沸腾,防止豆浆益出。它的外径5 mm,有效长度15 mm,处在杯体上方。为保障防溢电极正常工作,必须及时对其清洗干净,同时 豆浆不宜太稀,否则,防溢电极将失去防护作用,造成溢杯。3.5 温度传感器用于检测“预热”时杯体内的水温,当水温达到设定温度(一般要求 80 左右)时,启动电机开始打浆。3.6 防干烧电极该电极并非独立部件,而是利用温度传感器的不锈钢外壳兼。外壳外 径6 mm,有效长度89 mm,长度比防溢电极长很多,插入杯体底部。杯 体水位正常时,防干烧电极下端是应当被浸泡在水中。当杯体
15、中水位偏低 或无水,使防干烧电极下端离开水面时,控制板通过防干烧电极检测到这 种状态后,为保安全,将禁止豆浆机工作。3.7 刀片外形酷似船舶螺旋桨X型,高硬度不锈钢材质,这样刀片旋转起来后 在一个立体空间碎豆,有效的粉碎豆物,还能产生巨大的离心力甩浆,将 豆中的营养充分释放出来。刀片十分锋利,使用的时候要注意安全。3.8 电机采用的是单相串励电机,其起动转矩大、过载能力强、调速方便、体 积小、重量轻,功率是300W,加热好之后带动刀片旋转,打磨豆浆。4第4章系统硬件设计硬件上豆浆机的控制系统首先需要以单片机AT89c51为控制核心,刚 开始需要水位检测,这就需要一个传感器,为了减少成本,这里采
16、用一个 探针来代替传感器的使用,然后开始对水进行加热,开始时需要把水加热 到80C,这就需要一个温度传感器,这里采用数字温度传感器DS18B20,因为它单总线器件,线路简单,体积小,省去了 A/D转换,并行扩展等步 骤,使硬件图变得简单形象了很多。由于豆浆机加热完毕后,需要启动打 浆电机开始打浆,这里选用单相串励电机。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水位检测装置一样,沸腾溢出装置同样采 用一个探针来替代了传感器。对豆浆再次加热完毕后,预示着豆浆加工完 成了,最后发出声音信号,这里选用一个报警器。4.1 单片机AT89C51简介4.1.1 主要特性1.一个8位的89C51
17、微处理器。2.片内256字节数据存储器RAM/SFR,用于存放读写的数据。3.片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接,最 iWj振荡频率是:24Hz o4.片内4KB程序存储器Flash ROM,用于存放程序和原始数据表格。5.32可编程I/O线。6.两个16位定时器/计数器。7.5个中断源。8.可编程串行通道。9.低功耗的闲置和掉电模式。54.1.2引脚图图4-1 AT89C51引脚图VCC:供电电压。GND:接地。P0 0:P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口,每脚可吸收8TTL门电 流。当P1 的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部 程序数据存储器,它
18、可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外 部必须被拉高。P1:P1 是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口,P1 口缓冲 器能接收输出4TTL门电流。P1 管脚写入1后,被内部上拉为高,可用 作输入,P1 口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的 缘故。在FLASH编程和校验时,P1 口作为第八位地址接收。P2:P2 为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口,P2 口缓冲器可 接收,输出4个TTL门电流,当P2 口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻 拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2 口的
19、管脚被外部拉低,将输出 6电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地 址外部数据存储器进行存取时,P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八 位地址信号和控制信号。P3 0:P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口,可接收输出4 个TTL门电流。当P3 口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输 入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3 口将输出电流(ILL)这是由 于上拉的缘故。P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一
20、些控制信号。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口:P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2/INTO(外部中断 0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4 TO(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期 的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁 存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在 平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为
21、振荡器频率的 l/6o因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出 可在SFR8EH地址上置Oo此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是 ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效 7的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(OOOOH-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注
22、意加密方式1时,/EA 将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)oXTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。4.2 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。随着集成电路飞速发展,稳压电路也迅速 实现集成化市场上已有大量生产各种型号的单片机集成稳压电路。它和分 立晶体管电路比较,具有很多突出的优点主要体现在体积小、重量轻、耗 电
23、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。电源变压器:将电网提供的220V交流电压转换成为各种电路设备所 需的交流电压。整流电路:利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。滤波电路:利用储能元件(电感或电容)把脉动直流电转换成比较平 坦的直流电。稳压电源:利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压助。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 获得工作电源。当电源接入220V交流电,变压器开始对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 流电路对次级输出的交流电进行桥式整流,再由C6、C7进行
24、滤波,已形 成较平滑的直流电,送给三端集成正输出稳压器LM7805进行稳压调整。经LM7805稳压作用后输出+5V的直流电压,经C8、C9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8可靠。图4-2电源电路4.2.1 稳压器1.LM7805引 脚图:(1)接整流器输出的+电压(2)为公共地(也就是负极)(3)正5V输出电压了2.LM7805主要特性:(1)压降:2V(2)输出数:1(3)工作温度范围:0到150c(4)电源电压最大值:35V(5)电源电压最小值:(6)输出电压:5V(7)输出电流:L5A(8)芯片标号:78053.稳压器的作用:不稳定的电压
25、会使设备造成致命伤害或误动作,影响生产,造成交货 期延误、品质不稳定等多方面损失。同时加速设备的老化、影响使用寿命 甚至烧毁配件,使业主面临需要维修的困扰或短期内就要更新设备,浪费 资源;严重者甚至发生安全事故,造成不可估量的损失。所以使用稳压器,对用电设备特别是对电压要求严格的高新科技和精 密设备来说是必不可少的。图4-2中的7805就是输出的电压值为5V,保 证在器件安全电压范围之内,设备能够正常工作。4.2.2 整流器整流器是一个整流装置,由四个二极管组成。简单的说就是将交流(AC)转化为直流(DC)的装置。它有两个主要功能:(1)将交流电(AC)变成直流电(DC),经滤波后供给负载,或
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