家用智能豆浆机构造及相关参数.docx

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家用智能豆浆机构造及相关参数

家用智能豆浆机构造及相关参数

摘要

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75℃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。

关键词：

PIC16C54智能豆浆机控制系统稳压电源

ABSTRACT

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

Atfirst,addsomesoybeanintheblender'sfilter,pouredanappropriateamountofwaterintotheblenderandinstalledblender.Whenconnectedtopowersupply,thebuzzersoundedonce,tipshavebeenconnectedtopower,theLEDlightup,tipstheSoya-beanmilkmachineinthestandby.PressthebuttonofSTARTtostartheating.Whenthetemperaturereachedaround75℃stopheating,StirringmotoroperationwillbecrushedsoybeansandtheSoya-beanmilkisfiltered,thenthemotorstoppedandstartedheatinguntilboiling,andstopheating,issuedawarningsoundpromptedmilkhavebeendone.Ifalongtimenottodrinkandbeecool,pressthebuttonofHEATtostartheatingagainuntiltoboilingandissuedawarningsound.Ifdry,turnofftheheaterandmotor,pressanybuttonnottorespond,andissuedaalarmsounduntiladdingenoughwatertocontinuetouseit.

Keywords:

PIC16C54;Intelligentsoya-beanmilkmachine;ControlSystem;Stabilizedvoltagesupply

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75℃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。

一、豆浆机原理及功能

1.1、制浆原理：

豆浆机的制浆原理有两种：

网罩式、无网式

网罩式：

旋转、涡流、切割、碰撞、回流、循环如图1-1

1-1

无网式：

旋转、涡流、转动、反弹、切割、循环如图1-2

2-2

1.2、工作步骤：

预热、打浆、煮浆、延浆

预热：

全功率大火加热，约6分钟

打浆：

98℃开始（180W），30秒/次，间隔10—15秒，打9次，总时间为4—5分钟,功能不同，时间设置也不同。

煮浆：

小功率熬煮（300W），约3分钟左右，直至水位第一次升至防溢电极。

延煮：

水位升至防溢电极后，停止加热。

（数秒）后再次重新加热，如此反复，使水温保持在99.5±0.05℃温度之间，此过程持续时间为4—5分钟。

1.2家用豆浆机的设计思路

图1-3方案设计框图

如图1-1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℃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。

1.3豆浆机结构及部件

总体结构图如图1-3：

1-3

1.3.1主要部件及作用—杯体：

主要用于盛水或豆浆，有把手和倒浆口。

在杯体上标有“上水位”线和“下水位”线。

主要部件及作用—防干烧电极：

作用：

防止干烧

尺寸：

外径6mm，有效长度89mm，插入杯体底部。

原理:

低电平高电平

1.3.4主要部件及作用—电机

交流串激电动机――可直流，可交流。

特点：

启动力矩大、转速高、调速X围广，稳定性高，粉碎效果好180W。

1.3.5主要部件及作用—网罩

无网结构（BBK、MD）和有网结构（JY）如图1-4

1-4（左为无网结构、右为有网结构）

1.3.6主要部件及作用—网罩

网罩为有网结构可分为导流罩和细孔网罩导流罩：

安装在机头上。

特点：

打浆效率较高。

但拆装、清洗麻烦，卷边易残留豆渣，冷打水果效果不好（切碎）。

如图1-5

1-5

细孔网罩：

食材放在网罩里打磨。

特点：

打浆效率高，但是滤网难清洗，且不上档次，退出市场。

如图1-6

1-6

1.3.7主要部件及作用—刀片：

304不锈钢。

刀片具有一定的螺旋倾斜角度，这样刀片旋转起来后在一个立体空间碎豆，碎豆较彻底。

此类刀片对电机要求比较高，且多用于无网豆浆机。

如图1-7

1-7

1.3.8主要部件及作用—加热管

用于加热和熬煮豆浆。

加热功率从800W到1100W不等，不锈钢材质。

分类：

弧形管加热：

特点：

不易糊管。

但清洗比较麻烦，市场主流。

如图1-8

1-8

杯底加热：

特点：

机头下部清洗简单，非常容易糊底，底部有加热电路，杯体不能放入水中，清洗不方便。

如图1-9

1-9

二、豆浆机中轴轮系传动比的计算

2.1、轮系的基本概念

2.1.1轮系：

由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统；

2.1.2轮系的分类：

定轴轮系：

所有齿轮轴线的位置固定不动；

周转轮系：

至少有一个齿轮的轴线不固定；

2.1.3定轴轮系的分类：

平面定轴轮系：

轴线平行；

空间定轴轮系：

不一定平行；

2.1.4轮系的传动比:

轮系中首、末两轮的角速度（或转速）之比，包括两轮的角速比的大小和转向关系。

传动比的大小：

当首轮用“1”、末轮用“k”表示时，其传动比的大小为：

i1k＝ω1/ωk＝n1/nk

传动比的方向：

首末两轮的转向关系。

相互啮合的两个齿轮的转向关系：

2.2、平面定轴轮系传动比的计算

2.2.1特点：

（1）轮系由圆柱齿轮组成，轴线互相平行；

（2）传动比有正负之分:

首末两轮转向相同为“+”，相反为“-”。

2.2.2传动比大小

设Ⅰ为输入轴，Ⅴ为输出轴；

各轮的齿数用Z来表示；

角速度用w表示；

首先计算各对齿轮的传动比：

所以：

结论：

定轴轮系的传动比等于各对齿轮传动比的连乘积，其值等于各对齿轮的从动轮齿数的乘积与主动轮齿数的乘积之比；

2.2.3传动比方向

在计算传动比时，应计入传动比的符号：

首末两轮转向相同为“+”，相反为“-”。

（1）公式法

式中：

m为外啮合圆柱齿轮的对数

举例：

（2）箭头标注法

采用直接在图中标注箭头的方法来确定首末两轮的转向，转向相同为“+”，相反为“-”。

举例：

2.3、空间定轴轮系的传动比

2.3.1特点：

（1）轮系中包含有空间齿轮（如锥齿轮、蜗轮蜗杆、螺旋齿轮等）；

（2）首末两轮的轴线不一定平行。

2.3.2传动比的大小

2.3.3传动比的方向

注意：

只能采用箭头标注法，不能采用（-1）m法判断。

分两种情况讨论：

情况1：

首、末两轮轴线平行

传动比计算式前应加“+”、“-”号，表示两轮的转向关系。

举例：

情况2：

首、末两轮轴线不平行

只计算传动比的大小，各轮的转向在图中标出。

举例：

大小：

转向如图。

三、单片机相关结构与功能

3.1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：

·512×12位EPROM·25字节通用RAM

·12根双向I/O线·TMRO定时/计数器

·上电复位POR电路·复位定时器

·自振式看门狗WDT

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。

从引脚OSC1输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3-1所示：

图3-1时钟、指令时序

3.2单片机的结构、引脚及功能

（1）PIC16C84单片机结构如图3-2所示

图3-2PIC16C54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。

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3-3所示：

图3-3PIC16C54单片机内部功能

四、程序流程图

主程序流图如图4-1所示：

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HEAT程序；若没按下则返回缺水检测程序，循环进行。

接通搅拌马达的电源，运转20秒，停止10秒，循环5次，保证马达间歇工作。

而后关闭马达，调缺水检测子程序，若缺水则急促报警，关闭马达；若有水，加热器通电工作。

检测是否沸腾溢出，若没沸腾溢出，则返回缺水检测程序，若不缺水，继续加热；若沸腾溢出，溢出小于16次，则加热停止20秒，避免豆浆继续溢出，然后返回缺水检测程序，不缺水时再加热；若沸腾溢出达到16次，即第一次沸腾后，间断的加热约5分钟，保证豆浆完全煮熟。

最后发出“滴-，滴，滴”周期性柔和的双音报警，提示工作完毕，豆浆已做好。

全自动启动键START程序流程图如图4-2所示：

图4-2START程序流程图

加热键HEAT程序流程如图4-3所示：

图4-3HEAT程序流程图

五、结论

本文讨论的单片机控制系统具有①抗干扰能力强，②安全可靠，③报警程序为多警声输出，便于区分工作状态等特点。

由于受到硬件设施和时间等方面的限制，本系统的样品尚未完成。

但根据市场上同类产品的测试参考表明，该豆浆机使用方便，从黄豆的粉碎、过滤到豆浆的加热、煮熟全过程实现全自动，只需十几分钟即可制成新鲜可口的豆浆。

它能对按键操作命令和无水干烧、加热溢出等现象做出实时判断和响应，整个工作过程流畅顺利，其运行达到了最初的设计要求。

由于整个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，实现最佳的工作效果。

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