智能仪器全自动豆浆机课程设计概论.docx

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智能仪器全自动豆浆机课程设计概论

课程设计名称：

智能仪器设计

题目：

全自动豆浆机的设计

学期：

2013-2014学年第二学期

专业：

班级：

11-1班

姓名：

XX

学号：

1XXXXXXXXX

指导教师：

辽宁工程技术大学

课程设计成绩评定表

学期

2013-2014

（二）

姓名

专业

班级

课程名称

智能仪器设计

论文题目

全自动豆浆机的设计

评定指标

评定指标

分值

得分

知识创新性

20

理论正确性

20

内容难易性

15

结合实际性

10

知识掌握程度

15

书写规范性

10

工作量

10

总成绩

100

评语：

任课教师

时间

2014年5月26日

备注

课程设计任务书

一、设计题目

全自动豆浆机的设计

二、设计任务

设计单片机控制下的全自动豆浆机，详细介绍其硬件和软件设计，并对各个功能模块做详细介绍。

三、设计计划

本设计共1周。

第1天：

针对选题查资料，确定设计方案；

第2天：

方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；

选用芯片参考：

电源、稳压器、变压器。

第3天：

编写主程序流程图和软件程序；

第4天：

利用Multisim或PROTUES电路仿真，画电路原理图；

第5天：

编写整理设计报告。

四、设计要求

1、绘制软件流程图并利用汇编语言编写软件程序；

2、绘制系统硬件原理图；

3、形成设计报告。

指导教师：

教研室主任：

2014年5月26日

摘要

本设计采用单片机AT89C51来实现全自动豆浆机的各个功能的控制。

在本设计中，能实现以下功能：

加热及磨浆,水位检测及沸腾溢出检测,报警,主动消泡。

在豆浆机工作过程中，全部用软件控制。

用定时来完成。

防液位溢出和过低用中断方式来实现。

可以针对食品原料的物理特性不同，在加工处理时采用不同的加工模式，其主要区别在于加热和粉碎时间的长短不同。

关键字：

AT89C51；豆浆机；水位监测

1全自动豆浆机的设计分析········································1

2硬件的选择·····························································1

2.1单片机选用····························································2

2.2电源的设计····························································2

2.2.1稳压器的选用···············································2

2.2.2电源工作原理·······················································3

2.3加热及磨浆电路的设计···············································3

2.4水位检测及沸腾溢出检测电路的设计·································5

2.5报警电路的设计·····················································6

2.6主动消泡装置························································6

2.7电路总图····················································7

3控制系统的软件功能分析··············································7

3.1高效省时的豆浆机控制系统的流程的设计····························8

结论·····································································9

参考文献·······························································10

1全自动豆浆机的设计分析

豆浆机的控制系统以单片机AT89C51为控制核心，结合控制传感器，加热及磨浆电路，水位检测及沸腾溢出电路，报警电路，主动消泡装置的控制，达到只要启动豆浆机以后，所有的控制过程都实现完全自动化的目的。

第一步为初始化程序,第二步为水位检测程序,第三步为水加热程序,第四步为粉碎程序,第五步为烧煮豆浆程序,第六步为报警程序。

图1-1豆浆机控制器结构框图

2硬件的选择

硬件上豆浆机的控制系统分为三个部分。

首先，需要有一个单片机芯片作为控制核心来控制它的工作过程，刚开始需要进行水位检测，这就需要一个传感器，为了减少成本，这里采用一个探针来代替传感器的使用，然后开始对水进行加热，加热时需要把水预先加热到80℃，这时使用全功率加热，加热管功率为1500W，这里加热管的功率是传统的豆浆机的两倍，这样就能够节省出一部分时间。

第二部分，当给豆浆加热至80℃后，启动打浆电机开始打浆，这里我选用的是单相串励电机，因为串励电动机具有起动转矩大、过载能力强、调速方便、体积小、重量轻等很多优点，在家用电器中普遍使用，同时加热管工作功率在电机启动后2分钟后改成用750W，这是由单片机通过改变占空比来实现的。

加热管使用750W加热1分钟后再次通过单片机改变占空比改变加热管功率为400W进行加热，其后30秒电机停止工作。

在第二阶段，若发生溢出，则停止加热，暂停时间为4秒，之后回到主程序继续工作，同时补偿加热时间7秒。

第三阶段为文火煮浆阶段，这一阶段加热管功率改为350W，煮浆阶段中豆浆由于加热会产生大量的气泡，这时就需要启动电动机5秒用主动消泡进行气泡的消除，文火煮浆阶段共加热3分钟，加热结束30秒工作结束，蜂鸣器响起提示豆浆煮好。

2.1单片机的选用

单片机的种类较多，本设计选用的是AT89C51.AT89C51是51系列单片机的一个型号，他是ATMEL公司生产的。

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可为提供许多较复杂系统控制应用场合。

2.2电源的设计

2.2.1稳压器的选用

集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。

由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显著优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。

常用的集成稳压器有：

金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。

在电子制作中应用的较多的是三端固定输出稳压器。

78XX系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格，最大输出电流为1.5A。

它的工作原理：

取样电路将输出电压按比例取出，送入比较放大器与基准电压进行比较，差值被放大后去控制调整管，以使输出电压保持稳定。

它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度飘逸小的基准电压源，工作稳定可靠。

78XX系列集成稳压器为三端器件，一脚为输入端，一脚为接地端，一脚为输出端，使用十分方便。

在此设计中选用的是78XX系列中的7805，它能够提供多种固定的输出电压，应用范围广。

内含过流、过热和过载保护电路。

带散热片时，输出电流可达1A，虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。

在本设计中就是利用它把12V的直流电压变成5V的稳定电压给单片机提供电源，以确保正常工作。

2.2.2电源工作原理

控制电路采用变压器降压、晶体二极管整流等方法获得工作电源。

当电源插头J1插入220V交流电,T1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。

整流硅对次级输出的交流电进行桥式整流，再由C3、C1进行滤波，已形成较平滑的直流电，送给三端集成正输出稳压器7805进行稳压调整。

经7805稳压作用后输出+5V的直流电压，经C4、C2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可靠。

图2-1豆浆机控制系统的电源电路

2.3加热及磨浆电路的设计

加热电路的作用是通过加热管把磨成粉沫的黄豆煮熟，本设计使用的加热器的最大功率为1500W；磨浆电路的作用是通过电机把黄豆搅拌成粉沫，电机选用的是单相串励电机，由于串励电动机具有起动转矩大、过载能力强、调速方便、体积小、重量轻等很多优点，在家用电器中普遍使用。

但是串励电机的转速很高，为了避免其连续工作容易造成损坏，本设计采用的是间歇性打浆的方式。

单片机输出电流经三极管放大，来驱动继电器闭合，使加热管发热把豆浆煮熟。

同理，继电器闭合使电机运转把黄豆搅碎。

图2-2加热及磨浆电路

加热及磨浆电路的工作原理如图所示。

加热及磨浆电路由继电器JR1、JR2，三极管T2、T3，电阻R5、R6以及二极管D1，D2,单片机AT89C51组成。

当单片机工作时，检测完水位正常后，赋给P1.1一个低电平，软件检测到P1.1变为低电平后，赋给单片机P3.0脚一个高电平，使三极管T2饱和导通，电流流过继电器JR1，使触点闭合，于是加热管得电开始对豆浆加热，加热持续3分钟，这时的温度达到80度左右，启动电动机进行打浆。

加热功率为750W的时候，单片机P3.4脚为高低电平交替，使三极管T3饱和导通和断开，从而控制继电器触点闭合与开启，实现了功率的转变。

其后的400W与300W也使用同样的方法获得。

2.4水位检测及沸腾溢出检测电路的设计

水位检测及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家用豆浆机缺水时干烧及沸腾溢出等问题。

这里采用探针作为传感器来检测水位及沸腾溢出，然后通过比较器输出高低电平，这样就可以通过单片机检测比较器输出电平的高低来检测水位及沸腾时的溢出状态。

水位检测及沸腾溢出电路的原理如图所示，K1，K2分别是水位检测传感器和沸腾溢出传感器，为了减少成本，这里采用探针来代替这两个传感器，使用中将装植物的金属杯接控制电路的公共点“地”，探针分别通过传输线与单片机的P1.1，P1.0端连接。

正常工作时，K1被水淹没，它和地之间的电阻较小，与R13共同对+5V分压，U+得到比U-低的电压，比较器IC3B输出低电平。

缺水时，K1露出水面，它的电阻很大，R13共同对+5V分压，U+得到比U-高的电压，比较器IC3B输出高电平。

用软件检测比较器IC3B的输出电平，便知道是否缺水。

用同样的方法检测豆浆是否沸腾溢出。

图2-3全自动豆浆机控制系统的缺水及沸腾溢出电路

2.5报警电路的设计

报警电路的作用是通过蜂鸣器发出声音信号，提醒主人豆浆已经煮好了。

声音信号电流从单片机的P3.5脚输入到三极管T4，使功率放大，驱动蜂鸣器B1发出声音。

报警电路如图所示，报警电路由单片机AT89C51、电阻R7、三极管T4与蜂鸣器B1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P3.5脚自动输出一个高电平，通过电阻R7使三极管T4饱和导通，于是蜂鸣器B1发出报警声音，提醒主人豆浆加热完成。

图2-4全自动豆浆机控制系统的报警电路

2.6主动消泡装置

主动消泡装置主要是由两根吊挂在磨浆电机主轴上的铜制金属棒制成。

通过多次试验得出：

当两根铜棒安装在防溢电极水平线下方3cm处时，消泡效果最佳。

2.7电路总图

3控制系统的软件功能分析

软件上就是对单片机的编程了，在编程前需要画出一个流程图，根据高效省时的豆浆机控制系统的设计要求及目的，即插上电源按下按钮后，先对豆浆机进行水位检测，符合要求后加热管开始对水进行加热，这时加热管是以1500w的功率对水加热的。

当水温达到80℃左右，启动磨浆电机开始磨浆，磨浆电机不间断的打浆，磨浆的同时对豆浆这时加热管改为750w的功率工作。

当豆浆研磨完毕时电动机停止运转，加热管改为400w的功率对豆浆进行加热。

最后阶段使用350W对豆浆加热，由于加热的缘故会豆浆上溢，当豆浆沫接触到防溢电极时，暂停磨浆，启动主动消泡装置，进行消泡。

这样直到豆浆加工完成，间歇30秒后发出声音信号。

实际工作中，打浆的时候会有少量的豆浆溅到防溢电极上，这时就需要一个延时子程序对其进行延时使得豆浆机不会产生误操作。

按照上述对高效省时的豆浆机控制系统的要求，完成高效省时的豆浆机控制系统设计的流程图后，对单片机进行软件的编程来配合硬件的设计以至于完成整个高效省时的豆浆机控制系统的设计。

3.1全自动豆浆机控制系统的流程的设计

图3-1全自动豆浆机控制系统的流程图

全自动豆浆机控制系统的流程图如图所示，先上电初始化，然后按下按钮，先检测水位符合要求吗，如果不符合，则由警鸣器发出嘀嘀的声音来提示主人，如果符合要求，则加热管用全功率开始对豆浆机内的冷水进行加热，当加热到80℃以后，启动电动机进行打浆，2分钟后加热管的功率降至750W，直到打浆结束进入小功率煮浆阶段，这时的加热管功率为400W。

煮浆阶段豆浆由于加热会起泡，如果泡沫触到防溢电极则启动主动消泡装置，如此往复，直到完成煮浆过程，延时10s后蜂鸣器发出声音进行提示。

结论

在本设计中，经过多次的修改和整理，可以满足设计的基本要求。

能实现以下功能：

加热及磨浆,水位检测及沸腾溢出检测,报警,主动消泡。

在豆浆机工作过程中，全部用软件控制，用定时来完成。

防液位溢出和过低用中断方式来实现。

按照上述对全自动豆浆机控制系统的要求，完成了全自动豆浆机控制系统设计的流程图，通过对单片机进行软件的编程来配合硬件的设计，完成了整个全自动豆浆机控制系统的设计。

参考文献

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北京航空航天大学出版社，2010

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西安电子科技大学出版社，2013

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