基于单片机的自动豆浆机控制电路设计毕业设计.docx

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基于单片机的自动豆浆机控制电路设计毕业设计

摘要

论文针对:

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，打浆、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。

本文介绍的智能豆浆机系统由MCS-51系列单片机、温度传感器、加热电路、防溢电路、打浆电路、报警电路等组成，豆浆生产完全自动化。

针对其发展过程及历史背景对对豆浆机的不足及可取之处进行细致的分析。

并从硬件及软件两方面去分析，进而设计改进，并通过proe画出的零件图和整体装配图。

达到预想的结果

关键词：

MCS-51豆浆机外形图软件硬件。

Abstract

Thesis:

mostofthecurrentpopularmicrocomputerintelligentcontrolofsoybeanmilk,soybeanmilkaslongasthestart,beating,boilingsyrupfullyautomatedof,justtenminutestoautomaticallymakesoymilk,hygienicandreliable,andconvenient.

ThisarticledescribesthesystemconsistsofIntelligentSoymilkMCS-51seriesmicrocontroller,temperaturesensor,heatingcircuit,anti-overflowcircuit,beatingcircuits,alarmcircuitsandothercomponents,milkproductionandfullyautomated.

InviewofitsdevelopmentprocessandhistoricalbackgroundonDouJiangJishortcomingsanddesirableplaceadetailedanalysis.Andfromtwoaspectsofhardwareandsoftwaretoanalyzeanddesignimprovement,andthroughtheproedrawthepartsdrawingandthewholeassemblydrawing.Theanticipatedresultshavefinished

Keywords:

MCS-51，soybean，milkmachine，Appearancefigure，software，hardware

前言

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”。

豆浆被誉为女人最完美的食物，是因为豆浆中含有丰富的营养成分，其中异黄酮可以调节女性内分泌系统的平衡，保持女性肌肤美白，异黄酮还可发挥与雌激素相同的保健作用，如缓解更年期综合症、提高骨密度、预防骨质疏松等，而且它还能避免雌激素带来的副作用，如乳腺癌、子宫癌等。

豆浆中富含人体所需优质植物蛋白，八种必需的氨基酸，多种维生素及钙、铁、磷、锌、硒等微量元素，不含胆固醇，并且含有大豆皂甙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。

1绪论

1.1豆浆机的历史和现状

1995年北京电视台的电视购物栏目就出现了豆浆机的身影，但由于众多技术难题当时没有被攻克，豆浆机市场并未如愿发展起来。

当初豆浆机的缺陷是电机工作不稳定，不是打几次就坏，就是不按程序工作，返修率非常高，而且豆浆还一煮就糊，以致不少爱喝豆浆的人只好将其束之高阁。

目前，豆浆机的市场容量可以达到300万一500万台，有6.2%的城镇家庭表示要买豆浆机，特别是北京、上海、广州等大城市，未来两年家庭购买意向排名中豆浆机名列第三，有购买意向的家庭达26.796。

另据一项调查表明，预计3年之内，每年豆浆机市场潜力将以20%的速度增长，由于巨大的市场诱惑，许多大小家电企业纷纷宣布进军豆浆机市场，以期占有自己的一席之地，伴随着豆浆机市场份额的扩大和企业竟争的加剧，豆浆机的设计、功能等存在的问题也逐渐显现出来。

‘盆亩舀奋二奋奋‘二二亩.‘扁扁现在，很多家庭使用的全自动豆浆机，是用微电脑控制，集水位检测、粉碎、过滤、防溢、报警等功能为一体，实现制浆自动化。

制作豆浆整个过程只要13-巧分钟，耗电约为0.2度，使用方便经济，但是作为传统食品，豆浆虽早已走进千家万户，且老少咸宜，但让人们接受豆浆机却并不是件容易的事情。

这里存在着双重问题:

首先，由于替代品的存在及人们的消费习惯，鲜豆浆的消费市场并不足够大，留给豆浆机的份额更小;其次，对于豆浆机这个产品，消费者的认知还存在问题。

因此，作为一个产品的创新，豆浆机市场还有一个培育和引导发展的问题。

从某种意义上说，谁能够解决这个问题，谁才是真正的赢家，而市场的培育，最重要的是产品的完善及功能的不断提升，为此我们运用相关的理论，对豆浆机现有的缺陷进行改进，以提高人们对豆浆机的认识了解，以求更好地开拓市场。

1.2课题研究的目的和意义

一个企业的生存与发展是与其产品的功效市场和未来市场的走向密不可分的，豆浆机从诞生的那一天起，有许多的问题一直影响着其市场的推广，历经了十多年的发展，在新材料的选择，微电脑程序的控制，外观造型的改进，企业对豆浆机的技术改造投入了相当的技术力量，当产品达到一定功能后，企业往往会把力量转奋目日亩石奋亩亩亩亩亩曰亩曰右右而投向市场的开拓，如大量投入广告，应用各种促销手段，但其效果往往却不是十分理想，究其原因，企业没有很好的对产品所处的生命周期加以判断，举个非常简单的例子，如果现在企业还在为黑白电视机大打广告，那他门的后果是可想而知的;再者企业在推广自己的产品时，往往是自己给产品定型，没有与消费者有效的沟通，没有对消费者的消费心理进行很好的研究，其结果是自己感觉产品时尚，而消费者并不买单，这是我们引入消费心理学的一个重要原因，再者产品所应有的功能对其市场的形象和后续的竞争起着很大的作用，所以对产品的创新改进设计是本文的重点，通过我们对用户的调研资料反馈分析，我们分别对一些重要的部件进行改进，并对一些工艺也做了一些必要的修改，目的只有一个，迎合消费者的消费心理，使产品更有活力，从而使企业克服现有困难，重新打开豆浆机的消费市场。

本课题的来源是九阳电器有限公司，通过分析公司的市场调查报告，找出目

前豆浆机产品存在的缺陷，适应消费者对豆浆营养的需求而开发出新型号QYYXZ系列的豆浆机，既全营养旋转系列，希望新产品投入市场，能为公司带来新的利润增长点。

总之，本文的最终目的是设计出别具一格的新产品，进一步满足消费者的需求，使产品在市场上拥有竞争力，使企业更有效地占领市场，从而达到企业可持续发展的目的。

1.3本设计主要设计内容

本文的研究内容是基于现代工业设计理论和创新设计理论，对豆浆机现有的缺陷进行改进，豆浆机在十几年的发展过程中，有几个问题始终没有得到很好地解决，而创新设计的方法会给我们带来新的思路，从而解决了困扰豆浆机十几年的问题，同时为了提升企业的市场竞争力，我们引入了消费心理学，对消费心理的分析，主要是为了从市场的角度出发，综合考虑消费者的消费意识、消费行为、消费方法等等一系列的问题，从而为企业成功的开拓市场打下良好的基础。

在改进豆浆机的缺陷时，我们又对豆浆机所处的生命周期加以分析，避免其快速进入衰退期。

本文分析了豆浆机所处的生命周期阶段，对豆浆机的粉碎刀、滤网、熬煮方法等进行了改进，在打磨刀和杯体的创新设计过程中，使用的是Pro/E软件，该软件在工程制图中有着比AUTOCAD/CAI等软件不可替代的功能。

2豆浆机总体设计方案

2.1豆浆机的功能及设计要求

2.1.2豆浆机基本功能

硬件的功能要求：

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，加热及打浆电路，防干烧电路及防溢电路，声光报警等控制，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。

硬件上豆浆机的控制系统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，开始时需要把水加热到80℃，这久需要一个温度传感器，这里采用NTC热敏电阻温度传感器，因为它灵敏度高、反应快，只是因为该温度传感器采用模拟量测量过，需要A/D转换。

由于豆浆机需要使用防干烧电极防止出现干烧情况，所以这里采用一个探针来代替传感器。

给豆浆机加热完毕后，需要启动电机开始打浆，这里选用单相串励电机，因为串励电机具有机动转矩大、过载能力强、体积小、重量轻等很多优点，并且改类型电机在家用电器使用很普遍。

当打完浆后，需要对豆浆再次加热，这里就用到防溢的装置，与防干烧装置一样，沸腾溢出装置同样采用探针来替代了传感器。

对豆浆防溢延煮后，预示着豆浆加工完成了，最后发出声光报警信号，这里选用一个报警器和发光二极管。

软件的功能要求：

软件上就是对单片机的编程，在编程前需要画出一个流程图，根据豆浆机控制系统的设计要求及目的，即插上电源、按下启动按钮并且选择功能后，如果选择功能一（富纤豆浆），且没有出现水位过低的情况，就启动加热装置对水加热，当水温达到了80℃左右，豆浆机停止加热。

启动电机高速旋转打浆，打浆共6次，每次20秒，间隔10秒。

打浆结束后，电加热器继续加热，一直加热到豆浆第一次沸腾。

豆浆第一次沸腾后，本机防溢功能自动启动，进入延煮过程。

电热器间歇加热，是豆浆反复煮沸，充分煮沸并防止溢出。

防溢延煮约8分钟结束。

工作结束后，机器发出声光报警，提示豆浆已经做好。

此时关闭开关、拔下电源插头后，即可准备饮用豆浆。

如果选择功能二（浓香豆浆），并且没有出现水位过低的情况，就启动加热装置对水加热，但水温达到了80℃左右，豆浆机停止加热。

启动电机高速旋转打浆，打浆共4次，每次15秒，间隔10秒。

打浆结束后，电加热器继续加热，一直加热到第一次沸腾。

豆浆第一次沸腾后，本机防溢功能自动启动，进入延煮过程。

电热器间歇加热，使豆浆充分煮熟并防止溢出。

防溢延煮约8分钟结束。

工作结束后，机器发出声光报警，提示豆浆已经做好。

此时关闭开关、拔下电源插头后，即可准备饮用豆浆。

注：

豆浆机的防干烧功能在工作过程中，自动启动。

按照上述对豆浆机控制系统的要求，完成豆浆机控制系统设计的流程图后，对单片机进行软件设计的编程来配合硬件的设计以至于完成整个豆浆机控制系统的设计。

2.1.2设计要求

1分析豆浆机工作原理和结构，并用proe完成外形结构的设计

2各个功能模块的设计

3单片机与各模块之间的接口与控制

4单片机控制各模块程序的编写

5单片机对打浆电机的控制

2.2豆浆机总体设计方案

2.2.1基本原理

本设计原理如图1所示

复位电路

图2.1

控制系统首先通过电源电路对系统供电，其中温度传感器、防溢电路、放干烧电路、时钟电路、复位电路、按键、均是输入部分，声光报警、电机、加热电路均是输出部分。

通电后，单片机启动加热器加热，

加热到80℃时停止加热，然后启动电机，电机通过旋转打豆，打豆完成之后，又通过加热器加热。

其中复位电路是复位系统的，按键为工作功能选择键。

2.2.2总体方案设计

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。

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80度左右时，停止加热。

启动磨浆电机开始磨浆，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6次或者4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。

豆浆加工自动进入防溢延煮程序，豆浆加工完成后发出声光报警信号。

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。

如图1.1所示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

表2.1方案一设计框图

打浆电路

温度传感器

加热电路

报警电路

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。

如图1.2所示其工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6次或者4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6次或者4次，豆浆加工完成后发出声光信号。

表2.2方案二设计框图

单片机

加热电路

防干烧、防溢电路

打浆电路

温度传感器

报警电路

电源电路

3方案论证

方案一由上所示，由单片机、电源电路、温度传感器、打浆电路、加热电路、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，按下“功能键”，开始加热，加热到一定温度后，开始打浆，打浆浆结束后,又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。

其缺点是：

没有防干烧、防溢功能。

方案二由上所示,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。

先将黄豆放入豆浆的搅拌器滤网内,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，提示已接通电源，指示灯LED亮，处于待命状态。

按下全自动启动键，开始加热，温度达到80度时，停止加热；搅拌马达运转，将黄豆粉碎，豆浆过滤，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。

若豆浆较长时间没喝而变凉，按下再加热键HEAT，加热至沸腾后，停止加热，发出报警声。

若缺水，则关闭加热器和马达，并发出急促的报警声,直到关闭电源，加好水后才能工作。

进行论证后,我选择第二方案。

其原因是:

（1）加工方式是全自动。

（2）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时间，防止粉碎后煮浆时间过长所易造成的糊锅现象。

3豆浆机的外形结构设计

3.1豆浆机的基本结构

豆浆机主要由上盖、下盖、杯体、电机、温度传感器、防溢电极、刀头、加热管等构成其详细结构图如下：

图3.1豆浆机基本结构图

3.2杯体设计

杯体像一个钢材料制成，其中PC材料耐高温，无毒无味，光亮度高，易清洁，防跌落设计，小孩子用的奶瓶就是这种材料的，不光耐高温，也不怕摔。

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。

3.3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）安装有电脑板、变压器和打浆电机。

伸出下盖的下部有电热器、刀片、网罩、防溢电极、温度传感器以及防干烧电极。

其材料：

上盖用ABS工程材料，机械强度大，收缩率小，绝缘特性好，结实耐用，摩托车的头盔就是选用的这种材料，耐磨度耐热度。

下盖用PP材料，符合国家食品级卫生标准，耐高温，无毒无味，强度较高，微波炉加热器皿正是用这种材料。

其proe图如下。

图3.3a机头上盖

图3.3b机头下盖

3.4底座设计

根据底座功能主要是散热性好，耐用。

切刚好与杯体底部配合。

设计为环形散热口，考虑其隔热性用ABS工程材料制成。

如下图所示

图3.4底座

3.5小电机的选择电机

电机需润滑效果好，运行平稳，噪音低，高效耐用结合设计尺寸选单相串励电动机 型号 6331 极数 12极 如下图所示

图3.5

3.6刀片

外形酷似船舶螺旋桨，高硬度不锈钢材质，用于粉碎豆粒。

选用X型旋风精磨刀，空间三层超微粉碎，刚硬度钢。

如下图所示

图3.6

3.7网罩

用于盛豆子，过虑豆浆。

实际工作时，网罩通过扣合斜楞而与机头下盖是扣合在一起的。

清洗时会发现，受热后网罩与机头下盖扣合出现过紧，因此拆卸网罩时应先用凉水将其冷却，以免用力过大而划伤手或弄坏网罩。

特别是清洗网罩比较费事，往往让用户感到太辛苦，这一问题引起各厂家重视。

九阳公司经过技术创新，对网罩改进实现了重大突破，应用九阳专利导流技术的拉法尔网，匹配“X型旋风刀片”，经上万次全循环精细磨浆，不但大大地提高了豆浆营养质量，同时使网罩的清洗变得简便而轻松。

其图如所示

图3.7网罩

4豆浆机控制系统的硬件设计

4.1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。

4.1.1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该经稳稳压电路进行稳压。

4.1.2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。

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。

4.1.3变压器容量、整流二极管的计算与选择

据整流原理，因为UO=O.9U2，则可以得到U2=UO/O.9=5v/0.9≈5.56V。

在考虑到变压器、绕组损耗（压降）和整流二极管的压降，在T程中必须再在上述基础上增加5%，即U2=5.56*（1+5%）≈5.83V，整流二极管的承受最大的反向电压UDl=21/2U2≈5.83V，因为稳压器的最大电流是3A，所以流过二极管的最大电流ID1=1/2Ii=0.75ID2=0.75A；D2中的四个二极管的耐压值至少应该为8.24V，允许流过的最大电流为0.75A。

由于变压器输入的电压是220V，而副线圈输出的电压时12V，故有线圈匝数N=

=

==0.003。

变压器副边的有效值:

I2=1.ll*l.5=1.67A.变压器的容量：

S=UI=5.83*1.67=9.74W。

4.1.4电源工作原理

整个电源电路如图4.1所示，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。

当电源接入220V交流电，TR1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E2、C2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78L05进行稳压调整。

经78L05稳压作用后输出+5V的直流电压，经E3、C3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4.1豆浆机控制系统的电源电路

4.1.5桥式整流电路简介

桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。

桥式整流电路图如图4.4，它的工作原理如下:

输入为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。

电路中构成ab、D1、R、D3通电回路，在R上形成上正下负的半波整洗电压,输入为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。

电路中构成ab、D2、R、D4通电回路,同样在R上形成上正下负的另外半波的整流电压。

图4.2

如此重复下去,结果在R上便得到全波整流电压。

其波形图和全波整流波形图是一样的。

从图4.4中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。

桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。

半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。

桥式整流器利用四个二极管，两两对接。

输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。

桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。

4.1.6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。

在此设计中我选用的是78XX系列中的78L05，它能够提供多种固定的输出电压，应用范同广。

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。

4.1.7稳压器简介

78L05是一种固定电压（5V）三端集成稳压器,其适用于很多应用场合.象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在-卡调节.此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源,如可驱动输出电流高达100毫安的稳压器。

图4.2为几种三端集成稳压器。

.

图4.3

其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况。

当用于替代传统的齐纳二极管-电阻组的时候，其输出阻抗得到有效的改善,其偏置电流大大减少。

78L05特性：

　　*三-端稳压器；

　　*输出电流可达到100mA；

　　*无需外接元件；

　　*内部热过载保护；

　　*内部短路电流限制；

　　*从2004年底开始，提供的各类封装形式，均为无铅封装产品。

78L05应用须知：

　　*如果稳压器离电源滤波器有一段距离,Cin是必需的；

　　*Co对稳定性而言是可有可无的,但的