家用豆?jié){機全自動控制裝置設(shè)計

1、家用豆?jié){機全自動控制裝置設(shè)畢業(yè)設(shè)計豕用豆?jié){機全自動控制裝置畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的 指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注 和致謝的地方外不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果, 也不包含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體,均已在文中作 了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集.保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定,即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本

2、; 學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與 閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?縮印.數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文; 在不以贏利為目的前提下,學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期：1 2Ab第 第3 3 章 4 4章 章3 4 5第 第 第設(shè)計思路與方案51設(shè)計思路52 方案設(shè)計53方案論證6單元電路設(shè)計81傳感器的設(shè)計與選用82. 1.1傳感器的作用及組成82- L 2傳感器設(shè)計與選用82.1.3傳感器的工作原理132單片機處理電路的設(shè)計及選用 132. 2.1單片機處理電路的設(shè)計 132. 2.2單片機的選用142. 2. 3單片機的作用及組成142. 2.

3、4單片機的結(jié)構(gòu).引腳及功能143 缺水、沸騰溢出電路設(shè)計162. 3.1缺水.沸騰溢出電路的作用及組成162. 3.2缺水、沸騰溢出電路工作原理174報警電路設(shè)計182. 4.1報警電路的作用182. 4.2報警電路的設(shè)計1824.3報警電路的工作原理 195磨漿及加熱電路設(shè)計192.5.1磨漿電路的作用192. 5.2加熱電路的作用192. 5.3磨漿及加熱電路的設(shè)計1925.4磨漿及加熱電路的工作原理206 電源電路設(shè)計212. 6.1電源的作用及組成212. 6.2電源技術(shù)指標(biāo)222. 6.3整流二極管、變壓器容量的計算與選擇222.6.4穩(wěn)壓器的選用222. 6.5電源工作原理25系統(tǒng)

4、組成及工作原理261 系統(tǒng)組成262系統(tǒng)工作原理27程序設(shè)計281程序流圖282 程序設(shè)計30產(chǎn)品制作與調(diào)試325.1PCB板設(shè)計325.2元器件檢測與元器件項目表345. 2.1元器件檢測345. 2.2元器件項目表365.3 產(chǎn)品安裝365.4 產(chǎn)品調(diào)試38結(jié)論39參考文獻40致謝41附錄一主電路電氣原理圖42附錄二 FCB板布局圖43附錄三 PCB板圖44附錄四FCB板裝配圖453單片機控制系統(tǒng)抗干擾能力強，安全可靠。電路方面用繼電器隔離強電和弱電, 為了避免加熱器感應(yīng)電對缺水檢測和沸騰溢出檢測的干擾，參考地電極PG不直接接 地，而是經(jīng)RIO (100Q)接地；系統(tǒng)的內(nèi)部程程序穩(wěn)定。為了

5、防止加熱器干熱，在 主程序和子程序中，不斷檢測是否缺水，一旦缺水，關(guān)閉馬達或加熱器，并發(fā)出報 警聲。報警程序為多警聲輸出，接通電源時，發(fā)出“滴，滴，滴”，便于區(qū)分工作 狀態(tài)。經(jīng)反復(fù)測試表明，該家用豆?jié){機使用方便。它能夠?qū)Π存I操作命令和無水干燒、 加熱溢岀等現(xiàn)象實時做出判斷和響應(yīng)，整個工作過程流暢順利，它的運行達到了最 初的設(shè)計要求。由于整個工作過程完全采用程序控制，可根據(jù)不同的硬件和要求，很容 易通過調(diào)整相關(guān)的指令和時間常數(shù)等，實現(xiàn)最佳的運行效果。關(guān)鍵詞：單片機程序控制AbstractSingle-chip microcomputer control system anti-interfere

6、nce abi I ity is strong, safe and reliable Circuit aspects with relay isolation and high voI tags electricity, in order to avoid electrie water heater i nduct i on of testing and boiling the interference of overflow detectionr reference to electrode PG not directly grounded, but the R10 (100 Q) grou

7、nding; System1 s i rrt erna I process procedure stability. In order to preven t the heater dry heat, in the main program and the subroutirw. and constarrtly check whether a shortage of water, once a shortage of water, close motor or heater. and i ssued a warning of sound Alarm program which is p sou

8、nd output. connect the power supplyt send out ndrip dript drip . easyto distinguish between working state.After the repeated test show that the household DouJiangJi easy to use It is able to command and key operate without water, heating dry and overflow the phenomenon such as real-time judge and re

9、sponse, the whole process smooth and f I uent. i ts operat i on ach i eved the des i gn requ i remerrts. Because the who I e process comp Ietely using program corrt rol, according to different hardware and requirements. it is easy to adjust the instructions and related by the time constarvt. achieve

10、 the best effect of operation.Key word: Single-chip microcomputer , Program control第1章設(shè)計思路與方案1.1設(shè)計思路由于以前的豆?jié){機，磨漿要過濾豆渣，豆?jié){熬煮也要自己動手，還要特別注意 豆?jié){溢鍋的問題，程序繁瑣麻煩，給人們帶來不便，針對這些情況擬定開發(fā)家用豆 漿機全自動控制電路裝置。家用豆?jié){機全自動控制裝置是在單片機的程序控制下進行工作的。打漿時，插 上電源插頭，接通電源，直接按“啟動”鍵，控制電路控制豆?jié){機工作。先給黃豆 加熱，并由傳感器檢測溫度，當(dāng)溫度達到75度左右時，停止加熱。啟動磨漿電機開 始磨漿，磨漿

11、電機按間歇方式打漿：運轉(zhuǎn)20秒后停止轉(zhuǎn)運，間歇10秒后再啟動打 漿電機，如此循環(huán)進行打漿5次。磨漿完后，開始對豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達到一定 值時，豆?jié){上溢。當(dāng)豆?jié){沫接觸到防溢電極時，停止加熱，間歇20秒后再開始加熱, 如此循環(huán)16次，豆?jié){加工完成，間歇10秒后發(fā)出音響信號。1. 2方案設(shè)計方案1：此方案由單片機、傳感器、加熱電路、磨漿電路、報警電路組成。如圖 1.1所示其工作原理是先加熱，加熱到一定溫度后，開始磨漿，磨漿完后，磨漿停止, 又開始加熱即煮沸后，立即停機，報警提示。圖1.1方案1設(shè)計框圖方案2：此方案由單片機、傳感器、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電路、加熱 控制電路、報警電路等組成。

12、如圖12所示其工作原理是豆?jié){機加電后直接按“啟 動”鍵，控制電路控制豆?jié){機進行加熱，當(dāng)溫度達到75度左右時，停止加熱，開始 打漿；打漿電機按間歇方式打漿：運轉(zhuǎn)20秒后停止轉(zhuǎn)運，間歇10秒后再啟動打漿 電機，如此循環(huán)進行打漿5次。打漿結(jié)束后開始對豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達到一定值 時，豆?jié){上溢。當(dāng)豆?jié){沫接觸到防溢電極時，停止加熱，間歇20秒后再開始加熱， 如此循環(huán)16次，豆?jié){加工完成，間歇10秒后發(fā)出音響信號。圖1.2方案2設(shè)計框圖1. 3方案論證方案一如圖11所示，由單片機、傳感器、加熱電路、磨漿電路、報警電路組 成。工作過程是，先將黃豆放入豆?jié){機的攪拌器濾網(wǎng)內(nèi)，攪拌壺內(nèi)倒入適量的水， 裝好攪拌機。

13、接上電源，按下“加熱”鍵，開始加熱，加熱到一定溫度后，開始磨 漿，磨漿結(jié)束后,又加熱直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出柔和的報警聲，提示豆 漿己做好。其缺點是：沒有檢缺水、沸騰溢出。方案二如圖12所示，由單片機、傳感器、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電 路、加熱控制電路、報警電路等組成。先將黃豆放入豆?jié){的攪拌器濾網(wǎng)內(nèi)，攪拌壺內(nèi) 倒入適量的水，裝好攪拌機。接上電源，蜂鳴器長鳴一聲，提示已接通電源，指示燈 LED亮，處于待命狀態(tài)。按下全自動啟動鍵START,開始加熱，溫度達到75度 時，停止加熱；攪拌馬達運轉(zhuǎn)，將黃豆粉碎，豆?jié){過濾，然后馬達停轉(zhuǎn)，又開始加 熱，直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出報警聲，提

14、示豆?jié){己做好。若豆?jié){較長時 間沒喝而變涼，按下再加熱鍵HEAT,加熱至沸騰后，停止加熱，發(fā)出報警聲。若 缺水，則關(guān)閉加熱器和馬達，按任何鍵不響應(yīng)，并發(fā)出急促的報警聲，直到關(guān)閉電源, 加好水后才能工作。進行論證后，我選擇第二方案。其原因是：(1)加工方式是全自動。(2)粉碎黃豆 前加熱可以提高工作效率；縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰時間，防止粉碎后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現(xiàn)象。第2章單元電路設(shè)計2.1傳感器的設(shè)計與選用2.1.1傳感器的作用及組成傳感器一般由敏感元件、傳感元件、測量電路和輔助電源四部分組成，如圖21 所示。在工業(yè)生產(chǎn)自動化過程中，檢測、監(jiān)視和控制溫度、壓力、流量、液位、PH等參數(shù)，以

15、便設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，成本消耗最低，產(chǎn)品質(zhì)量最高，同時，在生產(chǎn) 過程中將各個環(huán)節(jié)的參數(shù)轉(zhuǎn)為電信號，并與計算機接口，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。被測由量圖2.1傳感器組成方框圖2. L2傳感器設(shè)計與選用 (1)傳感器的設(shè)計家用豆?jié){機的串勵電機工作轉(zhuǎn)速可達到12Kr/S左右，大約一分鐘時間便可將豆 粒徹底粉碎。但由于該電機不可長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，為了提高工作效率，粉碎前需要將 水溫加熱至75度左右，所以需要設(shè)計傳感器來作測溫計。在一定溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體材料的電阻尺丁和絕對溫度T的關(guān)系可表示為RT = aehT(2-2)其中常數(shù)4不僅與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)而且與它的尺寸均有關(guān)系，而常數(shù)僅與 材料的性質(zhì)有關(guān)。常數(shù)a、b可

16、通過實驗方法測得。例如，在溫度八時測得其電阻為血1(2.3)在溫度Ti時測得其阻值為Rn(2.4)將以上兩式相除，消去a得再取對數(shù)，有Rt加亓一石)Rt2In R、 In b=i(T 戸) T2(23)把由此得出的代入(23)或(2.4)式中，又可算出常數(shù)心 由這種方法確 定的常數(shù)a和方誤差較大，為減少誤差，常利用多個T和尺丁的組合測量值，通過 作圖的方法(或用回歸法最好)來確定常數(shù)a、b,為此取(2.2)式兩邊的對數(shù)。 變換成直線方程：In Rt = In + (2.6)或?qū)懽鱕 = A + BX(2.7)式中Y = nRT,A = na.B=b,X=lT f然后取X、丫分別為橫、縱坐標(biāo)，對

17、不同 的溫度T測得對應(yīng)的尺了值，經(jīng)過變換后作XY曲線，它應(yīng)當(dāng)是一條截距為A、 斜率為B的直線。根據(jù)斜率求出又由截距可求出a=eAo確定了半導(dǎo)體材料的常數(shù)Q和后，便可計算出這種材料的激活能E=bK(K 為玻耳茲曼常數(shù))以及它的電阻溫度系數(shù)a =丄如= _ZxWO%Rr dT T2(2.8)顯然，半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度系數(shù)是負的，并與溫度有關(guān)。熱敏電阻在不同溫度時的電阻值，可用惠斯通電橋測得。半導(dǎo)體熱敏電阻是一種新型的測溫元件，它的電阻一溫度特性曲線如圖2.9所示，可以看出其阻值隨溫度升高而很快減小，用它來設(shè)計測溫計或傳感器是很靈敏 的。T(k圖29溫度特性曲線為了用它來制作測溫計，首先要測定它的電

18、阻一溫度特性。這里介紹一種簡單 測試方法。 取熱敏電阻，如型號是RRC6型的小型熱敏電阻，按圖210所示的結(jié)構(gòu)，焊上引 線，套上一段塑料套管，再把它浸在熔化的石蠟鍋里浸蠟封口。接頭鉗幵圖2J0熱敏電阻 把上述熱效電阻接在圖211所示的電橋臂中，圖中檢流計用50微安的微安表,R3為電阻箱，取Ri=R24KQ,亳安表量程可取5亳安。R1(3)把熱效電阻放在如圖2.14所示的熱水瓶中，瓶中開始放冰水混合物，用02C 分度值的水銀溫度計測量水溫。 接通電橋電源，調(diào)節(jié)W,使毫安表讀數(shù)不大于1毫安，再調(diào)節(jié)Rs,使電橋平衡, 測出對應(yīng)溫度下熱敏電阻的阻值。 逐步提高水溫，測出不同溫度下的熱敏電阻阻值。332

19、GrCmA)圖2.15伏安特性順便說一下，為什么測量時電橋干路中的電流不能超過一定值，這是由于熱敏 電阻伏安特性決定的。熱敏電阻在同一室溫下的伏安特性如圖215所示。為什么當(dāng) 電流I上升到一定值后，它兩端的電壓U反而下降，這是由于通過熱敏電阻的電流 過大使它本身發(fā)熱造成的（自熱）。設(shè)計熱效電阻溫度計應(yīng)避免它進入特性的這一 階段（稱為負阻段）。設(shè)計熱敏電阻溫度計的電路如圖2.16所示。取R2=Ra, Ri值等于測溫范圍 最低溫度（0C）時熱敏電阻的阻值。Ri是校正滿刻度電流用的。取Ri值等于測溫 范圍最髙溫度（100-C）時熱敏電阻的阻值。測量時首先把S2接在Ri端，改變W 使微安表指示滿刻度，

20、然后再把S2接在Rr端，如果在0C時，Rt=Ri, Ra=R2, 電橋平衡，微安表指示為零。溫度越高，Rt值越小，電橋越不平衡，通過表頭的電 流也就越大。這樣就可以用通過表頭的電流來表征被測溫度的高低。圖2.16熱敏電阻溫度計的電路圖(2)傳感器的選用要測量壺中水的溫度，需要體積小的溫度計。而熱敏電阻傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，體 積小，電阻率高，熱慣性小，所以選用它作為家用豆?jié){機的測溫計。2.1. 3傳感器的工作原理金屬導(dǎo)電是靠自由電子在電場作用下作定向運動，當(dāng)溫度升高時，自由電子的數(shù) 目基本不增加，只有自由電子雜亂無章的動能增加了。因此在一定電場作用下，使自 由電子作定向運動就會遇到更大的阻力，即電

21、阻值增加了。而半導(dǎo)體參加導(dǎo)電的是載 流子(為自由電子和空穴兩種異性電荷),由于半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目要比原子的數(shù) 目少幾千倍到幾萬倍，相鄰自由電子之間的距離是原子之間距離的幾十倍到幾百倍, 所以在一般情況下它的電阻值很大。當(dāng)溫度升高時，半導(dǎo)體中更多的價電子獲得熱能 而激發(fā)，掙脫核束縛成為載流子,因而參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目增加了，所以，半導(dǎo)體的 電阻值隨溫度升高而急劇減小，且按指數(shù)規(guī)律下降，呈非線性。2. 2單片機處理電路的設(shè)計及選用2. 2.1單片機處理電路的設(shè)計隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用單片機控制的產(chǎn)品已經(jīng)十分普遍，涉及的領(lǐng)域 也十分廣泛。在家電領(lǐng)域中，如豆?jié){機,它以單片機為核心，在單片機控制

22、下，完成 從加熱到磨漿再到加熱燒開的過程，都不需要人工操作。采用模糊控制的控制理念, 使豆?jié){機具有智能控制功能，而贏得市場的認同。如圖2.17所示圖2.17單片機機處理電路圖2. 2. 2單片機的選用單片機種類較多，使用較多的是MCS-51系列。但美國Zilog公司的Z8系列 單片機新穎、品種多，特別適合-家電智能化和更新?lián)Q代。Z8具有下列主要特點：1) 多累加器的結(jié)構(gòu)。內(nèi)部RAM128字節(jié)或256字節(jié)單元均可作為累加器使用，方便 了軟件的編寫，減少了軟件的長度，提高了內(nèi)存的利用率。2)端口 3的一些引腳可 通過軟件接通內(nèi)部的模擬器，可用于過零檢測、A/D轉(zhuǎn)換。3)矢量中斷。4)有看 門狗，提

23、高抗干擾能力。我選用Z86E02單片機,內(nèi)含512字節(jié)ROM, 128字節(jié)RAM, 18引腳, 體積小，價格廉，特別適合小家電智能控制。2. 2. 3單片機的作用及組成單片機控制家用豆?jié){機完成了從加熱、打漿、再加熱、報警整個工序，減少人 們的繁瑣操作和勞動程度。它由時鐘OSC、中央處理器CPU、程序存儲器ROM、 數(shù)字存儲器RAM、內(nèi)部總線、各種I/O、定時器/計算器CTC等組成。2. 2.4單片機的結(jié)構(gòu)、引腳及功能(1)單片機結(jié)構(gòu)B1rQ1 rSej - BA2P2.4 Pl 3 巴.5P2.2P26 PilPH PIOVCC GNDXH2 P0.2XTL1 P0.1P3.1P0.0P3.2

24、P3.31817151412TT10Z86E02單片機引腳功能圖(2)單片機的引腳Table 1.18-Pin Standard Mode IdentificationPin #SymbolFunctionDirection1-4P24-P27Port 2, Pins 4,5,6,7In/Output5VCCPower Supply6XTAL2Crystal Oscillator ClockOutput7XTAL1Crystal Oscillator ClockInput8P31Port 3, Pin 1, AN1Input9P32Port 3, Pin 2, AN2Input10P33Por

25、t 3, Pin 3, REFInput11-13P00-P02Port 0, Pins 0,1, 2In/Output14GNDGround15-18P20-P23Port 2, Pins 0,1, 2,3In/Output(3)單片機的功能InputX1ALVccGNDI/OI/O(Bit Programmable)Z86E02單片機內(nèi)部功能2.3缺水、沸騰溢出電路設(shè)計 2. 3.1缺水.沸騰溢出電路的作用及組成(1)缺水、沸騰溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來控制家 用豆?jié){機缺水時干燒和沸騰溢出等問題。(2)缺水.沸騰溢出電路由碳膜濕敏傳感器.單片機和電阻組成。其碳膜濕

26、敏傳感器形狀如圖2.18所示圖2.18碳膜濕敏傳感器形狀在絕緣的聚苯乙烯基片上制備兩個電極，然后在電極之間噴涂一層含有碳粉粒 的有機膠狀纖維素濕膜,便構(gòu)成了碳膜濕敏傳感器。濕敏膜主要由直徑約為3. 5um的 碳粉粒、隨溫度穩(wěn)定的水溶性纖維乙醯粘合劑、濕潤性可塑劑、分散劑等組成。碳 粉粒主要用來構(gòu)成連接兩電極的導(dǎo)電網(wǎng)；粘合劑用來固定碳顆粒；可塑劑用來增強 粘合劑的親水性；分散劑用來使碳顆粒均勻分散。當(dāng)濕敏膜吸濕后發(fā)生膨脹，由于體積增大使碳顆粒的密度降低，碳顆粒間距增加, 造成電阻值增大；干燥時，濕敏膜脫水收縮，碳顆粒間距縮小，又使電阻變小。2. 3.2缺水、沸騰溢出電路工作原理缺水、沸騰溢出檢測

27、原理如圖219所示。PG是裝在豆?jié){機攪拌壺底的參考地 電極，經(jīng)RIO (100Q)接地。PW是裝在攪拌壺中部的缺水檢測電極，PF是裝 在攪拌壺頂部的沸騰溢出檢測電極。正常工作時，PW和PG被水淹沒，PW和PG 之間電阻較大，與R7、R6共同對+5V分氐P3.1得到比P3.3高的電壓,比較器1輸 出高電平。缺水時，PW露出水面，和PG之間電阻很小，與R7、R6共同對+5V 分氐P3.1得到比P3.3低的電壓,比較器1輸出低電平。用軟件檢測比較器1的輸出 電平，便知是否缺水。用同樣方法檢測豆?jié){是否沸騰溢出。豆?jié){沸騰之前，電極PF遠離水面，PF和 PG之間電阻很小，與R9、R8共同對+5V分壓，P3

28、.2得到比P3.3低的電壓,比較器2輸岀低電平。豆?jié){沸騰時，泡沫淹沒PF,和PG之間電阻大，與R, R8共同對+5V分壓，P3.2得到比P3.3高的電壓，比較器2輸出高電平。用軟件檢測比較器22.4報警電路設(shè)計2.4.1報警電路的作用報警電路的作用是通過蜂鳴器發(fā)出聲音信號，提醒主人豆?jié){以經(jīng)煮好了。2. 4.2報警電路的設(shè)計聲音信號電流從單片機的P2.4腳輸入到三極管T4,使功率放大，以驅(qū)動蜂鳴器B2發(fā)出聲音。報警電路如下圖220所示1 /T3TXKO li() 2I 1 3I 2.321002103 N2.2.2.Z 5 5().3. -圖2.20報警電路圖2.4.3報警電路的工作原理報警電路

29、由單片機Z86E02.電阻&、三極管T4與蜂鳴器B2組成。通過事先 編寫的程序，在單片機的控制下，系統(tǒng)開始工作，當(dāng)加熱完成后，單片機P2.4腳自 動輸出一個高電平,通過電阻&使三極管T4飽和導(dǎo)通，于是蜂鳴器B2發(fā)出報警聲音, 提醒主人加熱完成。2.5磨漿及加熱電路設(shè)計2. 5. 1磨漿電路的作用磨漿電路的作用是通過電機，把黃豆攪拌成粉沫。2. 5.2加熱電路的作用加熱電路的作用是通過加熱管，把攪拌成粉沬的黃豆以經(jīng)煮熟。2. 5.3磨漿及加熱電路的設(shè)計單片機輸出電流經(jīng)三極管放大，來驅(qū)動繼電器閉合，使電機轉(zhuǎn)動，把東西攪拌 成粉粒。同理，使加熱管發(fā)熱把東西煮熟。磨漿及加熱電路圖如圖221所示2. 5

30、.4磨漿及加熱電路的工作原理磨漿及加熱電路由繼電器KI、K2,三極管T2、T3,電阻R15、R16、電容 C6、C7以及二極管D1,單片機Z86E02組成。當(dāng)按下加熱鍵HEAT時，賦給 Po.o 一個低電平，軟件檢測到Po.o變?yōu)榈碗娖胶?，賦給單片機P2.6腳一個高電平，使 三極管T2飽和導(dǎo)通，電流流過繼電器K1,使K1閉合，于是電機得電開始打漿。在 系統(tǒng)程序的控制下，打漿機按間歇方式打漿。電機運轉(zhuǎn)20秒后,單片機P2.6腳變?yōu)榈?電平，使三極管T2截止,繼電器K1斷開,電機停止打漿，間歇10秒后,單片機P2 6 腳又恢復(fù)為高電平，從而繼續(xù)驅(qū)動電機工作。如此循環(huán)5次后打漿結(jié)束，單片機P2.5

31、腳變高電平，使三極管T3飽和導(dǎo)通,從而讓繼電器K2閉合,電阻絲R(HEAT)得電 開始對豆?jié){加熱。當(dāng)豆?jié){溫度加熱到75度時,單線數(shù)字溫度傳感器DS1820將溫度 信號傳給單片機，單片機檢測到這個信號時，使P2.5腳變?yōu)榈碗娖?，三極管T3截止, 繼電器K2斷開，電阻絲停止加熱。2.6電源電路設(shè)計電源是各種電子設(shè)備必不可少的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備 的技術(shù)指標(biāo)以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線性電源和開關(guān) 電源兩大類。隨著集成電路飛速發(fā)展,穩(wěn)壓電路也迅速實現(xiàn)集成化，市場上已有大量 生產(chǎn)各種型號的單片機集成穩(wěn)壓電路。它和分立的晶體管電路比較，具有很多突出的 優(yōu)點，主要

32、體現(xiàn)在在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運行速度快，且調(diào)試方便、 使用靈活，易于進行大量自動化生產(chǎn)。2.6.1電源的作用及組成(1) 電源的作用各種電子電路都要求用穩(wěn)定的直流電源供電，由整流濾波電路可輸出較為平滑 的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或負載改變時，將會引起輸出端電壓改變而不穩(wěn)定。 為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，濾波電路的輸出電壓還應(yīng)經(jīng)穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓。(2) 電源的組成電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。穩(wěn)壓電源的組成方 框圖如圖2.22所示。-電源變壓-器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電-源- 電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉(zhuǎn)換為各種電路設(shè)備所需的交流電 壓。 整流電路：

33、利用單向?qū)щ娖骷⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動直流電路。 濾波電路：利用儲能元件(電感或電容)把脈動直流電轉(zhuǎn)換成比較平坦的直流電。 穩(wěn)壓電路：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定的過程稱為穩(wěn)壓。2. 6.2電源技術(shù)指標(biāo)輸入電壓AC220V輸出電壓DC5V輸出電流Io1A2. 6.3整流二極管、變壓器容量的計算與選擇據(jù)整流原理，因為Uo=0.9U2則可以得到U2=Uo/0.9=5V/0.95.56V。再 考慮到變壓器、繞阻損耗（壓降）和整流二極管的壓降，在工程中必須再在上述基礎(chǔ)上 增加5%,即U2=5.56x（l+5%）5.83V,整流二極管的承受最大的反向電壓 UD1=21/2U28.24V,同理,UD2=2

34、1/2U28.24V因為穩(wěn)壓器的最大電流是3A, 所以流過二極管的最大電流IDl=l/2Ii=0.75A ID2=0.75A；綜上所序,D1中的四 個二極管的耐壓值至少為8.24V,允許流過的最大電流為0.75A； D2中的四個二極 管的耐壓值至少應(yīng)該為&24V,允許流過的最大電流為0.75Ao由于變壓器輸入的電壓是220V,而副線圈輸出的電壓是12V,故有N=U1/U2=22O/12=1由于線圈匝數(shù)比只能為一個整數(shù)，因此匝數(shù)比取18。變壓器副邊的有效值：12= l.llxl.5=1.67Ao 變壓器的容量：S=UI=5.83x 1.67=9.74 Wo 2. 6.4穩(wěn)壓器的選用嵌入式控制系統(tǒng)

35、的MCU 一般都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作。而設(shè) 計者多習(xí)慣采用線性穩(wěn)壓器件（如78xx系列三端穩(wěn)壓器件）作為電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓器 件來將較高的直流電壓轉(zhuǎn)變MCU所需的工作電壓。這種線性穩(wěn)壓電源的線性調(diào)整 工作方式在工作中會大的“熱損失”（其值為V壓降xl負荷），其工作效率僅為 30%50%。加之工作在高粉塵等惡劣環(huán)境下往往將嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)置于密閉 容器內(nèi)的聚集也加劇了 MCU的惡劣工況，從而使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變得 更差。而開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件則以完全導(dǎo)通或關(guān)斷的方式工作。因此，工作時要么是大 電流流過低導(dǎo)通電壓的開關(guān)管、要么是完全截止無電流流過。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源 的功耗極低，其

36、平均工作效率可達70%90%。在相同電壓降的條件下，開關(guān)電 源調(diào)節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的“熱損失”。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源可 大大減少散熱片體積和PCB板的面積，甚至在大多數(shù)情況下不需要加裝散熱片，從 而減少了對MCU工作環(huán)境的有害影響。采用開關(guān)穩(wěn)壓電源來替代線性穩(wěn)壓電源作為MCU電源的另一個優(yōu)勢是：開 關(guān)管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來自于電源的高頻干擾具有較強的 抑制作用。此外，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源“熱損失”的減少，設(shè)計時還可提高穩(wěn)壓電源 的輸入電壓，這有助于提高交流電壓抗跌落干擾的能力。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件(如78xx系列端穩(wěn)壓集 成電路)的替

37、代品，它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅(qū) 動能力，從而為MCU的穩(wěn)定、可靠工作提供了強有力的保證。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下：(1) 最大輸出電流：3A；(2) 最高輸入電壓：LM2576 為 40V, LM2576HV 為 60V；(3) 輸出電壓：3.3V. 5V、12V、15V和ADJ (可調(diào))等可選； 振東頻率：52kHz；轉(zhuǎn)換效率：75%88% (不同電壓輸出時的效率不同)；(6) 控制方式：PWM；(7) 工作溫度范圍：40C +125C(8) 工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制；(9) 工作模式控制：TTL電平兼容；(10) 所需外部

38、元件：僅四個(不可調(diào))或六個(可調(diào))；(11) 器件保護：熱關(guān)斷及電流限制；(12) 封裝形式：TO-220 或 TO-263。LM2576內(nèi)部包含52kHz振蕩器、123V基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流 限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓，通常將 比較器的負端接基準(zhǔn)電壓(1.23V),正端接分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，這樣可根據(jù)輸出電壓 的不同選定不同的阻值，其中Ri=lk2 (可調(diào)ADJ時開路)，R2分別為1.7 k2(3.3V)、3.1 k2 (5V)、8.84(12V)、11.3 kH (15V)和 0 (ADJ),上述電阻依據(jù)型號不同已在芯片內(nèi)部做了精確調(diào)整，因而無需

39、使用者考慮。將輸出 電壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出同內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值1.23V進行比較，若電壓有偏差，貝U可 用放大器控制內(nèi)部振蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。圖2.23穩(wěn)壓器電路原理框圖電感L1的選擇要根據(jù)LM2576的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負載電流等 參數(shù)選擇，首先，依據(jù)如下公式計算出電壓微秒常數(shù)（ET）:E T= （Vin Vout） xVout/ VinxlOOO/f （1）上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓、Void是LM2576的輸出電壓、？ 是LM2576的工作振蕩頻率值（52kHz）。該電路中的輸入電容C2 一般應(yīng)大于或等于100pF,安裝時要求盡量靠近 LM25

40、76的輸入引腳，其耐壓值應(yīng)與最大輸入電壓值相匹配。而輸出電容C1的值 應(yīng)依據(jù)下式進行計算（單位mf）:C13300 Vin/ VoutxL （2）上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓、Vout是LM2576的輸出電壓、 L是經(jīng)計算并査表選出的電感L1的值，其單位是pH。電容C鐵耐壓值應(yīng)大于額 定輸出電壓的152倍。對于5V電壓輸出而言，推薦使用耐壓值為16V的電容 器。二極管D1的額定電流值應(yīng)大于最大負載電流的12倍，考慮到負載短路的情況, 二極管的額定電流值應(yīng)大于LM2576的最大電流限制。二極管的反向電壓應(yīng)大于最 大輸入電壓的125倍。Vin的選擇應(yīng)考慮交流電壓最低跌落值（Vacmi

41、n）所對應(yīng)的LM2576輸入 電壓值及LM2576的鼓小輸入允許電壓值Vmin（以5V電壓輸出為例，該值為 8V）,因此，Vin可依據(jù)下式計算：Vin (220VminAac-min )如果交流電壓最低允許跌落30% (Vac-min=154V)、LM2576的電壓輸 出為5V (Vmin=8V),則當(dāng)Vac=220V時，LM2576的輸入直流電壓應(yīng)大于 11.5V,通?？蛇x為12Vo2. 6.5電源工作原理整個電源電路如圖2.24所示。接通電源后,220V交流電源經(jīng)變壓器Ti降壓, 得到+12V的交流電壓，再經(jīng)過整流濾波電路，得到+12V的直流電壓，又經(jīng)穩(wěn)壓器 LM2576輸出+5V電壓給單

42、片機供電。ON +50UTCND0 2.24電源電路圖第3章系統(tǒng)組成及工作原理3.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由由穩(wěn)壓電源、Z86E02單片機、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電 路、加熱控制電路、報警電路等組成。如圖31所示R(HEAT)B1C1Tl) )R18YINON+50 UTGNDLM25674LM2567-5LID3卜5VR17LEDR15DID246-L-C7R2B2 aT4Z86EJ)2R8R6+5VTRIO100R7R9-J-C4T2T3C2 T dpP14P2.3Pl 5P12P16P2.1Pl 7PIOvrcGVDXH2P0.2YTl 1ph iA JLJP3ru. 1 POOP3.2

43、P3.3Z86E02rl-圖3豆?jié){機全自動控制電路圖3. 2系統(tǒng)工作原理電路由Z86E02單片機控制，全自動制漿時,插上電源插頭，接通電源。220V交 流電源經(jīng)變壓器T1降壓，得到+12V的電氐 給繼電器JM、JH和報警蜂鳴器B1供 電。穩(wěn)壓器輸出+5V電壓給單片機。Z86E02振蕩頻率為4MHz,有Po、P2、P3三個輸入輸出端口。Po 口作為 按鍵。Po.o接加熱鍵HEAT, P0.1接全自動啟動鍵STARTo鍵未按下時，Po.o P0.1分別由電阻R13、Rm拉成為高電平（+5V）,當(dāng)START鍵或HETA鍵按下 時，Po.o或Po.i變?yōu)榈碗娖?軟件不斷檢測Po.o和Po.i電平，便知

44、道哪個鍵被按下， 執(zhí)行相應(yīng)的控制動作。Z86E02的P2.4輸出報警信號，經(jīng)三極管口放大，驅(qū)動蜂鳴器B2報警。P1.5 輸出加熱信號，經(jīng)三極管T3放大，驅(qū)動繼電器JH閉合，控制加熱器R （HEAT） 加熱。P2.6輸出馬達驅(qū)動信號，經(jīng)三極管T2放大，驅(qū)動繼電器JM閉合，控制馬達 M運轉(zhuǎn)。為了避免繼電器開關(guān)斷開時拉弧，分別在JH、JWI開關(guān)兩端并接RC吸 收元件。P3 口為輸入口，內(nèi)有兩個模擬比較器，其中P3.3為比較器的參考電壓端，由 Rll、R12對+5V分壓提供，接比較器的反向輸入端。P3.1為缺水檢測輸入端，P3.2 為沸騰溢出檢測輸入端，分別接比較器的正向輸入端。杯內(nèi)加水不夠時，PV沒

45、被水淹沒，PW和PG之間電阻較大，這時單片機得 到高電平，加熱器、馬達均不工作。當(dāng)水位正常時，控制電路控制豆?jié){機進行加熱, 當(dāng)溫度達到75度左右時，單線數(shù)字溫度傳感器DS1820,可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成 串行數(shù)字信號供單片機處理。單片機控制停止加熱，并輸出馬達驅(qū)動信號，經(jīng)三極 管放大，驅(qū)動繼電器閉合，控制馬達運轉(zhuǎn)打漿；打漿電機按間歇方式打漿：運轉(zhuǎn)20 秒后停止轉(zhuǎn)運，間歇10秒后再啟動打漿電機，如此循環(huán)進行打漿5次。打漿結(jié)束后 開始對豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達到一定值時，豆?jié){上溢，泡沫淹沒PF,和PG之間電 阻小，單片機得到低電平，馬上停止加熱，間歇20秒后再開始加熱，如此循環(huán)16 次，豆?jié){加工完成，

46、間歇10秒后發(fā)出音響信號。第4章程序設(shè)計4. 1程序流圖主程序流圖如圖41所示。接上電源，蜂鳴器長鳴一聲（滴一一，約1秒鐘）, 提示已接通電源。調(diào)缺水檢測子程序，若缺水，則急促報警（滴，滴），若有水,則檢測全自動啟動按鍵START是否按下，若按下，則處理START程序；若沒按下, 則檢測加熱鍵HEAT是否按下，若HEAT鍵按下，則處理HEAT程序，若沒按下, 則返回缺水檢測程序，循環(huán)進行。圖4.1主程序流圖全自動啟動鍵START程序流程如圖42所示。接通攪拌馬達電源，運轉(zhuǎn)20秒, 停10秒，共5次，保證馬達間歇工作。然后關(guān)閉馬達，調(diào)缺水檢測子程序，若缺水, 則急促報警，關(guān)閉馬達；若有水，加熱器

47、通電加熱。檢測是否沸騰溢出，若沒有沸 騰溢出，則返回缺水檢測程序，若不缺水，繼續(xù)加熱；若沸騰溢出，溢出小于16次, 則加熱停止20秒，避免豆?jié){繼續(xù)溢出；然后缺水檢測程序，不缺水時，再加熱。若 沸騰溢出達到16次，即第一次沸騰后，間斷地加熱約5分鐘，保證豆?jié){完全煮熟。 最后發(fā)出“滴一，滴，滴”周期性柔和的雙音報警，提示工作完畢，豆?jié){已做好。圖4.2 START程序流程圖加熱鍵HEAT程序流程如圖4.3所示，先調(diào)缺水檢測程序，若缺水，則報警， 關(guān)加熱器；若有水，加熱器通電加熱，檢測是否沸騰溢出。若沒有沸騰溢出，則返 回檢測是否缺水，不缺水，繼續(xù)加熱；若沸騰溢出，然后發(fā)出“滴一，滴，滴”周 期性的雙

48、音報警，提示加熱完畢。調(diào)檢水程序加熱器通電關(guān)加熱器平緩 報警圖4. 3 HEAT程序流程圖4-2程序設(shè)計(1)主程序：ORGAJMP0000HMAINORP200HMAIN: ORLP2.4,#03HMOVA,P2.4LCALLAD；調(diào)測水程序JCSTART；判斷START按下了嗎?JNZSTART；有鍵按下LCALLSTART;調(diào)START程序JCHEAT；判斷HEAT按下了嗎？JNZHEAT；有鍵按下LCALLHEAT；調(diào)HEAT程序SJMPMAIN(2) START子程序:START： MOVA, STARTLCALLD20S;調(diào)運轉(zhuǎn)20S子程序LCALLDIOS；調(diào)停IOS子程序LCA

49、LLFLASA5；調(diào)5次子程序LCALLAD;調(diào)測水程序MOVA,P25JCK;判斷沸騰溢出JNZK;有沸騰溢出則轉(zhuǎn)移LCALLADLCALLFLASA16;調(diào)沸騰溢出16次子程序JCFLASA16:判斷有16次了嗎？JNZFL AS A16；有16次則轉(zhuǎn)移MOVIE, P2.5;關(guān)加熱器LCALLDELAY;調(diào)加熱器子程序MOVIE, P2.5JNBFH, TT；等待20SDJN20H, TT；判20S定時到否SETBFH；20S到標(biāo)志LCALLAD(3) HEAT子程序:HEAT：MOV A, HEATLCALLAD；調(diào)檢水程序MOVA, P2.5JCK；判斷沸騰溢出JNZK；有沸騰溢出則

50、轉(zhuǎn)移MOVIE,P2.5MOVA,P2.4LCALLAD；沒沸騰溢出則調(diào)檢水程序第5章產(chǎn)品制作與調(diào)試5.1 PCB板設(shè)計印刷電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支掌件。它提供電路元件和 器件之間的電氣連接。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB設(shè)計的好壞對抗干擾能力影 響很大。要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)很重要。為了設(shè)計質(zhì) 量好、造價低的PCB,應(yīng)遵循以下的一般性原則。(1)布局首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪 聲能力下降，成本也增加；尺寸過小時，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確 定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電

51、路的功能單元，對電路的全 部元器件進行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則： 盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干 擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠離。 某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電 引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。 重量超過15g的元器件，應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱 量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機的機箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問 題。熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件。 對于電位器、可調(diào)電感器、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局

52、應(yīng)考慮整機 的結(jié)構(gòu)要求。若是機內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便調(diào)節(jié)的地方；若是機外調(diào)節(jié)，其 位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應(yīng)。 應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則： 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號 盡可能保持一致的方向。 以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、 緊湊地排列在PCB板上。盡量減少和縮短各個元器件之間的引線和連接。 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器 件平行排列。這樣，不但壯觀，而且裝焊容易，易于批量生

53、產(chǎn)。 位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀 為矩形，長度比為3： 2或4： 3。電路板面尺寸大于200mmxl50mm時，應(yīng)考 慮電路板所受的機械強度。布線布線應(yīng)遵循以下原則： 輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。 印制板導(dǎo)線的最小寬度主要，由導(dǎo)線與絕緣基板間的黏附強度和流過它們的電流 值決定。當(dāng)銅箔厚度為0.5mm.寬度為115mm時，通過2A的電流，溫度不 會高于3C。因此，導(dǎo)線寬度為l5mm可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字 電路，通常選0020.3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤 其是電源線和地線

54、。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓 決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小于58mil。 印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此 外，應(yīng)盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn) 象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀。這樣利于排除銅箔與基板間黏合劑受熱 產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。(3) PCB及電路抗干擾措施 電源線設(shè)計根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時，使 電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。 地線設(shè)計正確選擇單點接地與多點接地數(shù)字地與模擬地分開接地線應(yīng)盡量加粗接地線構(gòu)成閉環(huán)路()退耦電容配置電源輸入端跨接10100uF的電解電容器。如有可能，接lOOuF以上的電容更 好。原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個O.OIpF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠, 可每個48個芯片布置一個110pF的鋰電容。對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應(yīng)在