家用智能豆?jié){機-.

1、家用智能豆?jié){機作 者 姓 名 專 業(yè) 電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師姓名 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 目 錄 TOC o 1-5 h z u HYPERLINK l _Toc295400319 摘 要 PAGEREF _Toc295400319 h 1 HYPERLINK l _Toc295400320 第一章 設(shè)計思路與方案 PAGEREF _Toc295400320 h 1 HYPERLINK l _Toc295400321 設(shè)計思路 PAGEREF _Toc295400321 h 1 HYPERLINK l _Toc295400322 方案設(shè)計 PAGEREF _Toc295400322 h 1 H

2、YPERLINK l _Toc295400323 方案論證 PAGEREF _Toc295400323 h 2 HYPERLINK l _Toc295400324 第二章 單元電路設(shè)計 PAGEREF _Toc295400324 h 3 HYPERLINK l _Toc295400325 傳感器的設(shè)計與選用 PAGEREF _Toc295400325 h 3 HYPERLINK l _Toc295400326 傳感器的作用與組成 PAGEREF _Toc295400326 h 3 HYPERLINK l _Toc295400327 傳感器的設(shè)計 PAGEREF _Toc295400327 h

3、3 HYPERLINK l _Toc295400328 傳感器的選用 PAGEREF _Toc295400328 h 6 HYPERLINK l _Toc295400329 傳感器的工作原理 PAGEREF _Toc295400329 h 6 HYPERLINK l _Toc295400330 單片機處理電路的設(shè)計與選用 PAGEREF _Toc295400330 h 6 HYPERLINK l _Toc295400331 單片機的選用 PAGEREF _Toc295400331 h 6 HYPERLINK l _Toc295400332 單片機作用及組成 PAGEREF _Toc295400

4、332 h 6 HYPERLINK l _Toc295400333 單片機的結(jié)構(gòu)引腳及功能 PAGEREF _Toc295400333 h 7 HYPERLINK l _Toc295400334 缺水沸騰溢出電路設(shè)計 PAGEREF _Toc295400334 h 9 HYPERLINK l _Toc295400335 缺水沸騰溢出電路的作用及組成 PAGEREF _Toc295400335 h 9 HYPERLINK l _Toc295400336 缺水沸騰溢出電路工作原理 PAGEREF _Toc295400336 h 9 HYPERLINK l _Toc295400337 報警電路設(shè)計

5、PAGEREF _Toc295400337 h 10 HYPERLINK l _Toc295400338 磨漿及加熱電路設(shè)計 PAGEREF _Toc295400338 h 10 HYPERLINK l _Toc295400339 電源電路設(shè)計 PAGEREF _Toc295400339 h 11 HYPERLINK l _Toc295400340 電源的作用及組成 PAGEREF _Toc295400340 h 12 HYPERLINK l _Toc295400341 電源技術(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc295400341 h 12 HYPERLINK l _Toc295400342 整流

6、二極管變壓器選擇 PAGEREF _Toc295400342 h 13 HYPERLINK l _Toc295400343 濾波電路 PAGEREF _Toc295400343 h 14 HYPERLINK l _Toc295400344 2.6.5 穩(wěn)壓器的選用 PAGEREF _Toc295400344 h 14 HYPERLINK l _Toc295400345 電源工作原理 PAGEREF _Toc295400345 h 16 HYPERLINK l _Toc295400346 第三章 系統(tǒng)組成及工作原理 PAGEREF _Toc295400346 h 17 HYPERLINK l _

7、Toc295400347 系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc295400347 h 17 HYPERLINK l _Toc295400348 系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc295400348 h 17 HYPERLINK l _Toc295400349 第四章 程序設(shè)計 PAGEREF _Toc295400349 h 19 HYPERLINK l _Toc295400350 4.1 程序流程圖 PAGEREF _Toc295400350 h 19 HYPERLINK l _Toc295400351 程序設(shè)計 PAGEREF _Toc295400351 h 21 HYPERLINK l

8、_Toc295400352 第五章 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc295400352 h 22 HYPERLINK l _Toc295400353 結(jié)論 PAGEREF _Toc295400353 h 22 HYPERLINK l _Toc295400354 展望 PAGEREF _Toc295400354 h 23 HYPERLINK l _Toc295400355 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc295400355 h 24 HYPERLINK l _Toc295400356 附 錄 PAGEREF _Toc295400356 h 25 HYPERLINK l _Toc295400

9、357 致 謝 PAGEREF _Toc295400357 h 26摘 要目前流行的智能豆?jié){機大都采用微電腦控制,只要啟動豆?jié){機,磨漿濾漿煮漿完全自動化,短短十幾分鐘就自動做好豆?jié){,既衛(wèi)生可靠,又快捷方便本文介紹的智能豆?jié){機系統(tǒng)由 PIC16C54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和報警電路等組成,豆?jié){生產(chǎn)完全自動化其工作過程是: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,裝好攪拌機接上電源,蜂鳴器長鳴一聲,提示已經(jīng)接通電源,指示燈LED亮起,處于待命狀態(tài)按下全自動啟動鍵START開始加熱,當(dāng)溫度到達(dá)75左右時,停止加熱;攪拌馬達(dá)運轉(zhuǎn),將黃豆粉碎,豆?jié){過濾,而后馬

10、達(dá)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,提示豆?jié){已做好假設(shè)豆?jié){較長時間沒喝而變涼,按下再加熱鍵HEAT,加熱至沸騰,停止加熱,發(fā)出報警聲假設(shè)缺水,那么關(guān)閉加熱器和馬達(dá),按任意鍵不響應(yīng),并發(fā)出急促的報警聲,直到關(guān)閉電源,加水后才能繼續(xù)使用豆?jié){生產(chǎn)的工序包括磨漿濾漿煮漿,而三個工序又密切配合,使生產(chǎn)的豆?jié){味道更好如磨漿前進(jìn)行預(yù)加熱,既可以提高工作效率,又縮短煮漿的時間,防止磨漿后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現(xiàn)象關(guān)鍵詞:PIC16C54 智能豆?jié){機 控制系統(tǒng) 穩(wěn)壓電源ABSTRACTAt present, most of the intelligent Soya-bean milk

11、 machine is control by microcomputer. As long as the Soya-bean milk machine starts working, the process of grinding, leaching and cooking is fully automated. A short span of ten minutes the Soya-bean milk would been done. Not only hygienic and reliable, but also quickly and conveniently.This article

12、 discusses the system of the intelligent Soya-bean milk machine including the single-chip of PIC16C54, Sensor, Functional circuit, Boiling detection circuit, Grinding circuit, Heating control circuit and Alarm circuit. The course is that: At first, add some soy bean in the blenders filter, poured an

13、 appropriate amount of water into the blender and installed blender. When connected to power supply, the buzzer sounded once, tips have been connected to power, the LED light up, tips the Soya-bean milk machine in the standby. Press the button of START to start heating. When the temperature reached

14、around 75 stop heating, Stirring motor operation will be crushed soybeans and the Soya-bean milk is filtered, then the motor stopped and started heating until boiling, and stop heating, issued a warning sound prompted milk have been done. If a long time not to drink and become cool, press the button

15、 of HEAT to start heating again until to boiling and issued a warning sound. If dry, turn off the heater and motor, press any button not to respond, and issued a alarm sound until adding enough water to continue to use it. The Soya-bean milk production processes including grinding, leaching and cook

16、ing. The three processes worked closely, so that milk tastes better. Such as pre-heating before grinding can not only improve efficiency and shorten the cooking time, prevent the cooking time is too long to cause the paste pot.Key words: PIC16C54 ; Intelligent soya-bean milk machine ;Control System

17、;Stabilized voltage supply第一章 設(shè)計思路與方案設(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?jié){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(jìn)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)溫度到達(dá)75左右時,停止加熱啟動磨漿電機開始磨漿,磨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(jìn)行打漿5次磨漿完后,開始對豆?jié){加熱,豆?jié){溫度到達(dá)一定值時,

18、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,報警提示如圖1-1所示傳感器加熱電路單片機磨漿電路報警電路圖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(jìn)行加熱,當(dāng)溫度到達(dá)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

19、轉(zhuǎn)運,間歇10秒后再啟動打漿電機,如此循環(huán)進(jìn)行打漿5次打漿結(jié)束后開始對豆?jié){加熱豆?jié){溫度到達(dá)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)出音響信號如圖1-2所示:傳感器加熱電路缺水、沸騰溢出電路單片機功能電路磨漿電路報警電路圖1-2 方案2設(shè)計框圖方案論證方案一如圖1-1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

20、豆?jié){已經(jīng)做好其缺點是:沒有檢測缺水和沸騰溢出方案二如圖1-2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,裝好攪拌機接上電源,蜂鳴器長鳴一聲,提示已經(jīng)接通電源,指示燈LED亮起,處于待命狀態(tài)按下全自動啟動鍵START開始加熱,當(dāng)溫度到達(dá)75左右時,停止加熱;攪拌馬達(dá)運轉(zhuǎn),將黃豆粉碎,豆?jié){過濾,而后馬達(dá)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,提示豆?jié){已做好假設(shè)豆?jié){較長時間沒喝而變涼,按下再加熱鍵HEAT,加熱至沸騰,停止加熱,發(fā)出報警聲假設(shè)缺水,那么關(guān)閉加熱器和馬達(dá),按任意鍵不響應(yīng),

21、并發(fā)出急促的報警聲,直到關(guān)閉電源,加水后才能繼續(xù)使用進(jìn)行論證后,選擇第二種方案其原因是: 加工方式是全自動的 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){沸騰的時間,防止粉碎后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現(xiàn)象第二章 單元電路設(shè)計傳感器的設(shè)計與選用傳感器的作用與組成傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成其中,敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的局部;轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號局部,由于傳感器輸出信號一般都很微弱,需要有信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路,進(jìn)行放大運算調(diào)制等,此外信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有輔助的電源隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在

22、傳感器中的應(yīng)用,傳感器的信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路與敏感元件一起集成在同一芯片上,安裝在傳感器的殼體里,如圖2-1所示敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路輔助電源被測量 圖2-1 傳感器組成框圖工業(yè)生產(chǎn)自動化過程中,傳感器與計算機結(jié)合在檢測監(jiān)視和控制溫度壓力流量液位PH等參數(shù)時發(fā)揮至關(guān)重要的作用,以此設(shè)備工作在最正確狀態(tài),本錢消耗最低,產(chǎn)品質(zhì)量最高傳感器的設(shè)計家用豆?jié){機的串勵電機工作轉(zhuǎn)速可以到達(dá)12Kr/min左右,大約一分鐘就可將豆子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左右,所以需要先設(shè)計傳感器來作測溫計熱敏電阻的根本特性是電阻與溫度之間的關(guān)系,其曲線是一條

23、指數(shù)曲線,可用式2-1表示: (2-1)式中:RT溫度為T時的電阻值;A與熱敏電阻尺寸形式以及它的半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù);B與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù);T熱敏電阻的絕對溫度假設(shè)兩個電阻值R1和R2以及相應(yīng)的溫度值T1和T2,便可求出A,B兩個常數(shù) (2-2) (2-3)將A值代入式(2.1)中,可獲得以電阻及R1作為一個多數(shù)的溫度特性表達(dá)式: (2-4)通常取20時的熱敏電阻的阻值為R1,稱為額定電阻,記作R20;取相應(yīng)于100時的電阻R100作為只R2,此時將T1=293K,T2=373K代入式(2-2)可得: (2-5)一般生產(chǎn)廠都在此溫度下測量電阻值而可求得B值將B值及R20代人式(2

24、-4)就確定了熱敏電阻的溫度特性,如圖2-2所示稱B為熱敏電阻常數(shù)圖2-2 溫度特性曲線熱敏電阻在其本身溫度變化1時,電阻值的相對變化量,稱為熱敏電阻的溫度系數(shù)即 (2-6)由式(2-4)可求得 (2-7)a值和B值都是表示熱敏電阻靈敏度的參數(shù),熱敏電阻的電阻溫度級系數(shù)比金屬絲的高很多,所以它的靈敏度很高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,由其電阻-溫度特性曲線,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比擬器電路由雙運放 LM358和電阻電容等組成,LM358采用12V供電,當(dāng)LM358的負(fù)輸入端電壓高于正輸入端電壓

25、時,輸出為低電平,RB7輸入為低電平;當(dāng) LM358的負(fù)輸入端電壓低于正輸入端電壓時, RB7輸入為高電平負(fù)端輸入電壓隨熱敏電阻 RT阻值的變化而變化負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻RT是采用單一高純度材料具有接近理論密度結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷,它最根本的性質(zhì)就是電阻值隨溫度上升而下降電阻變化與溫度變化的具體關(guān)系如式(2-4)所示:其中,RT和 R0為電阻值,T和 T0為絕對溫度,B值是一個表征NTC 的電阻值與絕對溫度的關(guān)系的常數(shù)熱敏電阻的B值并非是恒定的,其大小因材料構(gòu)成而異,最大甚至可達(dá)5K/,因此在較大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用式(2.4)時,將會與實測值之間存在一定誤差本系統(tǒng)中使用的NTC 熱敏電阻的參

26、數(shù)為:25時的阻值為22K,B值為4200,代入式(2-4)可以求得RT為2.2K時的溫度為75當(dāng)溫度小于75時,熱敏電阻的阻值大于2.2K,此時負(fù)端輸入電壓低于正端輸入電壓,輸出為高電平,當(dāng)溫度高于75時,熱敏電阻的阻值小2.2K,此時負(fù)端輸入電壓高于正端輸入電壓,輸出為低電平,停止加熱,開始打漿75度檢測電路如圖2-3所示:圖2-3 75檢測電路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,電阻小,電阻率高,熱慣性小,所以選它作為豆?jié){機的測溫計傳感器的工作原理金屬的導(dǎo)電是靠自由電子在電場的作用下作定向運動,當(dāng)溫度升高時,自由電子的數(shù)目根本不增加,只

27、有自由電子做無規(guī)那么運動的動能增加了由此,在一定電場作用下,使自由電子作定向運動就會遇到更多的阻力,即電阻值增加了而半導(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,呈非線性單片機處理電路的設(shè)計與選用隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開展,采用單片機控制的產(chǎn)品已經(jīng)十分普遍,涉及的領(lǐng)域也越來越廣泛在家電領(lǐng)域

28、中,如豆?jié){機,它以單片機為核心,在單片機控制下,完成從預(yù)熱打漿煮漿和報警等過程全自動化,使豆?jié){營養(yǎng)更加豐富,口感更加香澤單片機的選用單片機種類繁多,使用較多的是MCS-51系列美國Microchip公司推出的PIC系列8位單片機是業(yè)界率先采用的精簡指令集計算機(RISCReduced Instruction Set Computer ) 結(jié)構(gòu),是一種具有高性價比的嵌入式控制器PIC系列單片機具有高速度低工作電壓較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力(可直接驅(qū)動LED負(fù)載)低價一次性編程 (OTPOne Time Programanable ) 技術(shù)低功耗小體積等優(yōu)點在全球各地,目前都可以看到PIC系列單片

29、機在辦公自動化設(shè)備消費電子產(chǎn)品電訊通信智能儀器儀表汽車電子金融電子等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用我選用PIC16C54單片機,內(nèi)含51212位EPROM,25字節(jié)通用RAM,18引腳,內(nèi)部自振式看門狗(WDT),支持低本錢的RC振蕩,體積小,價格低廉,適合小家電智能控制單片機作用及組成單片機自動控制豆?jié){機完成從預(yù)熱打漿煮漿和報警整個工序,防止了繁瑣的手工操作PIC16C54主要資源:51212位EPROM 25字節(jié)通用RAM 12根雙向 I/O線 TMRO定時/計數(shù)器 上電復(fù)位POR電路 復(fù)位定時器 自振式看門狗WDTPIC16C54采用8位寬的數(shù)據(jù)總線和12位寬指令總線相互獨立的哈佛( Harvard

30、) 結(jié)構(gòu),與其它一些單片機相比,程序代碼更緊湊,指令執(zhí)行速度更快從引腳OSC1輸入或振蕩電路產(chǎn)生的時鐘信號在內(nèi)部經(jīng)四分頻產(chǎn)生四個不重疊的時鐘Q1,Q2,Q3,Q4程序計數(shù)器PC在每個Q1節(jié)拍間加1,指令在Q4節(jié)拍從程序存儲器中取出并鎖存于指令存放器中,在下一指令周期被譯碼并執(zhí)行因此,在程序執(zhí)行過程中,取指令與執(zhí)行指令可重迭進(jìn)行,即當(dāng)一條指令被執(zhí)行時,下一條指令已從程序存儲器中讀出其時鐘指令時序如圖2-4所示:圖2-4 時鐘指令時序單片機的結(jié)構(gòu)引腳及功能(1)PIC16C84單片機結(jié)構(gòu)如圖2-5所示圖2-5 PIC16C54單片機結(jié)構(gòu)(2)單片機的引腳:RA0-RA3:可位控 4位雙向I/O口,

31、輸入為TTL電平 RB0-RB7:可位控 8位雙向I /O口,輸入為TTL電平 T0CKI:定時器/計數(shù)器 TMR0的外部觸發(fā)計數(shù)信號輸入端軟件定TMR0為計數(shù)器時,此引腳上的信號上升沿或下降沿用于計數(shù),可通過軟件設(shè)置OPTION存放器相應(yīng)的控制位選擇觸發(fā)邊沿,當(dāng)TMR0為內(nèi)部時鐘源時,該引腳當(dāng)接VDD或VSS,以減少功耗 MCLR:當(dāng)為低電平時,單片機復(fù)位VSS:地端 VDD:電源電壓 OSC1:振蕩信號輸入端 OSC2: 振蕩信號輸出端(3)單片機內(nèi)部功能,如圖2-6所示:圖2-6 PIC16C54單片機內(nèi)部功能缺水沸騰溢出電路設(shè)計缺水沸騰溢出電路的作用及組成 缺水沸騰溢出電路的作用是以傳

32、感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來控制豆?jié){機缺水時干燒和沸騰溢出等問題 缺水沸騰溢出電路由碳膜濕敏傳感器單片機和電阻組成在絕緣的聚苯乙烯基片上制備兩個電極,而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由以下材料組成: 1)碳粉粒碳粉粒的直徑約為3.5m,主要用來構(gòu)成連接兩電極的導(dǎo)電網(wǎng) 2)水溶性粘合劑粘合劑一般選用體積隨溫度變化而變化的粘接劑材料,如纖維乙醚等它的主要作用是用來固定碳粉粒 3)濕潤性可塑劑可塑劑的作用是使粘合劑的親水性增加 4)分散劑分散劑的功能在于使碳粉粒芬散均勻 當(dāng)碳膜濕敏電阻器吸濕后,由于體積增大使碳顆粒的密度降低,碳顆粒之間的距離增加

33、,從而造成電阻值的增大;當(dāng)枯燥時,濕敏膜脫水收縮,碳顆粒之間的距離減小,從而又使電阻值變小其碳膜濕敏傳感器形狀如圖2-7所示:圖2-7 碳膜濕敏傳感器缺水沸騰溢出電路工作原理PG是裝在豆?jié){機攪拌壺底的參考地電極,經(jīng)R10(100)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之間的電阻很小,RA0腳輸人低電平;假設(shè)缺水,PW露出水面,與PG之間的電阻很大,此時RA0腳輸人高電平,加熱管馬達(dá)均不工作,從而實現(xiàn)缺水保護(hù),同時蜂鳴器發(fā)出急促報警聲用軟件檢測RA0 腳的輸人電平,便知豆?jié){是否缺水用同樣方法可檢測豆?jié){是否沸騰溢出豆

34、漿沸騰之前,PF遠(yuǎn)離水面,PF和PG之間的電阻很大,RA1 腳為高電平,當(dāng)泡沫上升,接觸到防溢電極時,PF和PG之間電阻較小,RA1 腳轉(zhuǎn)為低電平,用軟件檢測RA1 腳的輸人電平,便知豆?jié){是否沸騰溢出缺水沸騰溢出檢測原理如圖2-8所示圖2-8 缺水沸騰溢出檢測電路報警電路設(shè)計報警電路的作用是通過蜂鳴器發(fā)出聲音信號,提示主人豆?jié){已經(jīng)煮好聲音信號電流從單片機的PB4腳輸入到三極管T4,使功率放大,以驅(qū)動蜂鳴器B2發(fā)出聲音報警電路如圖2-9所示:圖2-9 報警電路報警電路由單片機PIC16C54電阻R4三極管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

35、RB4腳自動輸出一個高電平,通過電阻R4使三極管T4飽和導(dǎo)通,于是蜂鳴器B2發(fā)出報警聲,提示主人加熱完成磨漿及加熱電路設(shè)計磨漿電路的作用是通過電機,把豆子攪拌成粉沫加熱電路的作用是通過加熱管,把攪拌成粉沫的豆子加熱煮熟單片機輸出電流經(jīng)三極管放大,以此驅(qū)動繼電器閉合,使電機轉(zhuǎn)動,將豆子攪拌成粉粒同理,使加熱管把東西煮熟磨漿及加熱電路由繼電器K1K2,三極管T2T3,電阻R15R16,電容C6C7以及二極管D1D2,單片機PIC16C54組成當(dāng)按下加熱鍵HEAT時,賦給RA3一個低電平,軟件檢測到PA3變?yōu)榈碗娖胶?賦給單片機RB6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

36、,于是電機開始磨漿在系統(tǒng)程序控制下,打漿按間歇方式進(jìn)行電機運轉(zhuǎn)20秒后,單片機RB6腳變?yōu)榈碗娖?使三極管T2截止,繼電器K1斷開,電機停止工作間歇10秒后,單片機RB6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次后磨漿結(jié)束,單片機RB5腳變?yōu)楦唠娖?使三極管T3飽和導(dǎo)通,從而讓繼電器K2閉合,電阻絲R(HEAT)開始工作對豆?jié){加熱當(dāng)豆?jié){加熱至75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后,使RB5腳變?yōu)榈碗娖?三極管T3截止,繼電器K2斷開,電阻絲停止加熱磨漿及加熱電路如圖2-10所示:圖2-10 磨漿及加熱電路電源電路設(shè)計電源是各種電子設(shè)備必不可少

37、的組成局部,其性質(zhì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)以及能否平安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的飛速開展,穩(wěn)壓電源也迅速實現(xiàn)集成化,市場上已經(jīng)出現(xiàn)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擬,具有很多突出的優(yōu)點,主要表達(dá)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(jìn)行大量自動化生產(chǎn)電源的作用及組成(1)電源的作用:各種電子電路都需要用穩(wěn)定的直流電源供電,由整流濾波電路可以輸出較為平滑的直流電壓,但當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載改變時,將會引起輸出端電壓改變而不穩(wěn)定為了防止這個問題,濾波電路的輸出電壓還應(yīng)經(jīng)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓(2)電源的組成:

38、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)壓電源的組成框圖如圖2-11所示: (a) 穩(wěn)壓電源的組成框圖電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路+u2+u1+u3+uI+u0 (b) 整流與穩(wěn)壓過程圖2-11 穩(wěn)壓電源組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程1) 電源變壓器:是降壓變壓器,它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓,并送給整流電路,變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定 2) 整流電路:利用單向?qū)щ娫?把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電3) 濾波電路:利用儲能元件(電感或電容)把脈動直流電轉(zhuǎn)換成較平坦的直流電4) 穩(wěn)壓電路:利用電路的調(diào)整作用使輸出的直流電壓穩(wěn)定,不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載

39、的變化而變化電源技術(shù)指標(biāo)輸入電壓: AC 220V輸出電壓: DC 5V輸出電流: I0 1A整流二極管變壓器選擇據(jù)整流原理,圖2-11(b)所示u3的波形可知,輸出電壓的平均值: (2-8)解得: (2-9)當(dāng)采用半波整流電路時,由于它只利用U2的正半周,所以 (2-10)根據(jù)圖2-11( b )中所示u3的波形可知,整流二極管承受的最大的反向電壓: (2-11)與半波整流電路中的二極管承受的最大反向電壓也相同在單相橋式整流電路中,因為每只二極管在變壓器副邊電壓的半個周期通過電流,所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上電流平均值的一半,即 (2-12)與半波整流電路中二極管的平均電流相同考慮

40、到電網(wǎng)電壓的波動范圍為10 %,在實際選用二極管時,應(yīng)至少有10%的余量,選擇最大整流電流IR和最高反向工作電壓UR分別為: (2-13)由于變壓器輸入的電壓是220V,二副線圈輸出的電壓是12V,故有又線圈匝數(shù)比只能為一個整數(shù),因此匝數(shù)比取18在穩(wěn)壓電源中一般用四個二極管組成橋式整流電路如圖2-12所示:2-12 橋式整流電路濾波電路濾波電路一般由電容組成,其作用是把脈動直流電壓u3中的大局部紋波加以濾除,以得到較平滑的直流電壓UIUI與交流電壓u2的有效值U2 的關(guān)系為: (2-14)為了獲得較好的濾波效果,在實際電路中應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足: (2-15)其中:T=20ms 是50Hz

41、交流電壓的周期2.6.5 穩(wěn)壓器的選用嵌入式控制系統(tǒng)的MCU一般都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠的工作而設(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?yōu)镸CU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有較大的“熱損失,其工作效率也僅為30%50%加之工作在高粉塵等惡劣環(huán)境下,往往將嵌入式控制系統(tǒng)置于密閉容器內(nèi),這也加劇了MCU的惡劣工況,從而使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得更差了而開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件那么以完全導(dǎo)通或關(guān)斷的方式工作,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,其平

42、均工作效率可達(dá)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)壓器件相比有更少的“熱損失由此,開關(guān)穩(wěn)壓電源可大大減少散熱片的體積和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)壓電壓作為MCU電源的另一優(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“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)的替代品,它具有可靠的工作性能較高的工作效率和較強

43、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由LM2576構(gòu)成的根本穩(wěn)壓電路僅需四個外圍器件,其電路如圖2-13所示:圖2.13 穩(wěn)壓器電路LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下: 最大輸出電流:3A; 最高輸入電壓:LM2576為40V,LM2567為60V;5V12V15V和ADJ(可調(diào))等可選; 振蕩頻率:52kHz; 轉(zhuǎn)換效率:75% 88%(不同電壓輸出時的效率不同); 控制方式:PWM(脈寬調(diào)制); 工作溫度范圍:-40+125; 工作模式:低功耗/正常兩種模式可外部控制; 工作模式控制:TTL電平兼容; 所需外部元件:僅四個(不可調(diào))或六個(可調(diào));

44、器件保護(hù):熱關(guān)斷及電流限制; 封裝形式:TO-220或TO-263LM2576內(nèi)部包含52kHz振蕩器熱關(guān)斷電路電流限制電路放電器比擬器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等為了產(chǎn)生不同的輸出電壓,通常將比擬器的負(fù)載接基準(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R1=1k(可調(diào)-ADJ時開路),R2分別為1.7 k(3.3V)3.1 k(5V)8.84 k(12V)11.3 k(15V)和 0 (可調(diào)-ADJ時),上述電阻依據(jù)型號已經(jīng)在芯片內(nèi)部做了精確調(diào)整,因而無需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(jìn)行比擬,假設(shè)電壓有偏差,那么可用放電器控制

45、內(nèi)部振蕩器的輸出占空比,從而使輸出電壓保持穩(wěn)定電感L1的選擇要根據(jù)LM2576的輸出電壓最大輸入電壓最大負(fù)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): (2-16)上式中,Vin是LM2576的最大輸入電壓,Vout是LM2576的輸出電壓,F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100F,安裝時要求盡量靠近LM2576的輸入引腳,其耐壓值應(yīng)與最大輸入電壓值匹配而輸出電容C1的值應(yīng)依據(jù)下式進(jìn)行計算: (2-17)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)計算并查表選出的電感L1的值電容 2倍

46、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(fù)載電流的1.2倍,考慮到負(fù)載短路的情況,二極管的額定電流應(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Vin的選擇應(yīng)考慮交流電壓最低跌落值(Vac-min)所對應(yīng)的LM2576輸入電壓值機LM2576的最小輸入允許電壓值Vmin(以5V電壓輸出為例,該值為8V),因此Vin可依據(jù)下式計算: (2-18) 如果交流電壓最低允許跌落30%(即Vac-min=154V),LM2576的輸出電壓為5V(Vmin=8V),那么LM2576的輸入直流電壓應(yīng)大于11.4V,通常可選為12V電源工作原理

47、接通電源后,220V交流電經(jīng)變壓器T1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電壓給單片機供電整個電源電路如圖2-14所示:圖2-14 電源電路第三章 系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由穩(wěn)壓電源PIC16C54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3-1所示:(見附錄)由于該電路要控制高速電機,因此對抗干擾的要求很高從電路方面考慮,應(yīng)充分考慮接地及屏蔽措施另外,全部電路裝在兩塊線路板上:單片機和按鍵在小板上,安裝在豆?jié){機的面板上;繼電器電源在一塊較大的線路板上,安裝在豆?jié){機內(nèi)部兩板間用一根5芯電纜連接

48、,以提高抗干擾能力系統(tǒng)工作原理電路由PIC16C54單片機控制,要全自動打漿時,插上電源插頭接通電源,220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓,得到+12V的電壓,給繼電器J1J2和報警蜂鳴器B2供電,穩(wěn)壓器輸出+5V電壓給單片機PIC16C54振蕩頻率為500KHz,由R11的電阻和C5的電容值確定如果電阻低于2. 2 k,振蕩不穩(wěn)定,甚至不能振蕩;電阻高于1 M,那么振蕩易受干擾所以電阻值最好取5 k-100 k 之間盡管電容值為0時,電路也能振蕩,但易受干擾且不穩(wěn)定,所以電容值應(yīng)取20 pF以上本系統(tǒng)R11的電阻值取10k,C5的電容值取100 pFRA3接加熱鍵HEAT,RA2接全自動啟動鍵ST

49、ART鍵未按下時,RA3RA2分別由電阻R13R14拉成為高電平(+5V)當(dāng)START鍵或HEAT鍵按下時,RA3RA2變?yōu)榈碗娖?軟件不斷檢測RA3和RA2的電平,便知道哪個鍵被按下,執(zhí)行相應(yīng)的控制動作PIC16C54的RB4輸出報警信號,經(jīng)三極管T4的放大,驅(qū)動蜂鳴器B2報警RB5輸出加熱信號,經(jīng)三極管T3放大,驅(qū)動繼電器J2閉合,控制加熱器R(HEAT)加熱RB6輸出馬達(dá)驅(qū)動信號,經(jīng)三極管T2放大,驅(qū)動繼電器J1閉合,控制馬達(dá)M運轉(zhuǎn)為了防止繼電器開關(guān)斷開時拉弧,分別在J1J2開關(guān)兩端并接RC吸收元件杯內(nèi)加水不夠時,PW沒被水淹沒,PW和PG之間電阻較大,此時RA0腳輸人高電平,加熱器馬達(dá)

50、均不工作,同時蜂鳴器發(fā)出急促報警聲當(dāng)水位正常時,控制電路控制豆?jié){機進(jìn)行加熱,當(dāng)溫度到達(dá)75左右時,RB7腳為低電平單片機控制停止加熱,并輸出馬達(dá)驅(qū)動信號,經(jīng)三極管放大,驅(qū)動繼電器閉合,控制馬達(dá)運轉(zhuǎn)并按間歇方式打漿:運轉(zhuǎn)20秒后停止,間歇10秒后再啟動,如此循環(huán)5次打漿結(jié)束后開始對豆?jié){加熱,豆?jié){溫度到達(dá)一定值時開始上溢,泡沫淹沒PF,PF與PG間的電阻較小,RA1腳轉(zhuǎn)為低電平,立即停止加熱,間歇20秒后再開始加熱,如此循環(huán)16次,煮漿完成,間歇10秒后發(fā)出音響信號第四章 程序設(shè)計4.1 程序流程圖主程序流圖如圖4-1所示:開始上電報警調(diào)測水程序START鍵按下了嗎？HEAT鍵按下了嗎？調(diào)STAR

51、T程序調(diào)HEAT程序YYNN圖4-1 主程序流圖接上電源,蜂鳴器長鳴一聲(滴-,約1秒鐘),提示已接通電源掉缺水檢測子程序,假設(shè)缺水那么急促報警(滴,滴);假設(shè)有水,那么檢測全自動啟動按鈕START是否按下,假設(shè)按下那么處理START程序;假設(shè)沒按下那么加熱鍵HART是否按下,假設(shè)按下那么處理HEAT程序;假設(shè)沒按下那么返回缺水檢測程序,循環(huán)進(jìn)行接通攪拌馬達(dá)的電源,運轉(zhuǎn)20秒,停止10秒,循環(huán)5次,保證馬達(dá)間歇工作而后關(guān)閉馬達(dá),調(diào)缺水檢測子程序,假設(shè)缺水那么急促報警,關(guān)閉馬達(dá);假設(shè)有水,加熱器通電工作檢測是否沸騰溢出,假設(shè)沒沸騰溢出,那么返回缺水檢測程序,假設(shè)不缺水,繼續(xù)加熱;假設(shè)沸騰溢出,溢

52、出小于16次,那么加熱停止20秒,防止豆?jié){繼續(xù)溢出,然后返回缺水檢測程序,不缺水時再加熱;假設(shè)沸騰溢出到達(dá)16次,即第一次沸騰后,間斷的加熱約5分鐘,保證豆?jié){完全煮熟最后發(fā)出“滴-,滴,滴周期性柔和的雙音報警,提示工作完畢,豆?jié){已做好全自動啟動鍵START程序流程圖如圖4-2所示:馬達(dá)運轉(zhuǎn)20S停10S，共5次調(diào)檢水程序加熱器通電關(guān)加熱器平緩報警溢出16次嗎？關(guān)加熱器20S沸騰溢出嗎？YYNN圖4-2 START程序流程圖加熱鍵HEAT程序流程如圖4-3所示:調(diào)檢水程序加熱器通電關(guān)加熱器平緩報警沸騰溢出YN圖4-3 HEAT程序流程圖程序設(shè)計(1)主程序:ORG0000HAJMPMAINORG

53、2000HMAIN:ORLRB4,#03HMOVA,RB4LCALLAD;調(diào)測水程序JCSTART;判斷START按下了嗎?JNCSTART;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主程序LCALLD10S;調(diào)運轉(zhuǎn)10S主程序LCALLFLASH5;調(diào)運5次子程序LCALLAD;調(diào)測水程序MOVA,RB5JCK;判斷沸騰溢出JNZK;有沸騰溢出那么轉(zhuǎn)移LCALLADLCALLFLASH16;調(diào)

54、沸騰溢出16次主程序JCFLASH16;判斷有16次了嗎?JNZFLASH16;有16次轉(zhuǎn)移MOVIE,RB5;關(guān)加熱器LCALLDELAY;調(diào)加熱子程序MOVIE,RB5JNZFH,TT;等待20SDJN20H,TT;20S到標(biāo)志LCALLAD(3)HEAT子程序:HEAT:MOVA,HEATLCALLAD;調(diào)檢水程序MOVA,RB5JCK;判斷沸騰溢出JNZK;有沸騰溢出那么轉(zhuǎn)移MOVIE,RB5MOVA,RB4LCALLAD;沒沸騰溢出那么調(diào)檢水程序第五章 結(jié)論與展望結(jié)論豆?jié){機開展到今天,所經(jīng)歷的時間并不太長,但就其技術(shù)上的更新卻經(jīng)歷了幾個階段,從最早的簡單打磨和加熱煮熟到微電腦控制,集

55、水位檢測粉碎過濾防溢報警等功能為一體的全自動微電腦控制,豆?jié){機的技術(shù)有了一個質(zhì)的飛躍本文討論的單片機控制系統(tǒng)具有以下特點: 抗干擾能力強在硬件上,用繼電器隔離強電和弱電:為了防止加熱器感應(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)R10(100)接地在軟件上,加看門狗 平安可靠為了防止加熱器干燒,在主程序和子程序中,不斷檢測是否缺水,一旦缺水,馬上關(guān)閉馬達(dá)或加熱器,并發(fā)出急促的“滴,滴報警聲硬件也有平安設(shè)計 報警程序為多警聲輸出,便于區(qū)分工作狀態(tài)采用反復(fù)熬煮的工藝, 既保證了豆?jié){充分煮熟具有濃香風(fēng)味,又防止了豆?jié){大量溢出和繼電器反復(fù)動作,保證了設(shè)備的平安由于受到硬件設(shè)施和時間等方面的限制,本系統(tǒng)的樣