豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（由指導(dǎo)教師填寫發(fā)給學(xué)生）學(xué)院（直屬系）： 電子信息工程學(xué)院 時間：2016 年 3 月 11 日學(xué) 生 姓 名史云杰指 導(dǎo) 教 師金坤善設(shè)計(jì)（論文）題目 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容掌握單片機(jī)開發(fā)的一些步驟掌握簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法熟練掌握一門單片機(jī)開發(fā)語言研究方法 理論設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試相結(jié)合主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))通過功能按鍵選擇控制工作模式運(yùn)用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速教研室意見研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 年 月 日 說明：一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目錄摘要IABSTRACTII第1章 緒論1第2章

2、豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的功能需求分析32.1 控制系統(tǒng)的硬件功能分析32.2 控制系統(tǒng)的軟件功能分析4第3章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)53.1單片機(jī)的簡介及其最小系統(tǒng)53.2 電源電路的設(shè)計(jì)63.2.1 電源模塊的組成63.2.2 橋式整流電路簡介73.2.3穩(wěn)壓器的選用83.2.4 電源工作原理83.3加熱及磨漿電路模塊93.3.1 溫度檢測器的選用93.3.2 加熱及磨漿電路設(shè)計(jì)93.4 水位檢測電路的設(shè)計(jì)113.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)123.6 消泡裝置12第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)144.1 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)144.2 各階段程序分析15第5章 系統(tǒng)仿真175.1 濕豆功能模塊仿真175

3、.2 果蔬功能模塊仿真20第6章 結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)24附錄25附錄A：主電路圖25附錄B：系統(tǒng)程序27摘要IABSTRACTII第1章 緒論1第2章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的功能需求分析32.1 控制系統(tǒng)的硬件功能分析32.2 控制系統(tǒng)的軟件功能分析42.3 控制方案設(shè)計(jì)42.4 方案論證5第3章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)73.1單片機(jī)的簡介及其最小系統(tǒng)73.2 電源電路的設(shè)計(jì)83.2.1 電源模塊的組成83.2.2 橋式整流電路簡介93.2.3穩(wěn)壓器的選用103.2.4 電源工作原理103.3加熱及電機(jī)驅(qū)動電路模塊113.3.1 加熱電路設(shè)計(jì)113.3.2 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)123.4 水位檢

4、測電路的設(shè)計(jì)133.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)143.6 消泡裝置15第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)174.1 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)174.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)18第5章 系統(tǒng)仿真215.1 濕豆功能模塊仿真215.2 果蔬功能模塊仿真24第6章 結(jié)論27致謝29參考文獻(xiàn)31附錄A：主電路圖1附錄B：系統(tǒng)程序2摘要本文完成了豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中，選用溫度傳感器DS18B20和液位傳感器實(shí)時監(jiān)測在整個豆?jié){制作過程中機(jī)內(nèi)液體的溫度和液位，其輸出與給定值形成的偏差的負(fù)反饋?zhàn)鳛榭刂破鰽T89C51單片機(jī)的輸入，控制器輸出信號驅(qū)動放大后分別作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也就是加熱器和電機(jī)。在硬件設(shè)計(jì)的

5、基礎(chǔ)上，利用Keil開發(fā)平臺，選用C語言完成了系統(tǒng)軟件開發(fā)，結(jié)合Proteus仿真軟件進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，控制系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)硬件系統(tǒng)的指定功能，特別是以不同的工作模式工作時，通過PWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制的電機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速工作，增加的物理消泡裝置也能按照既定時序工作，滿足基本的設(shè)計(jì)需求。 豆?jié){作為日常生活中的常用飲品，其因含有豐富的營養(yǎng)價(jià)值而受到百姓喜愛。傳統(tǒng)豆?jié){機(jī)制作豆?jié){是將加熱與磨漿工作分開進(jìn)行，且消泡措施為等待消泡，這大大延長了制作時間，不符合當(dāng)下快節(jié)奏的生活方式。本設(shè)計(jì)在保持原有傳統(tǒng)豆?jié){機(jī)的加熱磨漿，文火煮漿的基礎(chǔ)上，控制加熱和磨漿的同時進(jìn)行并將預(yù)加熱的功率提高到1500W，提高了

6、整個系統(tǒng)的工作效率。同時，增加消泡裝置采用物理消泡措施減少消泡時間，將整個制作過程控制在七分鐘左右，節(jié)省寶貴的早晨時間。關(guān)鍵詞：豆?jié){機(jī)，高效，單片機(jī)，電機(jī)調(diào)速ABSTRACT The system design of soybean milk machine control system is designcompleted in this paper,in which the temperature sensor DS18B20 and liquid level sensor are chosed to monitor the temperature and liquid level in

7、the whole soybean milk making process .The output of the temperature senor is compared with a given value and the deviation is feedbacked to the controller AT89C51 as a input, which outputs signal to drive the implementing agencies, which is also the heater and motor. On the base of the hardware , u

8、sing Keil development platform and C language completed the system software development, and simuated with the Proteus simulation software. Simulation results showed that the control system can achieve the intended function of the hardware system, especially the motor controled by the PWM pulse widt

9、h modulation technology can work at a different speed in different work mode,and physical eliminating bubble device can work in accordance with the established sequence, which meet the basic design requirements.Soybean milk as a commonly used drinks of daily life,and is loved by the people because o

10、f its rich nutritional value . Traditional soybean milk production is heating and grinding work separately, and the elimination of bubbles measures is waiting, which greatly extended the production time,does not conform to the fast pace of life style. This design while maintaining the original tradi

11、tional soybean milk machine heating pulping and simmer pulping controlled heating and grinding at the same time and preheating power is increased to 1500W, improves the work efficiency of the whole system. At the same time, the increase of the bubble device using physical bubble elimination measures

12、 to reduce the bubble time, the entire production process control in about seven minutes, saving valuable time in the morning.Keywords:soybean milk machine，efficient, SCM，Motor speed regulation 第1章 緒論豆?jié){機(jī)是一種新型的家用飲用機(jī)，越來越成為家庭生活的必備品。使用豆?jié){機(jī)制作豆?jié){以黃豆為主要原料，通過加熱，打漿，延煮等一系列制作流程后可得到美味的熱豆?jié){。若在黃豆中配以其它谷物，或者通過改變打漿、加熱的

13、時間，可以做出不同口味的豆?jié){飲料。豆?jié){中不僅含有豐富的植物蛋白，還含有維生素B1、B2和煙酸。此外，豆?jié){還含有鐵、鈣等多種礦物質(zhì)，根據(jù)調(diào)查研究，豆?jié){中所含的鈣是所有乳制品中最高的，非常適合于各種年齡段的人群飲用。憑借其細(xì)膩的口感和豐富的營養(yǎng)價(jià)值，豆?jié){越來越受到我國人民的喜愛，也越來越成為人們追捧的健康美食。隨著人們生活水平的提高和健康意識的不斷增強(qiáng)，注重飲食衛(wèi)生的人更喜歡在家中自制豆?jié){，自制豆?jié){既方便又放心。隨著近些年科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，豆?jié){機(jī)也在不斷更新?lián)Q代，樣式也越來越新穎，而且功能也在不斷增加。不僅如此，大多的豆?jié){機(jī)在機(jī)身材料方面運(yùn)用到食品級的不銹鋼，使得機(jī)身更易清洗。電機(jī)周圍材料采用隔

14、阻噪音的吸附性材料，盡可能的降低噪音，而且功耗更小、速度更快，打出的豆?jié){更加的細(xì)膩，基本上滿足了消費(fèi)者的多樣化、個性化的需求。豆?jié){機(jī)基本功能主要有1： （1） 干/濕豆功能 “濕豆”功能是用來將泡好的豆子進(jìn)行打漿，如果忘記泡豆，就選擇使用“干豆”功能。在設(shè)計(jì)干豆功能時，在濕豆功能硬件的基礎(chǔ)上通過程序改變豆?jié){機(jī)的打磨時間、次數(shù)、速度等相關(guān)措施，使干豆與濕豆打出的豆?jié){一樣美味。而且經(jīng)過對兩種所含礦物質(zhì)與營養(yǎng)成分的分析后發(fā)現(xiàn)無論是用干豆還是濕豆做出來的豆?jié){，營養(yǎng)價(jià)值幾乎沒有任何差異。而在生活節(jié)奏逐漸加快的當(dāng)下，使用干豆功能進(jìn)行打漿越來越成為大眾使用豆?jié){機(jī)的主要方式。 （2） 果蔬功能 食品衛(wèi)生越來越

15、成為現(xiàn)代人們飲食關(guān)注的焦點(diǎn)，而在一般的果蔬飲料中都含有防腐劑，而與之相比，自己動手做則完全沒有這些疑慮。在進(jìn)行果蔬打漿時，不需要加熱器工作，同時在進(jìn)行此功能時由于需要豆?jié){機(jī)內(nèi)加一些水導(dǎo)致了攪拌空間過大，如果還是按照豆?jié){制作過程進(jìn)行打漿，容易出現(xiàn)攪拌不均勻的問題，所以要延長打磨的時間，增加打磨的次數(shù)。傳統(tǒng)的豆?jié){機(jī)是是在接通電源后，將機(jī)內(nèi)液體溫度加熱到80度左右后就停止加熱，進(jìn)而開始打漿，待打漿一段時間后停止然后再加熱，如此反復(fù)進(jìn)行，直到打漿完成。雖然這樣的豆?jié){機(jī)與傳統(tǒng)手工研磨相比已省時省力不少，但由于它的加熱和磨漿是分步不同時的，使得整個過程的時間過長，不符合現(xiàn)代人的時間觀念。在進(jìn)行本設(shè)計(jì)時，意

16、識到老款豆?jié){機(jī)存在的這一缺陷并努力尋求解決辦法，使得加熱煮漿和打豆磨漿能夠同時進(jìn)行無間歇，盡可能縮短時間，只需稍等幾分鐘就能喝到美味又營養(yǎng)的豆?jié){。整個過程由單片機(jī)全自動控制，讓您用起來更加的方便快捷、更加的安全放心。與傳統(tǒng)的豆?jié){機(jī)相比，在本設(shè)計(jì)中引入了主動消泡的裝置，而在普通的豆?jié){機(jī)內(nèi)都沒有這一裝置，所做的退泡設(shè)施只是暫停加熱進(jìn)行退泡等待，而在豆?jié){機(jī)相對密閉的環(huán)境下等待豆?jié){自行冷卻降溫需要很長的時間，延長了整個制作過程。這一裝置的引入也基本上解決了在打漿與加熱同時進(jìn)行的情況下產(chǎn)生大量泡沫而出現(xiàn)假溢出的問題，這也是本設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比特點(diǎn)比較突出的部分。加入單片機(jī)的控制，使得加熱環(huán)節(jié)和消泡環(huán)節(jié)能

17、夠交替有序的進(jìn)行，這兩者合理的配合使用將大大縮短制作豆?jié){的整體時間，實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的主要目的。除此之外，在傳統(tǒng)的豆?jié){機(jī)中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在不同的工作模式下其轉(zhuǎn)速都是一樣的，這種情況下進(jìn)行濕豆和果樹的磨漿基本不會出現(xiàn)問題，但在進(jìn)行干豆磨漿時，如果電機(jī)還是以較快的轉(zhuǎn)速開始工作，則會使刀片出現(xiàn)鈍化，加速刀片磨損。有可能還回出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)的情況，損壞電機(jī)。考慮到傳統(tǒng)豆?jié){機(jī)的這一缺陷，在本設(shè)計(jì)中運(yùn)用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)的調(diào)速，避免出現(xiàn)上述提到的問題。本文組織結(jié)構(gòu)如下：在第二章中分析了控制系統(tǒng)的硬件和軟件功能需求，提出問題。在第三章內(nèi)容中分模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的總體電路設(shè)計(jì)。在第四章中根據(jù)系統(tǒng)流程圖完成

18、系統(tǒng)的軟件開發(fā)。第五章運(yùn)用Proteus軟件和Keil程序編寫軟件對系統(tǒng)硬件和軟件進(jìn)行仿真并分析仿真結(jié)果。 第2章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的功能需求分析在本章內(nèi)容中豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為控制器，以上下水位檢測電極為檢測裝置，以電機(jī)，加熱器和消泡裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以DS18B20溫度傳感檢測器為反饋元件，結(jié)合對報(bào)警電路的控制，為整個系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)提供可靠地硬件基礎(chǔ)。 2.1 控制系統(tǒng)的硬件功能分析分為水位檢測部分，首先，需要選擇一個單片機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的控制器核心來進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測和處理，剛開始需要一個水位傳感器檢測器檢測水位是否符合標(biāo)準(zhǔn)，考慮到豆?jié){機(jī)的整體美觀，盡可能減少整機(jī)成本，在這

19、里采用一個探針來做傳感器使用，結(jié)合LM358的使用，將檢測到的水位信息轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識別的電平信號。在豆?jié){制作的過程中需要加熱以及到打漿結(jié)束后需要煮漿，所以在硬件系統(tǒng)中需要一個加熱器。當(dāng)通過單片機(jī)檢測到水位符合標(biāo)準(zhǔn)后，則啟動加熱器開始對水進(jìn)行加熱，在進(jìn)行預(yù)加熱的過程中，加熱器的功率為1500W，為全功率。就此階段，加熱管的功率是傳統(tǒng)的豆?jié){機(jī)的兩倍，加快了整個豆?jié){制作的過程。第二部分為電機(jī)打漿部分，當(dāng)溫度檢測器檢測到機(jī)內(nèi)的液體達(dá)到80度時，通過單片機(jī)控制電機(jī)開始運(yùn)行，電機(jī)開始打漿。在此過程中用到的溫度傳感裝置為DS18B20，單片機(jī)通過接收到傳感器傳回的數(shù)據(jù)檢測溫度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在本設(shè)計(jì)中為了減

20、小整機(jī)體積，所以需要充分考慮電機(jī)的選擇。在所有平常所接觸到的電機(jī)中，單項(xiàng)串勵電機(jī)無疑是最合適的選擇。除了體積小、重量輕以外，串勵電機(jī)的過載能力和調(diào)速能力也是非常出眾的，這也正好滿足了豆?jié){機(jī)要根據(jù)用戶的不同功能選擇來及時調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，綜上所述，單相串勵電機(jī)基本上就是本設(shè)計(jì)的最佳選擇。憑借自身的諸多優(yōu)點(diǎn)，串勵電機(jī)在家用電器中得到了普遍使用。當(dāng)谷物中的淀粉由于電機(jī)旋打而逐漸出現(xiàn)時，就應(yīng)該及時降低加熱功率，如果繼續(xù)讓加熱器全功率工作，則打出來的豆?jié){難免會出現(xiàn)糊味，所以在電機(jī)開始打漿的同時加熱管工作功率降成用750W加熱，直到電機(jī)停止工作。這是單片機(jī)通過PWM脈寬調(diào)試改變加熱器輸入電壓的占空比來實(shí)現(xiàn)的，

21、在本設(shè)計(jì)中此方法還被用來控制電機(jī)速度2，根據(jù)電機(jī)所學(xué)知識，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加在電機(jī)兩端的電壓大小成正比，但是電機(jī)在接入電壓后轉(zhuǎn)速不會立即到最大值，而使在經(jīng)過一段時間的加速后才會到達(dá)當(dāng)前電壓下的最大轉(zhuǎn)速，在電機(jī)的速度控制程序中，通過控制輸出高低電平占空比進(jìn)而控制電機(jī)兩端的平均電壓。第三部分為防溢煮漿部分，在此階段，同樣通過改變加熱器的輸入占空比來使加熱器的功率降到350W，煮漿階段中豆?jié){中的酸性物質(zhì)由于加熱會產(chǎn)生大量的氣泡，在市場上的普通豆?jié){機(jī)中，實(shí)現(xiàn)消泡功能的主要手段是停止加熱，憑借豆?jié){的自身冷卻來使泡沫自己破裂。這種方法雖然成本低，節(jié)約功耗，但是需要消耗大量的時間，這也拉長了整個豆?jié){制作過程的

22、時間所以在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)增加了一個消泡裝置。2.2 控制系統(tǒng)的軟件功能分析 軟件就是對單片機(jī)的編程，在軟件編寫的過程中以軟件流程圖為依據(jù)，然后根據(jù)硬件系統(tǒng)的集體設(shè)計(jì)要求按步編寫。即插上電源按下功能選擇按鈕后，單片機(jī)將水位檢測電極檢測到的信息進(jìn)行分析，檢測機(jī)內(nèi)水位是否符合要求，若符合要求則控制單片機(jī)與加熱器相連的引腳輸出高電平，使加熱器工作開始對水進(jìn)行加熱，在開始階段加熱管是以1500w的全功率進(jìn)行加熱的。通過溫度檢測器檢測水溫是否達(dá)到打漿的要求，在本設(shè)計(jì)中用到的溫度檢測元件DS18B20溫度檢測器，這就需要在程序中引入DS18B20的基本讀寫程序。單片機(jī)通過控制電機(jī)驅(qū)動電路中晶閘管的導(dǎo)通啟動電機(jī)

23、，磨漿開始后將加熱管改為750w的功率工作，這就需要單片機(jī)中控制加熱器的引腳間歇輸出高電平，改變加熱器工作電壓的占空比，實(shí)現(xiàn)加熱器的半功率運(yùn)行。打漿程序運(yùn)行完成后電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)將加熱管改為350w的功率對豆?jié){進(jìn)行延煮。在延煮的過程中由于加熱的緣故會豆?jié){上溢，當(dāng)豆?jié){沫接觸到防溢電極時，暫停加熱，啟動主動消泡裝置，進(jìn)行消泡。在豆?jié){機(jī)運(yùn)行過程中，打漿的時候會有少量的豆?jié){濺到防溢電極上，這時就需要一個延時程序?qū)ζ溥M(jìn)行延時使得豆?jié){機(jī)不會因此產(chǎn)生誤操作3。同樣，在功能按鍵選擇程序時也需要一個延時程序防止誤觸而產(chǎn)生的誤操作。按照上述對豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)要求的分析，通過硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的配合使用來實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的控

24、制要求。豆?jié){機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.-1所示： 2.1 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)框圖-1 豆?jié){機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖2.3 控制方案設(shè)計(jì)方案1：此方案由單片機(jī)、傳感器、加熱電路、磨漿電路、報(bào)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(jī)，報(bào)警提示。方案2：此方案由單片機(jī)、傳感器、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電路、加熱控制電路、報(bào)警電路等組成。其工作原理是豆?jié){機(jī)加電后直接按“啟動”鍵，控制電路控制豆?jié){機(jī)進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到75度左右時，停止加熱，開始打漿；打漿電機(jī)按間歇方式打漿：運(yùn)轉(zhuǎn)20秒后停止轉(zhuǎn)運(yùn)，間歇10秒后再啟動打漿電機(jī)，如此循環(huán)進(jìn)行打漿6次或者4次

25、。打漿結(jié)束后開始對豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達(dá)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)6次或者4次，豆?jié){加工完成后發(fā)出聲光信號。2.4 方案論證方案一所示，由單片機(jī)、電源電路、溫度傳感器、打漿電路、加熱電路、報(bào)警電路等組成。工作過程是，先將黃豆放入豆?jié){機(jī)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(jī)。接上電源，按下“功能鍵”，開始加熱，加熱到一定溫度后，開始打漿，打漿漿結(jié)束后,又加熱直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出報(bào)警聲，提示豆?jié){已做好。其缺點(diǎn)是：沒有防干燒、防溢功能。 方案二所示, 由單片機(jī)、電源電路、溫度傳感器、放干燒電路電路、防溢電路、打漿電路

26、、加熱電路、報(bào)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(jī)。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，開始加熱，溫度達(dá)到80度時，停止加熱；攪拌馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，將黃豆粉碎，豆?jié){過濾，然后馬達(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(bào)警聲，提示豆?jié){已做好。若缺水，則關(guān)閉加熱器和馬達(dá)，并發(fā)出急促的報(bào)警聲,直到關(guān)閉電源，加好水后才能工作。 進(jìn)行論證后,我選擇第二方案。其原因是:(1)加工方式是自動化的。（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)象本章內(nèi)

27、容通過對控制系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)功能分析并確定控制方案為接下來兩章的軟硬件設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)，以系統(tǒng)軟硬件的功能要求逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第3章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在本章內(nèi)容中，以對系統(tǒng)的硬件功能分析為依據(jù)，對涉及到的具體環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)整個硬件電路，為整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供硬件基礎(chǔ)。在硬件系統(tǒng)中，通過開環(huán)控制方法控制電機(jī)，根據(jù)不同的功能選擇改變電機(jī)的速度。以閉環(huán)形式控制加熱器，以DS18B20溫度檢測器為檢測元件并將檢測到數(shù)據(jù)反饋到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后再控制加熱器功率，適應(yīng)不同階段的加熱需求。3.1單片機(jī)的簡介及其最小系統(tǒng)在本設(shè)計(jì)中采用愛特梅爾（Atmel)公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)進(jìn)行制造

28、的8位單片機(jī)，型號為AT89C5134。該型號單片機(jī)的最大優(yōu)勢是可通過各種常規(guī)編程器對其的程序存儲器進(jìn)行編程，這一優(yōu)點(diǎn)使其成為本設(shè)計(jì)最好的選擇43。AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖32.-1所示：圖3.-1 51單片機(jī)引腳圖該型單片機(jī)還具備以下豐富的片上資源： 1）8k字節(jié)Flash和256字節(jié)RAM 2）32 位高速I/O 口線 3）一個看門狗定時器 4）2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計(jì)數(shù)器和一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu).定時器具備基本的定時功能，通用定時器除具備基本定時功能以外，還具備測量輸入脈沖的頻率、脈寬以及輸出PWM的功能。 5）全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 對于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)而言，

29、該型單片機(jī)是很好的選擇，尤其是眾多的I/O口和龐大的存儲空間，可以滿足較為復(fù)雜的軟硬件設(shè)計(jì)需求，省去了I/O擴(kuò)展及存儲器擴(kuò)展的工作。同時，其他豐富的資源也為將來系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了空間5。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3.-2所示。圖3.-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.2 電源電路的設(shè)計(jì)電源模塊為整個系統(tǒng)的工作提供電力支持，如果沒有一個穩(wěn)定可靠地電源模塊那么系統(tǒng)的正常工作將無從談起，其是一個電子系統(tǒng)的核心。隨著科技的日新月異，電子產(chǎn)品也更趨向與集成化，目前在電子電路中運(yùn)用的電源穩(wěn)壓電路也大多都是集成化的。它和分立的晶閘管電路比較，具有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在體積小、重量輕、運(yùn)行速度快、耗電省、可靠性高，

30、且調(diào)試方便、使用靈活，易于進(jìn)行大量自動化生產(chǎn)。3.2.1 電源模塊的組成 電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。 電源變壓器：根據(jù)變壓器的主副線圈電壓變換理論，當(dāng)主線圈匝數(shù)一定時，可改變副線圈的匝數(shù)以在副線圈兩端獲得與主線圈兩端交流電壓成一定比例的交流電壓，而這一比例關(guān)系就是兩線圈的匝數(shù)比。在本設(shè)計(jì)中經(jīng)變壓器降壓后的電源為12V，根據(jù)變壓器原理： 其中N11，N22分別為原副邊線圈的匝數(shù)，n為變比也成為匝比。通俗點(diǎn)說就是經(jīng)變壓器原副邊作用后電壓放大或者縮小的倍數(shù)。本設(shè)計(jì)中根據(jù)上述公式計(jì)算可得變壓器的原副邊比為18，如圖3.-3所示：圖3.-3 變壓器原理圖整流濾波電路：二級管都具

31、有單向?qū)щ娦?，濾波電路正是利用了二極管的這一特點(diǎn)，通過將多個二極管的配合使用，將交流電整合成直流電。 濾波功能的實(shí)現(xiàn)是利用儲能元件電容器C兩端的電壓不能突變的性質(zhì)，把電容C與整流電路配合使用，就可以將電路中偶爾出現(xiàn)的未被完全整流的交流電濾除，從而確保得到的直流電的平滑程度。在小功率的整流電路中，經(jīng)常使用的時電容濾波。穩(wěn)壓電路：顧名思義，此電路就是利用穩(wěn)壓器的工作，將電網(wǎng)電壓中電壓波動不穩(wěn)定對整個系統(tǒng)產(chǎn)生的影響降到最小，從而確保硬件系統(tǒng)中各個功能元件的正常運(yùn)行。3.2.2 橋式整流電路簡介 橋式整流電路是一種最基本的用于交直流轉(zhuǎn)換的電路，具有高效，快速，方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種需要進(jìn)行電源

32、類型轉(zhuǎn)換的電源模塊中【6】。橋式整流電路圖如圖3.-4所示，它的運(yùn)行原理為當(dāng)輸入電壓為正半周時，電路中構(gòu)成a、D1、R、D3、b的通電回路，可以看出在負(fù)載R兩端形成上正下負(fù)的半波整流電壓，作為輸出電壓。輸入為負(fù)半周時，二極管的導(dǎo)通狀態(tài)正好與上一階段相反，但在負(fù)載上形成了與之前相同方向的電壓。根據(jù)上述分析的整流電路的工作原理，我們可以知道在負(fù)載電阻兩端始終可以得到上正下負(fù)的整流電壓，符合電路元器件對直流電的需求。圖3.-4 橋式整流電路 3.2.3穩(wěn)壓器的選用 AT89C51單片機(jī)的供電電壓為5V，而常用的電源均為5V，如電腦USB口、手機(jī)充電器等，因此需設(shè)計(jì)5V穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器不但具有性能

33、優(yōu)良和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，而且其比晶閘管穩(wěn)壓電路更加親民的價(jià)位也受到眾多消費(fèi)者的青睞，使得其廣泛應(yīng)用于各種穩(wěn)壓電路中。在本設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電路中，對于穩(wěn)壓器的使用是在其輸入端給定一個固定電壓，然后在輸出端得到電路所需要的穩(wěn)定電壓，所以在此選用的是具有固定輸出的穩(wěn)壓器。 輸出固定電壓的穩(wěn)壓器稱為三端集成穩(wěn)壓器，正如它的名字所說的那樣，這種穩(wěn)壓器的三端即為三條引腳，使用起來非常方便。根據(jù)本設(shè)計(jì)對于穩(wěn)壓器的輸出要求，在這里選用的是78XX系列的穩(wěn)壓器7。它的輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等規(guī)格，最大輸出電流為1.5A。 在本設(shè)計(jì)中選用的是78XX系列中的7805，其外圍電路簡單，正

34、面看，管腳分別為輸入、地、輸出。額定輸出電流1.5A，最大輸入電壓35V，輸入輸出壓差的最大值是30V，最小值2V，輸出電壓5V，誤差0.2V，實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)壓差和電流確定7805上的耗散功率，增加適當(dāng)?shù)纳嵫b置。穩(wěn)壓電路如圖3.-56所示： 圖3.5-6 穩(wěn)壓電路3.2.4 電源工作原理整個電源模塊電路如圖3.6-7所示，將上述分析到的幾個分模塊電路連接，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行逐步處理，在經(jīng)穩(wěn)壓器后再通過兩個電容濾波。根據(jù)電容的濾波曲線，在這里選擇0.1uf和1uf的兩個電容來濾波，能有效濾池頻率在10M赫茲以下的不工整電波，最后得到電子電路所需要的工作電壓。圖 3.6-7 電源模塊電路 3.3加

35、熱及電機(jī)驅(qū)動磨漿電路模塊 3.3.1 溫度檢測器的選用 在此模塊的設(shè)計(jì)中需要先將冷水的溫度加熱到80度后再開始磨漿，在這一過程中就需要一個溫度檢測元件來持續(xù)監(jiān)測溫度，并將信息交給單片機(jī)處理。在本設(shè)計(jì)中選用的是美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻傳感器相比，它能直接讀出被測溫度，并且DS18B20與單片機(jī)之間進(jìn)行信息讀寫只需要一根串口線，可通過數(shù)據(jù)線供電不需要備用電源也不需要任何外接元件。這種傳感器具有靈敏度高、測量范圍廣、反應(yīng)迅速、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，除了性能優(yōu)良外，這種傳感器還運(yùn)用了雙層密封工藝，具有良好的絕緣密封性和抗機(jī)械碰撞能力。在本設(shè)計(jì)中，整個控制電路

36、都會放在豆?jié){機(jī)的機(jī)頭部分，而在豆?jié){機(jī)工作的過程中難免會產(chǎn)生振動，所以這樣一款抗干擾的溫度檢測器無疑是最合適的選擇。 3.3.12 加熱及磨漿電路設(shè)計(jì) 加熱器在整個系統(tǒng)的工作過程中有兩個作用，一是在打漿開始階段通過加熱器的全功率工作給加入到機(jī)內(nèi)的冷水加熱達(dá)到打漿的溫度要求，二是當(dāng)豆?jié){研磨好后降低加熱器的功率進(jìn)行文火煮漿，本設(shè)計(jì)使用的加熱器的最大功率為1500W。加熱電路如圖3.7所示，當(dāng)單片機(jī)工作時，檢測完水位正常后，賦給P3.1一個低電平，軟件檢測到P3.1變?yōu)榈碗娖胶?，賦給單片機(jī)P1.0腳一個高電平，使三極管Q2飽和導(dǎo)通，于是加熱管得電開始對豆?jié){加熱，持續(xù)加熱到通過溫度傳感元件檢測到機(jī)內(nèi)液體

37、溫度達(dá)到80度后，加熱停止。在這一過程中就需要一個溫度傳感元件來持續(xù)監(jiān)測溫度，并將信息交給單片機(jī)處理。在本設(shè)計(jì)中選用的是美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器8，與傳統(tǒng)的熱敏電阻傳感器相比，它能直接讀出被測溫度，并且DS18B20與單片機(jī)之間進(jìn)行信息讀寫只需要一根串口線，可通過數(shù)據(jù)線供電不需要備用電源也不需要任何外接元件。傳感器將檢測到的溫度以16位數(shù)據(jù)的形式通過串口總線傳遞給單片機(jī)，在這16位數(shù)據(jù)中，前5位為符號位，當(dāng)前5位為1時，讀取的溫度為數(shù)，當(dāng)前5位為0時，讀取的溫度為正，把后11位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制數(shù)后再乘以0.0625便為所測的溫度。這種傳感器具有靈敏度高、

38、測量范圍廣、反應(yīng)迅速、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，除了性能優(yōu)良外，這種傳感器還運(yùn)用了雙層密封工藝，具有良好的絕緣密封性和抗機(jī)械碰撞能力。在本設(shè)計(jì)中，整個控制電路都會放在豆?jié){機(jī)的機(jī)頭部分，而在豆?jié){機(jī)工作的過程中難免會產(chǎn)生振動，所以這樣一款抗干擾的溫度檢測器無疑是最合適的選擇。圖3.7 加熱器控制電路 3.3.2 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)由于在本設(shè)計(jì)中要根據(jù)所選模式的不同來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時為了設(shè)計(jì)的美觀，電機(jī)的大小和體積也必須盡可能的靈巧和方便。所以在本設(shè)計(jì)中電機(jī)選用的是單相串勵電機(jī)，除此之外串勵電動機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種電器中。但是由于串勵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度過快，所以在工作

39、過程中會有大量的熱量產(chǎn)生，為了避免電機(jī)因連續(xù)工作而造成損壞，影響豆?jié){機(jī)的使用壽命，本設(shè)計(jì)中采用的是間歇性打漿的方式，也就是電機(jī)工作一段時間后停止工作，待電機(jī)溫度下降后繼續(xù)開始工作，如此反復(fù)。 加熱及磨漿電路如圖3-8所示，當(dāng)單片機(jī)工作時，檢測完水位正常后，賦給P3.1一個低電平，軟件檢測到P3.1變?yōu)榈碗娖胶螅x給單片機(jī)P1.0腳一個高電平，使三極管Q2飽和導(dǎo)通，于是加熱管得電開始對豆?jié){加熱，持續(xù)加熱到通過溫度檢測元件檢測到機(jī)內(nèi)液體溫度達(dá)到80度后，加熱停止。啟動電動機(jī)進(jìn)行打漿。加熱功率為750W的時候，單片機(jī)通過軟件控制P1.0腳為高低電平交替輸出，從而控制繼電器觸點(diǎn)閉合與開啟，實(shí)現(xiàn)了功率的

40、轉(zhuǎn)變。其后的400W也使用同樣的方法獲得。針對對于不同的豆類植物需要打漿的速度不同，需要對電機(jī)的速度做出適時調(diào)整。在本設(shè)計(jì)中，運(yùn)用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)速度。磨漿電路中所用到的電機(jī)功率為180W，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/分到19000轉(zhuǎn)/分。在進(jìn)行蔬菜水果打汁時，加熱器不用工作，電機(jī)維持在較高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，也就是在全功率下運(yùn)行。在進(jìn)行豆類打汁加工時，尤其是進(jìn)行干豆加工時，若電機(jī)還是高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，則對機(jī)頭的損耗更大，刀片的使用壽命將大大縮短，進(jìn)而影響豆?jié){機(jī)的整體使用壽命。所以在進(jìn)行豆類加工時，開始階段電機(jī)的速度不能過快，在半功率工作狀態(tài)下對豆子進(jìn)行初步粉碎，經(jīng)過這一階段后再提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行更加充分的打

41、漿。圖 3-8 加熱電路 在電機(jī)的驅(qū)動電路中，由于電機(jī)的驅(qū)動需要較高的電壓，普通的三極管在這里不符合性能要求，所以在這里需要用到可控硅整流器，也就是晶閘管。在本設(shè)計(jì)中采用晶閘管作為控制元件，也是看重它能夠承受高電壓和強(qiáng)電流的特點(diǎn)97。外部控制信號通過對晶閘管門極的控制來使晶閘管導(dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號就無法使其關(guān)斷，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否存在，晶閘管都保持導(dǎo)通，只能靠去除負(fù)載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。在本設(shè)計(jì)中運(yùn)用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)需要電機(jī)工作運(yùn)行時，單片機(jī)引腳向門極輸出高電平，控制晶閘管導(dǎo)通10。由于電機(jī)兩端所接入的工作電壓為電網(wǎng)交流電，所以在電壓輸入為負(fù)

42、半周時晶閘管截止，只有當(dāng)輸入電壓回到正半周且門極輸入高電平時晶閘管再次導(dǎo)通。也就是說當(dāng)晶閘管的門極一直為高電平時，電機(jī)的工作電壓基本上為110V，此時電極為全功率。當(dāng)需要降低電機(jī)轉(zhuǎn)速時，單片機(jī)控制與單片機(jī)輸出的端口交替輸出高低電平，改變占空比，降低電機(jī)工作電壓。電機(jī)驅(qū)動電路如圖3.8所示： 圖 3.8-9 電機(jī)驅(qū)動電路 3.4 水位檢測電路的設(shè)計(jì) 水位檢測是整個系統(tǒng)運(yùn)行的安全保障，防止出現(xiàn)干燒和溢出的情況，在確保安全的同時也延長了整機(jī)的使用壽命。水位檢測電路是利用水位檢測元件檢測水位變化，通過單片機(jī)將檢測到的信息進(jìn)行處理進(jìn)而控制電機(jī)或者加熱器是否運(yùn)行。防止出現(xiàn)水位過低而出現(xiàn)干燒和水位過高而出現(xiàn)

43、溢出的問題，在優(yōu)化了豆?jié){機(jī)的工作工作狀態(tài)，同時也讓整個制作豆?jié){的過程更加干凈整潔。水位檢測電路如圖3.10-11所示，在實(shí)際工程中，為了盡可能的減少硬件成本，縮小硬件體積使整個實(shí)物看起來更加輕便美觀，在本設(shè)計(jì)中采用探針來代替這兩個傳感器。為了將探針檢測到水位變化轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可偵測的電平信號，所以就需要一個根據(jù)水位不同輸出高低電平的元件，在本設(shè)計(jì)中所用到的為放大器LM358118，在本設(shè)計(jì)中作為電壓比較器使用。其引腳圖如圖3.9-10所示，它有正負(fù)兩個輸入端，當(dāng)正輸入端的輸入電壓大于負(fù)輸入端時，其輸出一個低電平，反之則輸出高電平，可以根據(jù)兩個輸入端的輸入電平不同而輸出高低電平，可以完全滿足電路的

44、設(shè)計(jì)需求。圖3.9-10 LM358引腳圖在整機(jī)安裝過程中將裝入豆類植物的金屬杯接控制電路的公共點(diǎn)“地”，探針分別與單片機(jī)的P3.1，P3.0端連接。在水位正常情況下工作時，水位檢測電極被水淹沒，根據(jù)水的導(dǎo)電性，其與地之間的電阻很小基本上可以忽略不計(jì)。因?yàn)殡姌O與電阻R8串聯(lián)，對+5V進(jìn)行分壓，所以在比較器的輸入端U+得到的電壓比U-的低，比較器U4C輸出低電平12。同理，當(dāng)機(jī)內(nèi)缺水時，水位檢測電極露出水面，與地之間形成斷路，比較器輸入端基本上得到了5V的全電壓，比較器U4C輸出高電平。再通過軟件檢測電壓比較器U4C的輸出電平，便可知道機(jī)內(nèi)的水位是否符合電機(jī)工作的需求，是否可以再進(jìn)行下一步的工作

45、。檢測豆?jié){是否出現(xiàn)溢出的上限水位檢測電極的工作原理也是如此。 圖 3.10-11 水位檢測電路3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路是通過蜂鳴器發(fā)出聲音信號和發(fā)光二極管發(fā)出光信號，在水位不符合要求時發(fā)出警報(bào)或者在打漿完成后提醒主人豆?jié){已經(jīng)煮好。報(bào)警電路由單片機(jī)AT89C51、電阻R10、三極管Q3與蜂鳴器B1組成13。通過事先編寫的程序，在單片機(jī)的控制下，系統(tǒng)開始工作，當(dāng)水位不符合要求或者文火煮漿完成后，單片機(jī)的P0.0腳輸輸出一個高電平到三極管Q3，三極管導(dǎo)通，使整個報(bào)警電路構(gòu)成通電回路，蜂鳴器B1得電發(fā)出聲音，P0.1輸出高電平，點(diǎn)亮發(fā)光二極管。報(bào)警電路如圖3.11-12示。圖 3.11-12 報(bào)

46、警電路3.6 消泡裝置本設(shè)計(jì)中運(yùn)用到的消泡技術(shù)為電控?zé)崃ο菁夹g(shù)14，此技術(shù)是依靠豆?jié){泡沫在溫度達(dá)到一定值后表面張力超過極限而自動破裂消失的原理來做成的。在文火延煮的過程中，豆?jié){中的酸性物質(zhì)遇熱會產(chǎn)生大量泡沫，豆?jié){泡沫中的皂素是泡沫不容易破裂的原因，但在溫度達(dá)到100度之后，泡沫中的皂素會逐漸失效，泡沫的表面張力也會隨之逐漸下降，泡沫也就會逐漸破裂消失。為了加快泡沫的破裂消除速度，在電動機(jī)的主軸上按掛兩個銅制材料的金屬棒，其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，在泡沫達(dá)到防溢電極而使加熱停止時，啟動此裝置，金屬棒在通電情況下持續(xù)發(fā)熱，促使泡沫破裂。通過研究多次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)金屬棒安裝在防溢電極下面2.5厘米處

47、時它的消泡效果使最好的。通過對系統(tǒng)不同模塊的功能分析進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，采用Protues軟件15繪制系統(tǒng)總電路圖，結(jié)合下一章內(nèi)容的軟件設(shè)計(jì)，為最后的系統(tǒng)仿真工作做好準(zhǔn)備。第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本章根據(jù)不同功能下系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的硬件功能設(shè)計(jì)流程圖，并根據(jù)流程圖逐步分析進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在此方面采用C語言作為計(jì)算機(jī)程序語言，結(jié)合不同功能下對系統(tǒng)硬件電路的不同工作需求編寫軟件。初始化水位是否符合要求加熱器在1500W功率下工作達(dá)到80度電機(jī)開始工作，加熱功率750W開始文火煮漿是否溢出煮漿一分鐘10秒后蜂鳴器提醒報(bào)警啟動消泡5秒4.1 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì) N Y N YN圖4.-1 軟件控制

48、豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)流程圖如圖4.-1所示，接通電源后，豆?jié){機(jī)開始進(jìn)入工作程序。根據(jù)不同需求按下功能選擇按鈕后，單片機(jī)開始工作。先通過水位探頭檢測水位是否符合要求，如水位正好在上下警戒水位之間，則單片機(jī)控制加熱開始，若水位在警戒水位下，則單片機(jī)控制報(bào)警器發(fā)出聲音，提醒用戶進(jìn)行正確操作。當(dāng)通過溫度檢測器檢測到溫度達(dá)到80度后，單片機(jī)開始運(yùn)行打漿程序，控制電機(jī)間歇性工作，并降低加熱器的功率。當(dāng)打漿程序運(yùn)行完后，進(jìn)入防溢延煮程序，在工作過程中當(dāng)出現(xiàn)泡沫過多觸及防溢電極時，單片機(jī)控制加熱停止并啟動消泡裝置5秒，時間結(jié)束后接著加熱，如此反復(fù)直到加熱程序結(jié)束，10秒后單片機(jī)向報(bào)警器輸出聲

49、音信號，提醒用戶豆?jié){制作完成。4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)各階段程序 第一階段程序?yàn)槌跏蓟绦?當(dāng)整機(jī)接通電源后，單片機(jī)得到從電源模塊輸出的5V工作電壓便進(jìn)入工作狀態(tài)。通過對外部復(fù)位電路中的電容充放電的作用使得單片機(jī)RST復(fù)位端口電平先高后低，則整個硬件電路的復(fù)位工作完成。隨后單片機(jī)初始化開始運(yùn)行既定程序，單片機(jī)的P0.1輸出高電平，點(diǎn)亮二極管顯示整個電路工作正常，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。第二階段為水位檢測程序 當(dāng)按下功能選擇按鈕單片機(jī)開始工作后，單片機(jī)通過判定P3.1的電平高低來來確定豆?jié){機(jī)內(nèi)德水位是否符合要求，水位正常情況下P3.1為低電平。如果CPU檢測到的P3.1為高電平時說明機(jī)內(nèi)的水位不符合要求

50、，則P0.0輸出聲音信號，經(jīng)三極管放大后推動報(bào)警器發(fā)出聲音提醒用戶水量不夠，如果P3.1為低電平說明水位符合要求則程序進(jìn)入下一工作階段。第三階段為加熱程序 當(dāng)P3.1為低電平時單片機(jī)進(jìn)入加熱程序階段控制加熱器工作。單片機(jī)P1.0輸出高電平控制三極管Q2導(dǎo)通，電磁閥RL2得電吸和加熱器得電開始工作對冷水開始加熱，這一過程稱為預(yù)加熱。目的是為了防止在打漿的過程中出現(xiàn)大量的泡沫電機(jī)無法正常工作延長了制作的時間，所以這一過階段在整個過程中是十分重要的。在本設(shè)計(jì)中的溫度檢測模塊用到的是DS18B20溫度檢測器，所以在溫度檢測程序中需要用到18B20的讀寫程序，當(dāng)通過溫度檢測器檢測到溫度達(dá)到80度后單片機(jī)

51、開始下一階段程序工作，同時單片機(jī)通過程序控制電磁閥的導(dǎo)通時間來調(diào)整加熱器工作電壓的的占空比，降低加熱器的工作頻率繼續(xù)工作。第四階段為打漿程序 在該電路模塊中用到橋式驅(qū)動電路作為電機(jī)的驅(qū)動電路，單片機(jī)P1.2輸出高電平控制晶閘管門極來使晶閘管導(dǎo)通進(jìn)而控制電機(jī)工作，電機(jī)帶動刀片高速旋轉(zhuǎn)粉碎豆子。在此階段電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量熱量為了延長電機(jī)的使用壽命，在這里電機(jī)使用間歇式的工作方式，即使P1.2輸出高電平15秒后輸出低電平5秒，如此反復(fù)進(jìn)行五次后打漿程序運(yùn)行完成。在選擇不同的功能時，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求也不盡相同。在涉及到的電機(jī)調(diào)速問題時，運(yùn)用PWM調(diào)速方法對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，其原理與上一階段提到的對加熱

52、器將功率的原理相同，改變P1.2輸出高低電平的周期來控制電機(jī)工作電壓的平均值來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。第五階段為延煮程序 當(dāng)粉碎結(jié)束后單片機(jī)開始按照延煮程序工作，在該階段主要的控制對象是加熱與溢出的關(guān)系。繼續(xù)改變P1.0輸出高低電平的周期降低加熱器的功率到350W進(jìn)行延煮。當(dāng)在延煮過程中產(chǎn)生的大量泡沫觸及到防溢電極，P3.0檢測到低電平后，單片機(jī)的CPU控制P1.0輸出低電平使加熱停止并向P1.1輸出高電平控制消泡裝置開始工作，此工作持續(xù)5秒后停止，P1.0輸出高電平繼續(xù)加熱，總加熱時間為一分鐘，延煮程序結(jié)束后進(jìn)入下一階段。 第六階段為報(bào)警程序 豆?jié){煮好10秒后，CPU令P0.0口輸出高電平，通過Q3推

53、動蜂鳴器B1發(fā)出響聲，當(dāng)然，在此之前，你也已經(jīng)聞到香濃的豆?jié){味了。通過本章內(nèi)容對各階段程序接近分析，采用Keil軟件對整個控制系統(tǒng)的程序進(jìn)行編寫，在下一章內(nèi)容中將運(yùn)用編寫好的程序結(jié)合Proteus軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。第5章 第5章 系統(tǒng)仿真 在本章內(nèi)容中運(yùn)用Proteus軟件9和Keil程序編寫軟件對系統(tǒng)硬件和軟件進(jìn)行仿真。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)不同的功能選擇對軟件的主程序進(jìn)行分模塊的編寫，然后再用Proteus軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。5.1 濕豆功能模塊仿真 首先進(jìn)行濕豆功能模塊的仿真，P1.5為單片機(jī)的濕豆功能選擇端口，在按下濕豆功能選擇按鈕后，單片機(jī)P1.5端口輸入低電平，仿真結(jié)果圖如圖5-

54、1所示：圖5.-1 功能選擇仿真 在功能選擇完成后，開始檢測水位是否符合要求。若水位不符合要求則控制LED發(fā)光二極管導(dǎo)通的P0.1交替輸出高低電平，周期為兩秒，提醒用戶機(jī)內(nèi)缺水。仿真結(jié)果圖如圖5.-2，5.-3所示： 圖5.-2 二極管亮仿真圖 圖5.-3 二極管滅仿真圖 在仿真過程中假設(shè)水位滿足基本要求，即給定P3.1一個低電平，P3.0一個高電平這樣通過程序默認(rèn)水位符合要求，則控制三極管導(dǎo)通的P1.2輸出高電平控制電磁閥導(dǎo)通，加熱器開始全功率工作，仿真結(jié)果圖如圖5.-4所示：圖5.-4 加熱器全功率工作仿真圖 同樣將單片機(jī)的溫度檢測輸入端口P2.0給定一個高電平。則按此模塊程序開始工作，在

55、這一過程中單片機(jī)程序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速的四分之三，即控制電機(jī)的工作電壓為正常工作電壓的四分之三。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)來控制電機(jī)工作電壓，單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動電路中的晶閘管門極的端口P1.2輸出的高低電平周期為毫秒級，所以在仿真過程中用肉眼是很難觀察到的。在本設(shè)計(jì)中通過暫停仿真過程查看電機(jī)兩端電壓來大致了解電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)理論推導(dǎo)，在理想狀態(tài)下當(dāng)豆?jié){機(jī)在此功能下工作時電機(jī)的工作電壓應(yīng)該為165V。在仿真過程中根據(jù)理想的電壓要求不斷調(diào)節(jié)單片機(jī)端口P1.2輸出高低電平的占空比，直至接近理想值。電機(jī)驅(qū)動模塊的仿真結(jié)果如圖5.-5所示：圖5.-5 電機(jī)驅(qū)動仿真結(jié)果同樣在本功能模塊中，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作時加熱器降為半功率工作，也就是通過PWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制單片機(jī)P1.2端口進(jìn)行高低電平間歇性輸出，降低加熱器的工作電壓，根據(jù)計(jì)算可得在理想狀態(tài)下加熱器的工作電壓應(yīng)為110V。此仿真過程與上述提到的降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)制方法基本相同，根據(jù)理論值不斷調(diào)節(jié)端口輸出的占空比，直至加熱器兩端的電壓基本符合理論要求。此階段加熱器的仿真結(jié)果如圖5.-6所示：圖5.-6 加熱器半功率加熱仿真在加熱打漿結(jié)束后，豆?jié){機(jī)進(jìn)入文火煮漿階段。在此階段中加熱器的功率