智能豆浆机控制系统设计

摘 要

目前大多数常用智能豆浆机都是采用微电脑控制，只要开启豆浆机，磨浆、滤浆、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AT89C51单片机、传感器、功能电路、沸腾检测电路、磨浆电路、加热控制电路和报警电路等组成，豆浆生产完全自动化。生产过程可以达到预设模式，豆浆机可以自动完成加热、粉碎、报警防溢出等功能。一般可以选用豆类、玉米或其他五谷杂粮、蔬菜水果等作为加工材料。所以该智能豆浆机控制系统具有良好的应用价值和使用价值。

【关键词】智能豆浆机，AT89C51，控制系统

Abstract

At present most commonly used intelligent soybean milk machine is controlled by microcomputer, as long as open a soybean milk machine, grinder, straining, boiled pulp fully automated, short 10 minutes to automatically do soya-bean milk, both health and reliable, convenient and fast.

In this paper, the intelligent soybean milk machine system, sensor, using single-chip computer AT89C51 function circuit, boiling detection circuit, pulping, heating control circuit and alarm circuit and so on, fully automatic soya-bean milk production.Production process can achieve the preset mode, soybean milk machine can automatically finish the heating, crushing, alarm, spill-resistant, etc.Generally can choose beans, corn or other materials such as grain, vegetables, fruit.So the intelligent soybean milk machine control system has good application value and use value.

【Key words】 Intelligent soya-bean milk machine ，AT89C51， Control System

目 录

一、绪 论 ........................................................................................................................... 1 1.1 引言 .............................................................................................................................. 1 1.2本课题的研究内容 ..................................................................................................... 1 二、 设计方案的选定 .......................................................................................................... 3 2.1 设计要求 ..................................................................................................................... 3 2.2 设计思路 ..................................................................................................................... 3 2.3 方案设计 ..................................................................................................................... 3 2.4 方案论证 ..................................................................................................................... 4 三、 豆浆机控制系统的性能分析 .................................................................................... 6 3.1豆浆机的结构简图及主要功能介绍 ...................................................................... 6 3.2豆浆机的相关原理及控制特点 ............................................................................... 7 3.3 控制系统的硬件组成及功能分析 ......................................................................... 8 3.4控制系统的软件功能分析........................................................................................ 9 四、 豆浆机控制系统的硬件设计 .................................................................................. 10 4.1 AT89C51单片机简介 .............................................................................................. 10 4.2电源电路的设计 ....................................................................................................... 12 4.3加热及磨浆电路的设计 .......................................................................................... 13 4.4水位检测及沸腾溢出电路的原理 ........................................................................ 14 4.5报警电路的设计 ....................................................................................................... 14 4.6复位电路的设计 ....................................................................................................... 15 五、 全自动豆浆机控制系统的软件设计 ..................................................................... 17 5.1系统软件设计流程 ................................................................................................... 17 5.2 豆浆机全自动化过程的主要程序 ....................................................................... 19 六、总 结 ........................................................................................................................... 26 致 谢 ...................................................................................................................................... 27 参考文献 ................................................................................................ 错误！未定义书签。

一、绪 论

1.1 引言

由于当今社会生活节奏快，许多人没有时间吃早点，而早点对于人的健康是非常重要的。中国的传统食物豆浆是一种老少皆宜的营养食品。豆浆具有极高的营养价值，豆浆是防治高血脂、高血压、动脉硬化、缺铁性、贫血、气喘等疾病的理想食品。在欧美享有“植物奶”的美誉，根据专家介绍，在豆浆里含有多种优质蛋白、多种维生素、多种人体必须的氨基酸和多种微量元素等。无论成年人、老年人和儿童，只要坚持饮用，对于提高体质、预防和治疗病症，都大有益处。随着人们健康 认识的增强，为了卫生，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。

家用全自动豆浆机是一种新型的家用饮用机，以黄豆为原料，可以直接加工出可口的热豆浆饮品。

家用全自动豆浆机主要由粉碎黄豆的粉碎机、豆浆加热器、控制电路、温度采集和温度显示电路五大部分组成。用单片机研制的家用全自动豆浆机的控制电路，只要接通电源，豆浆机就能从黄豆的粉碎、过滤到豆浆的加热、煮沸全过程全自动，只需几分钟即可做成1.3升左右的豆浆，方便省时、卫生新鲜；有可靠的缺水保护功能，防止干烧；豆浆沸腾后再煮2分钟以上，保证完全煮熟，有再沸腾加热以及温度显示功能。

1.2本课题的研究内容

在科学技术进步、日新月异的今天，节能、高效、环保的观念逐渐深入人心，人们对家电自动化的要求也越来越高。本文研究的一种单片机控制的微电脑家用全自动豆浆机正是自动化家电的典型代表。基于单片机控制的家用全自动豆浆机能够判断水位，并在不符合水位要求时，不会马上加热并发出报警声，因此不但控制效果好，而且安全、节能。单片机控制的家用全自动豆浆机还可以实现溢出中断等功能，大大方便了人们的生活[1]。

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本文从实际应用出发，对单片机控制的微电脑家用全自动豆浆机进行了设计和研究，主要讨论了一种溢出中断的智能控制编程方法，真正实现了家用全自动豆浆机的智能化控制。这对家用全自动豆浆机控制程序的研究将是很有意义的，将使之在高效、节能方面做得更好，又更安全，操作更方便。

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防溢原理：产品上装有防溢电极，当豆浆或者米糊在煮沸过程中形成泡沫触及防溢电极时，电路板控制立即切断加热电源，实现防溢功能。

本单片机控制系统具有下列特点：

（1）抗干扰能力强。在硬件上，用继电器隔离强电和弱电。为了避免加热器感应电对缺水检测和沸腾溢出检测的干扰，参考地电极不直接接地，而是经一电阻接地；

（2）安全可靠。为了防止加热器干烧，在主程序和子程序中，不断重复检测是否缺水，一旦缺水，立刻关闭马达或加热器，并发出急促的“滴，滴”报警声；

（3）报警程序为多种报警声，刚接通电源时，发出“滴---”长鸣声；到了缺水时，发出“滴，滴”急促声；煮熟了的时候，发出“滴，滴，滴”柔和声，便于区分工作状态；

（4）温度实时显示。让使用者随时知道豆浆的煮到哪种程度，不至于焦急的等待。

3.3 控制系统的硬件组成及功能分析

根据家用全自动豆浆机控制系统的设计要求及其目的本文选用的硬件主要有以下几个：

（1）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；

（2）开始时需要把水加热到80℃，这就要一个温度传感器；

（3）由于豆浆机需要使用防干烧电极防止出现干烧情况，又为了节约本，所以这里采用一个探针来代替传感器；

（4）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；

（5）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。

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3.4控制系统的软件功能分析

软件上的要求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，先对豆浆机进行水位检测，符合要求后就启动加热装置对水加热，当水温达到了80度，豆浆机停止加热。启动电机开始打浆，电机按间歇方式打浆：运转20秒后停止运转，间隔10秒后再启动打浆电机，如此循环4-6次。打浆结束后，加热器继续加热，一直加热到一定程度时豆浆上溢，当豆浆沫接触电极时，停止加热，间隔20秒再始加热，如此循环4次或6次豆浆加工完成，间隔10秒后发出音响信号，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。豆浆机控制器结构如图3-2所示。

注：豆浆机的防干烧功能在工作过程中，自动启动。

缺水检测模块 溢出检测模块 单 片 机 电动机驱动 晶振电路 加热驱动 电源电路 报警模块

图3-2豆浆机控制器结构框图

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。

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四、 豆浆机控制系统的硬件设计

4.1 AT89C51单片机简介

单片机有很多种款式，这次设计选取的是AT89C51，AT89C51是51系列单片机中的一个型号，AT89C51是美国ATMEL公司生产的高性能、低电压CMOS8位单片机。AT89C51芯片成熟且广泛应用，单片机内采用Flash ROM，可以在3V的超低压工作，MCS-51系列与之兼容[2][3]。

单片机就是单片微型计算机，拥有ROM、RAM、CPU、计数、定时和多种接口于一体的微型控制器。随着时代的进步，日渐增多的智能产品使用上了单片机。因为单片机有着成本低，体积小，功能强大等优点。AT89C51单片机在生活中是比较常用的一种，也是比较典型且具有代表性的一种。它一般起到控制的作用，构成的检测控制系统有实时、快速的外部响应，可以快速收采到大量数据，做出逻辑判断和推理之后现实对被控制对象的参数控制与调整。

AT89C51单片机内部结构示意图如图4-1所示。

图4-1 AT89C51单片机内部结构

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引脚说明如表4-1所示。

表4-1 AT89C51引脚说明

AT89C51共聚集了4个功能极强的8位双向接口，每位都有输出锁存器，输出缓冲器和输出驱动器。4个接口用P0,P1,P2，P3表示，所以接下来说明一下这四个端口的差异[4]-[6]。

P0口：P0口拥有2个输出驱动器、个输出控制电路、1个输出锁存器，2个三态锁存器，P0能成为地址，也能成为I/0口，但是当在外部扩展存储器时，它只能够作为地址来用。当Flash进行校验的时候，P0在这个时候外部必须被拉高。

P1口：P1口作为一个在里面提供上拉电阻的八位双向I/0口，可以让“0”到“1”的转变过程进行加速。P1口缓冲器可以接受输出4TTL门电流。在Flash校验和编程时，P1口是第八位地址进行接收。

P2口：P2口同平口一样都是一个内部上拉电阻的8位双向I/0口，但是P1口比P2口少了一个输出转换控制部分，P2口缓冲器可以接受，输出4TTL门电流，对端口写“1”的时候，由于里面的上路电阻把端口拉升到高电平，所以这个时候可以用作输入口，当作为输入口时，同样受上拉电阻的影响，有哪个引脚

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被外部信号拉低的时候会输出一个电流。当P2口用于16位地址外部数据或者是用于外部程序存储器进行存取时，此时P2口输出地址将会变得高八位。P2口在进行编程或者校验的时候，也可以接受高位地址及其他控制信号。

P3口：P3口用作通用I/0时，效果与P1，P2口差不多，当P3口用作多功能端口时，它的功能是标准串行I/0和写/读信号。

4.2电源电路的设计

电源是电子产品一个必不可少的组件，电源的好坏也直接关系到电子产品的技术指标以及产品的安全性。每个电子产品的电路都需要稳定的直流电源进行供电，但是有点时候负载改变或者电网电压有波动时，就会使输出端电压发生改变，从而变得不稳定。所以我们需要将电路的输出电压经过稳压电路进行稳压[7]。

电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。控制电路晶体二极管整流、变压器降压一些方法获得工作电源。当接通220V交流电，这个时候T1就开启对其降压，再把大概12V的低电压交流电从次级输入，这样使其适应电路要求。整流硅对次级的输出交流电进行桥式整流，由C2，E2进行滤波这样就会形成平滑的直流电送到三端集成正输出稳压器7805进行稳压调整。由7805稳压后的输出直流电压为5V，经过C3、E3滤波后形成的5V电压，可以用来做单片机的工作电压。整个电路如图4-2所示。

图4-2电源电路

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