智能自动豆浆机设计报告

机电工程系机电工程系 机电创意小组机电创意小组 智能豆浆机的设计智能豆浆机的设计 系系 部部 名名 称 称 机电工程系机电工程系 学学 生生 姓姓 名 名 刘鹏浩 刘鹏慧 李乔刘鹏浩 刘鹏慧 李乔 专专 业 业 机械制造及其自动化机械制造及其自动化 班班 级 级 1102 指指 导导 教教 师 师 王新海王新海 设计思路设计思路 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 关键词 豆浆机 控制系统 全自动 传感器 Abstract 一 全自动豆浆机的工作原理一 全自动豆浆机的工作原理 用 STC12C5A60S2 单板设计一款全自动豆浆机 豆浆机的工作原理如下 先给电路上电 按下启动键开始加热 加热到 80 C 开始打浆 打 15 秒 停 15 秒 共 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 本设计原理如图 1 所示 STC12C5A60S2 温度检测电路 防溢电路 放干烧电路 按键 加热电路 电机 声光报警 显示屏 控制系统首先通过电源对系统供电 其中温度传感器 防溢电路 放干烧 电路 按键 均是输入部分 声光报警 显示屏 电机 加热电路均是输 出部分 二 二 方案设计方案设计 方案 1 此方案由单片机 加热电路 温度检测电路 打浆电路 报警电路 显示电路组成 其工作原理是先加热 加热到一定温度后 开始打浆 打 浆完后 打浆停止 又开始加热即煮沸后 立即停机 报警提示 打浆电路 加热电路 温度检测电路 报警电路 显示电路 表 2 1 方案一设计框图 方案 2 此方案由单片机 温度检测电路 加热电路 沸腾检测电路 打浆 电路 报警电路 显示电路等组成 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 80 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 15 秒后停止转运 间 歇 15 秒后再启动打浆电机 如此循环进行打浆 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 当豆浆沫要溢出时 停止加 热 间歇 20 秒后再开始加热 如此循环 4 次 豆浆加工完成后发出声光信 号 单片机 防干烧 防溢电路 打浆电路 温度检测电路 报警电路 加热电路 显示电路 表 2 2 方案二设计框图 3 方案论证 方案一如图 1 1 所示 由单片机 温度检测电路 打浆电路 加热电路 报警电路等组成 工作过程是 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 粉碎后煮浆时间过 长所易造成的糊锅现象 方案二如图 1 2 所示 由单片机 温度检测电路 防干烧电路电路 防溢 电路 打浆电路 加热电路 报警电路等组成 工作过程是 接上电源 蜂鸣器长鸣一声 提示已接通电源 指示灯绿色 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 进行论证后 我选择第二 方案 其原因是 间歇打浆方式可以提高工作效率 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 三 硬件电路设计 三 硬件电路设计 1 1 单片机的选用 单片机的选用 STC12C5A60S2 AD PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟 机器周期 1T 的单片机 是高速 低功耗 超强抗干扰的新一代 8051 单片机 指令代 码完全兼容传统 8051 但速度快 8 12 倍 内部集成 MAX810 专用复位电路 2 路 PWM 8 路高速 10 位 A D 转换 250K S 针对电机控制 强干扰场合 单片机简介 单片机简介 1 增强型 8051 CPU 1T 单时钟 机器周期 指令代码完全兼容传统 8051 2 工作电压 STC12C5A60S2 系列工作电压 5 5V 3 3V 5V 单片机 STC12LE5A60S2 系列工作电压 3 6V 2 2V 3V 单片机 3 工作频率范围 0 35MHz 相当于普通 8051 的 0 420MHz 4 用户应用程序空间 8K 16K 20K 32K 40K 48K 52K 60K 62K 字 节 5 片上集成 1280 字节 RAM 6 通用 I O 口 36 40 44 个 复位后为 准双向口 弱上拉 普通 8051 传 统 I O 口 可设置成四种模式 准双向口 弱上拉 推挽 强上拉 仅为输入 高阻 开漏 每个 I O 口驱动能力均可达到 20mA 但整个芯片最大不要超过 55mA 7 时钟源 外部高精度晶体 时钟 内部 R C 振荡器 温漂为 5 到 10 以内 1 用户在下载用户程序时 可选择是使用内部 R C 振荡器还是外部晶体 时钟 常温下内部 R C 振荡器频率为 5 0V 单片机为 11MHz 15 5MHz 3 3V 单片机为 8MHz 12MHz 精度要求不高时 可选择 使用内部时钟 但因为有制造误差和温漂 以实际测试为准 8 2 个时钟输出口 可由 T0 的溢出在 P3 4 T0 输出时钟 可由 T1 的溢出在 P3 5 T1 输出时钟 9 A D 转换 10 位精度 ADC 共 8 路 转换速度可达 250K S 每秒钟 25 万次 10 工作温度范围 40 85 工业级 0 75 商业级 21 封装 PDIP 40 LQFP 44 LQFP 48 I O 口不够时 可用 2 到 3 根普通 I O 口线外接 74HC164 165 595 均可级联 来扩展 I O 口 还可用 A D 做按键扫描来节 省 I O 口 或用双 CPU 三线通信 还多了串口 引脚图 引脚图 2 2 温度检测电路的设计 温度检测电路的设计 当豆浆机正常工作时 需要先加热到 80 左右的温度 然后停止加热继续 下一步的工作 这就需要一个温度检测电路 我设计的温度检测电路由一 个电位器来代替 通过单片机接口的 AD 转换功能 通过调节电位器的阻值 来模拟豆浆机温度的变化 当电位器的阻值达到一定阻值时 豆浆机停止 加热 进行下一步工作 3 加热和打浆电路的设计 加热和打浆电路的设计 加热电路的作用是通过加热管把磨成粉末的黄豆煮熟 打浆电路的作用是 通过电机把黄豆搅拌成粉沫 单片机输出电流经三极管放大 来驱动继电 器必合 使加热管发热把豆浆煮熟 同理 继电器闭合使电机运转把黄豆 搅碎 加热及打浆电路的工作原理如图 1 所示 加热及磨浆电路由继电器 RL1 RL2 三极管 Q1 Q2 电阻 R14 R15 以及二极管 Dl D2 单片机 AT89C51 当单片机工作时 赋给 Pl l 一个低电平 使三极管 Q2 饱和导通 电流流过继电器 RL2 使触点闭合 于是加热管通电开始对水加热 当温度 达到 80 度时 温度信号 电位器 传给单片机 单片机检测到这个信号后 使 P1 1 脚变为高电平 三极管 Q2 截止 继电器触点断开 电阻停止加热 加热结束后 单片机 P1 0 脚变为低电平 使三极管 RL1 饱和导通 从而让 继电器触点闭合 于是电机通电开始打浆 在系统程序得控制下 电机进 行打浆 电机运转 20 秒或者 15 秒后 单片机 P1 0 脚变为高电平 使三极 管 Q1 截止 继电器触点断开 电机停止打浆 问歇 15 秒后 单片机 P1 0 脚又恢复为低电平 从而继续驱动电机工作 如此循环 4 次后打浆结束 热敏电阻一般有一个误差范围 用来规定样品之间的一致性 根据使 用的材料不同 误差值通常在 1 至 10 之间 有些热敏电阻设计成应用时 可以互换 用于不能进行现场调节的场合 例如一台仪器 用户或现场工 程师只能更换热敏电阻而无法进行校准 这种热敏电阻比普通的精度要高 很多 价格也要贵得多 4 屏幕显示电路的设计 屏幕显示电路的设计 显示屏的作用是显示当前豆浆机的工作状态 将 LCD 显示屏按照图 2 的接法和 单片机连接起来 5 报警电路的设计 报警电路的设计 报警电路的作州是通过蜂呜器发出声音信号 红色 LED 点亮提醒豆浆已经煮好 了 通过事先编写的程序 在单片机的控制下 系统开始工作 当加热完成后 单片机 P1 4 P1 5 脚自动输出一个高低平 使蜂鸣器 发光二极管通电导通 于是蜂鸣器发出报警 红色 LED 点亮提醒豆浆加热 6 电源电路的设计 电源电路的设计 7 防干烧及防溢出电路的设计 防干烧及防溢出电路的设计 防干烧及防溢出电路的作用是以传感器作为信息采集系统的前端单元来 控制自动豆浆机缺水时干烧及沸腾溢出等问题 这单采用探针作为传感器 来检测水位及沸腾溢出 然后通过比较器输出高低电平 这样就可以通过 单片机检测比较器输出电平的高低来检测水位及沸腾时的溢出状态 水位检测及沸腾溢出电路的原理如图 4 13 所示 K1 K2 分别是水位检 测传感器和沸腾溢出传感器 为了减少成本 这单采用探针来代替这两个 传感器 使用中将接控制电路的公共点 地 探针分别通过传输 单片 机的 P3 2 P1 3 端连接 正常工作时 Kl 被水淹没 它和地之问的电阻较 小 与 R13 共同对 5V 分压 U 得到比 U 低的电平 比较器输出低电平 缺水时 Kl 露出水面 它的电阻很大 R13 共同对 5V 分压 U 得到比 U 高的电压 比较器输出高电平 通过非门后输出低电平产生下降沿 用软 件检测比较器的电平变化 便知是否缺水 用同样的方法检测豆浆是否沸腾溢出 豆浆沸腾之前 电极 K2 远离水 而 它和地之间的电阻很大 与 R9 共同对 5V 分压 U 得到比 U 高的电压 比较器输出高电平 豆浆沸腾时 泡沫淹没 K2 电阻小 与 R14 共同对 5V 分压 U 得到比 U 低的电压 比较器输出低电平 用软件检测比较器的输 出电平 便知豆浆是否沸腾溢出 三 三 软件设计软件设计 豆浆机控制系统的流程图 通电 启动 温度是合适 加热 报警提示 N N i 4 打浆 15s 加热 15s Y Y 加热至煮沸 程序 include sbit key P2 0 全自动开关 sbit LED1 P2 1 加热豆浆 sbit LED P2 2 sbit BEEP P2 3 蜂鸣 sbit M P2 4 搅拌豆浆 sbit jre P2 5 加热豆浆 include 51 基本运算 包括 nop 空函数 typedef unsigned char uint8 无符号 8 位整型变量 引脚定义 使用者根据实际更改 defineLCM2402 DB0 DB7P1 定义 LCM2402 的数据总 线 sbit LCM2402 RS P3 2 定义 LCM2402 的 RS 控制线 sbit LCM2402 RW P3 3 定义 LCM2402 的 RW 控制 线 sbit LCM2402 E P3 4 定义 LCM2402 的 E 控制线 sbit LCM2402 Busy P1 7 定义 LCM2402 的测忙线 与 LCM2402 DB0 DB7 关联 data unsigned char TIME DD TIME MO TIME YY TIME WW TIME HH TIME MM TIME SS 设置日 月 年 周 时 分 秒和温度存放区 data bit DAY BIT 0 天数增加标志位 用于日期进位的启动 data unsigned char DIS BIT 0 多种信息的切换显示 data unsigned char cou 0 软计数器 对 10ms 时基信号累加到 1s 定义 LCM2402 指令集 详细请见技术手册 defineCMD clear0 x01 清除屏幕 defineCMD back0 x02 DDRAM 回零位 defineCMD dec10 x04 读入后 AC 指针 减 1 向左写 defineCMD add10 x06 读入后 AC 指针 加 1 向右写 defineCMD dis gb10 x0f 开显示 开光标 开光 标闪烁 defineCMD dis gb20 x0e 开显示 开光标 关光 标闪烁 defineCMD dis gb30 x0c 开显示 关光标 关光 标闪烁 defineCMD OFF dis0 x08 关显示 关光标 关光 标闪烁 defineCMD set820 x38 8 位总线 2 行显示 defineCMD set810 x30 8 位总线 1 行显示 上边 行 defineCMD set420 x28 4 位总线 2 行显示 defineCMD set410 x20 4 位总线 1 行显示 上边 行 definelin 10 x80 4 位总线 1 行显示 上边 行 definelin 20 xc0 4 位总线 1 行显示 上边 行 函数名 毫秒级 CPU 延时函数 调 用 DELAY MS 参 数 1 65535 参数不可为 0 返回值 无 结 果 占用 CPU 方式延时与参数数值相同的毫秒时间 备 注 应用于 1T 单片机时 i 600 应用于 12T 单片机时 i 125 void DELAY MS unsigned int a unsigned int i while a 0 for i 0 i 600 i 读 LCM 忙程序 底层协议 所有底层协议都无需关注 LCM2402 测忙 若 LCM2402 处于忙状态 本函数将等待至非忙状态 void LCM2402 TestBusy void LCM2402 DB0 DB7 0 xff 设备读状态 LCM2402 RS 0 LCM2402 RW 1 LCM2402 E 1 while LCM2402 Busy 等待 LCM 不忙 LCM2402 E 0 写指令程序 向 LCM2402 写命令 本函数需要 1 个指令集的入口参数 void LCM2402 WriteCMD uint8 LCM2402 command LCM2402 TestBusy LCM2402 RS 0 LCM2402 RW 0 LCM2402 DB0 DB7 LCM2402 command 16 4 0 x45 0 x40 LCM2402 E 1 LCM2402 E 0 LCM2402 DB0 DB7 LCM2402 command 16 4 0 x45 0 x50 LCM2402 E 1 LCM2402 E 0 写数据程序 向 LCM2402 写数据 void LCM2402 WriteData uint8 LCM2402 data LCM2402 TestBusy LCM2402 RS 1 LCM2402 RW 0 LCM2402 DB0 DB7 LCM2402 data 16 4 LCM2402 E 1 LCM2402 E 0 LCM2402 DB0 DB7 LCM2402 data 16 4 LCM2402 E 1 LCM2402 E 0 打印字符串程序 本函数调用指针函数 向 LCM 发送一个字符串 长度 48 字符之内 第一行位置 0 x00 0 x17 第二行位置 0 x40 0 x57 应用举例 print 0 x80 在第一行第一位处从左向右打印 字符串 void print uint8 a uint8 str LCM2402 WriteCMD a 0 x80 while str 0 LCM2402 WriteData str str 0 打印单字符程序 第一行位置 0 x00 0 x17 第二行位置 0 x40 0 x57 向 LCM 发送一个字符 以十六进制 0 x00 表示 应用举例 print 0 xc0 0 x30 在第二行第一位处打印字符 0 void print2 uint8 a uint8 t LCM2402 WriteCMD a 0 x80 LCM2402 WriteData t 定义小汉字 可写入 8 个自字义字符 写入后可用其 CGRAM 代码直接提取显示 字符定义方法请参考技术手册 uint8 code Xword 0 xff 0 x00 0 x1f 0 x11 0 x1f 0 x11 0 xff 0 x00 代码 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 xff 0 x00 0 x00 0 x00 一 代码 0 x01 0 x00 0 x00 0 x00 0 x0e 0 x00 0 xff 0 x00 0 x00 二 代码 0 x02 0 x00 0 x00 0 xff 0 x00 0 x0e 0 x00 0 xff 0 x00 三 代码 0 x03 0 x00 0 x00 0 xff 0 xf5 0 xfb 0 xf1 0 xff 0 x00 四 代码 0 x04 0 x00 0 xfe 0 x08 0 xfe 0 x0a 0 x0a 0 xff 0 x00 五 代码 0 x05 0 x00 0 x04 0 x00 0 xff 0 x00 0 x0a 0 x11 0 x00 六 代码 0 x06 0 x00 0 x1f 0 x11 0 x1f 0 x11 0 x11 0 x1f 0 x00 日 代码 0 x07 void CgramWrite void 装入 CGRAM uint8 i LCM2402 WriteCMD 0 x06 CGRAM 地址自动加 1 LCM2402 WriteCMD 0 x40 CGRAM 地址设为 00 处 for i 0 i 64 i LCM2402 WriteData Xword i 按数组写入数据 LCM2402 初始化 使用者可自定义 加 号程序行必须保留但可修改 void LCM2402 Init void LCM2402 WriteCMD CMD set42 显示模式设置 显示 2 行 每个字 符为 5 7 个像素 LCM2402 WriteCMD CMD set42 显示模式设置 显示 2 行 每个字 符为 5 7 个像素 LCM2402 WriteCMD CMD clear 显示清屏 LCM2402 WriteCMD CMD back 数据指针指向第 1 行第 1 个字 符位置 LCM2402 WriteCMD CMD add1 显示光标移动设置 文字不动 光标右移 LCM2402 WriteCMD CMD dis gb3 显示开及光标设置 显示开 光标开 闪烁开 CgramWrite 向 CGRAM 写入自定义字符 以上是 LCM2402 驱动程序 函数名 10 位 A D 转换初始化函数 调 用 Read init 参 数 输入的端口 0000 0XXX 其中 XXX 是设置输入端口号 可用十进制 0 7 表示 0 表示 P1 0 7 表示 P1 7 返回值 无 结 果 开启 ADC 功能并设置 ADC 的输入端口 备 注 使用 ADC 功能时需要将对应的 IO 接口设置为高阻输入方式 例如 P1M1 0 x01 void Read init unsigned char CHA unsigned char AD FIN 0 存储 A D 转换标志 CHA 选择 ADC 的 8 个接口中的一个 0000 0111 清 0 高 5 位 ADC CONTR 0 x40 ADC 转换的速度 0XX0 0000 其中 XX 控制 速度 请根据数据手册设置 nop ADC CONTR CHA 选择 A D 当前通道 nop ADC CONTR 0 x80 启动 A D 电源 DELAY MS 1 使输入电压达到稳定 1ms 即可 函数名 10 位 A D 转换函数 调 用 ADC Read 参 数 无 返回值 10 位 ADC 数据高 从 0 到 1023 十进制 结 果 读出指定 ADC 接口的 A D 转换值 并返回数值 备 注 适用于 STC12C5A60S2 系列单片机 必须使用 STC12C5A60S2 h 头文 件 unsigned int ADC Read void unsigned char AD FIN 0 存储 A D 转换标志 ADC CONTR 0 x08 启动 A D 转换 0000 1000 令 ADCS 1 nop nop nop nop while AD FIN 0 等待 A D 转换结束 AD FIN ADC CONTR 0001 0000 测试 A D 转换结束否 ADC CONTR 1111 0111 清 ADC FLAG 位 关闭 A D 转 换 return ADC RES 4 ADC RESL 返回 A D 转换结果 10 位 ADC 数据高 8 位 在 ADC RES 中 低 2 位在 ADC RESL 中 测试用函数 void main void unsigned int m unsigned char i 0 init 初始化 LCM2402 Init LCM2402 初始化 while 1 print 0 x00 huan ying print 0 x40 shi yong LED 0 BEEP 0 DELAY MS 2000 LED 1 BEEP 1 while key 1 DELAY MS 1000 print 0 x00 jia re print 0 x40 LED1 0 while m 83 主线程 RealTime Display P1M1 0 x01 Read init 0 m ADC Read print2 0 x40 m 1000 0 x30 print2 0 x4