基于单片机的投币式全自动豆浆机系统设计

1 基于单片机的投币式全自动豆浆机系统设计基于单片机的投币式全自动豆浆机系统设计 何聪聪 乔刘洋 张建 胡茂博 徐安安 任乘乘 安徽大学 电气工程与自动化学院 230601 摘要 摘要 本文以单片机技术为核心 以机械平衡装置 压力传感器的应用为辅助技术 设计了基于单 片机的投币式全自动豆浆机系统的设计 产品考虑到了实际的制作过程的技术方面的取舍 又结合 了商业运营可能性 如尽量使用廉价可靠材料 使用较为透明的材料 投币器放弃电子设计而使用 较为简单的机械设计 关键词关键词 单片机技术 压力传感器 投币式全自动豆浆机系统 The Design of coin operated automatic soya bean milk machine Systems Congcong He Liuyang Qiao Jian Zhang Maobo Hu Anan Xu Chengcheng Ren School of Electrical Engineering and Automation 230601 China Abstract By using the single chip microcomputer technique the mechanical equilibrator and the pressure sensor technology this paper studied the coin operated automatic soya bean milk machine Taking into account the actual process of technology choice and com bined with the business possibilities such as the use of cheap and reliable materials use of transparent materials the coin give up electronic design and the use of simple mechanical design Key words Single chip microcomputer technique Pressure sensor The coin operated automatic soya bean milk machine 1 引言引言 伴随着人们生活提高 豆浆机成为人们喜欢的饮品 但是和灌装饮料相比 豆浆有 一个巨大的缺点就是繁琐的制作过程 为了让人们随时随地都可以喝上香甜可口的豆 浆 我们提出了全自动化豆浆机的理念 让喜欢喝豆浆的消费者随时随地喝上豆浆 全自动化豆浆机只有一个开关键 类似于 家用饮水机 内部相当于一个黑箱 操作十分简单 而且可以用于商用 例如 在寝 室或者食堂门口安装 只要用户投下一枚一元硬币 豆浆机就会流出一杯豆浆 不需 要消耗人们大量的精力和体力去制作豆浆 2 设计和整体思路设计和整体思路 通电后 系统确定保温箱是否存在豆浆 如果存在 单片机指示加温装置开始对 豆浆进行加热 达到一定后 保温装置会维持保温箱里的豆浆在合适的温度 如果系 统发现水箱内豆浆不够 则报警灯会报警 基金项目 安徽大学创新创业训练计划 201510357061 安徽大学教育质量提升计划项目 xjjyxm14048 chengcheng ren 任乘乘 2 单片机控制放进搅拌槽里的水量和豆子量 系统工作固定的时间 将混合物输入 到保温设备中存起来 投入一元硬币 因为当投入硬币后 当硬币经过进币口时 比较线圈感应出比较 电压 如果确定为一元硬币 则系统启动开始输出豆浆 否则系统不响应 系统确定启动后 单片机控制从保温设备中输出国定的豆浆到设备下方的杯子中 系统输出一杯新鲜的豆浆 单片机控制设备冲洗时间 每隔固定的时间 保温设备充 满后 系统停止榨豆浆 此项目的创新点就在于通过单片机来控制豆浆机的运转 只要简单的投币进去就 可以出来一杯热豆浆 帮助位于快时代的我们节约时间 并且能够知道豆浆制作的全 过程 3 硬件电路和软件的实现硬件电路和软件的实现 硬件电路主要实现内容是电压的稳定 由于单片机正常工作电压是 5V 而投币器正 常工作电压是 12V 为了实现电压的转换 因此采用如下图的电路变化原理图 软件设 计主要包括投币器真假识别 水温监测 自动加热等 3 1 硬件的设计硬件的设计 3 1 1 电压转换器电压转换器 电压转换器 用于实现单片机的 5v 电压要求和投币器 12v 电压要求统一化 其原 理图 1 所示 1 2 IN X1 GND 1 2 OUT X2 5V R3 10K R2 200 R1 1 R4 1 2K C1 104 GND L1 150 uH SC SE CT GND VCC lpk VCC RFE IC1 MC34063 D1 IN5819 GND C2 101 C3 104 470uF C4 12V GND 图 1 5 12V 升压电路 当芯片内开关管 Q1 导通时 电源经取样电阻 R1 电感 L1 MC34063 的 1 脚和 2 脚接地 此时电感 L1 开始存储能量 而由 C4 对负载提供能量 当 Q1 断开时 电源和 电感同时给负载和电容 C4 提供能量 电感在释放能量期间 由于其两端的电动势极性 与电源极性相同 相当于两个电源串联 因而负载上得到的电压高于电源电压 开关 3 管导通与关断的频率称为芯片的工作频率 只要此频率相对负载的时间常数足够高 负载上便可获得连续的直流电压 3 1 2 投币器的设计投币器的设计 本豆浆机采用比较式投币器 见图 1 它由比较线圈 AD 检测光眼 进币口电 机等组成 工作原理如下 当投入硬币后 当硬币经过进币口时 比较线圈感应出比较电压 经整形处理送入 到 AD 转换器当中 经 AD 转换后送到 CPU 投币器主要功能包括四个部分 一是用于产生高频方波的振荡电路 而是用于控制 真假币流向的电闸门 三是用于检测硬币投入过程的各个位置的光电传感器 最后就 是控制所有检测和控制的电路的集中控制单元 1 方波振荡电路 这个功能模块最重要的是产生高频信号的线圈 当没有任何铁质物品进入线圈时 这个高频方波振荡电路输出的频率是很稳定的 一致的高频信号 当有铁质物品进入 时 这个线圈的电感值变化 从而引起振荡电路输出的高频信号频率变化 只要通过 检测这些变化值 便可以区分出真假币 2 电闸门驱动 电闸门是一个简单的直流电机控制闸门 它的作用就是检测到硬币为真时 驱动小 电机正转 使真币进入 然后再反转关闭进币口 如检查到硬币为假时 则让硬币退 出 见图 2 3 4 C1 D4 C9 C10 L2 D5D6 Q1 Q2 R10 R11 20k Key A50 R9 R12 R8 D1 C6 C7 C4 C5 C8 D2 R13 R3 R2 R6 R4 R5 50 U1 IC 1 DO 2 CS 3 GND 4 AIN 5 REF 6 REF 7 VCC 8 D3 C2 L1 R1 图 2 方波振荡电路 C1 VCC VCC VCC Q2 D1D2 Q3 Q1 Q4 D3D4 Q5 Q6 S2 M R1 R3 R2 R5 R6 R4 R7 图 3 电闸门驱动 3 1 3 水箱的设计 存储豆浆的水箱结构类似于自动电热开水器 其由水箱 水路通道以及电加热控制 电路组成 结构示意图如下图 4 所示 电加热控制电路如下图 5 所示 5 图 4 水箱结构示意图 图 5 电加热控制电路 水箱的工作原理工作原理 1 水箱 水通道 生水箱进水 水位上升浮子使进水阀关闭 浮子开关 s2 动作 电热管加热 水开后沸水被蒸汽压入储水箱 煮沸储存箱水满时 浮子 sl 动作 恒温电热管工作 保持开水提供饮用 当生水 箱水位下降时 浮球下降时 进水阀开通加水 重复循环过程 周而复始保证开水的 正常供应 2 电加热器控制电路 接通 OS 主电路得电 LEDl 灯点亮 当生水箱水位达到设 定水位时 水位控制开关 S2 闭合 接触器 KM1 线圈得电动作 主触头闭合 加热管 EHl EH3 得电加热 开水进入储水箱 若开水储量不足 则保温电热管 EH4 小工作 若开水储量达到设定值 Sl 动作 Wll 与触点一 O2 接通 接触器 KMl 的线圈断电复位 主触头断开 EHl EH3 加热管 电源 停止加热 此时 交流接触器 KM2 的线圈 6 得电动作 KM2 的触头闭合 EH4 得电投入保温 在保温过程中 开水的温度受温控开 关 sTl 出水与 ST2 控制 低于 sTl 与 ST2 的设定温度时 温控开关自动通电加加热 如温度高于设定值时温控开关 STT 与 ST2 则自动断电 停止加热 当水箱缺水时 水位开关 S2 自动断开电源 确保加热器在无水或水量不足的情况 下立即切断电源 当开水储量不足时 水位开关 s1 也自动断开 保温加热管也不参与 加热 SA 为再沸腾按钮 3 2 软件的设计软件的设计 3 2 1 水箱软件流程图 如图水箱软件流程图 如图 6 所示 所示 图 6 水箱软件流程图 3 2 2 全自动豆浆机软件流程图全自动豆浆机软件流程图 在机器安装后 水箱为空时 接通电源 当豆浆浮子触顶时 低压开关的常开触 点闭合 同时主板接到由低压开关传输过来的一个 水压足够 的信号 经主板 CPU 处 理后 给进水电磁阀继电器一个信号 使继电器导通 同时对应的批示灯亮 进水电 磁阀打开进水 延时在 13 秒到 15 秒后 高压泵的继电器接到主板的信号 继电器接 通 同时对应的指示灯亮 高压泵得到电压起动 机器开始制豆浆 其大致工作流程 如下图 7 所示 初始化 时间 大豆注入豆浆机 加入其它原料 水 测量水的注入 量 启动豆浆机 豆浆送出 成品进入保温瓶 结束 结束 注入量适合 自动清洗 每隔4 8小时 污水处理 除去多余水 份 注入量多 注入量少 图 7 豆浆机运行过程 4 总结总结 Conclusion 本次项目主要是设计一个投币式的的豆浆机 投币器与豆浆机充分结合 实现当 7 有硬币投入时便有热乎乎