家用豆浆机设计

家用豆浆机设计摘要：此设计利用51单片机设计的智能豆浆机控制系统。此系统主要由51单片机、晶振电路、复位电路、防溢水位监测电路，加热电路、打浆电路、报警电路等组成，运用proe完成豆浆机的运动仿真。豆浆生产全自动。只需用户插入电源。放入豆子和水，打开开关即可自动完成粉碎豆浆、加热、防溢出、报警提示功能等。该豆浆机控制系统操作简单方便，大大的提高了产浆效率，方便了用户，有很好的应用和使用价值。关键词：单片机、电动机、温度传感器IDomesticSoybeanMilkMachineDesignAbstract:Thisdesignusesintelligentsoybeanmilkmachinecontrolsystemdesignwith51single-chipmicrocomputer.Thesystemmainlyismadeof51single-chipmicrocomputer,crystaloscillationcircuit,resetcircuit,spillwaterlevelmonitoringcircuit,heatercircuit,beatingcircuit,warmingcircuitandsoon.Itusesproetofinishsoybeanmilkmachinemotionsimulation.Soy-beanmilkproductsarefullyautomatic.Itjustneedsuserstoinsertthepower.Addingbeansandwater,andturningontheswitchcanautomaticallycrushsoya-beanmilkcompletely,heating,spill-resistant,alarm,remindersandsoon.Thesoybeanmilkmachinecontrolsystemworkssimplyandconvenientlyoperation,whichgreatlyimprovedtheefficiencyofproduction,facilitatedusers,hasagoodapplicationandusevalue.Keywords:single-chip,electromoter,temperaturesensor.II目录1前言.11.1豆浆机设计背景.12.豆浆机整体案设计.22.1方案的选择.22.2方案的实现及论证.32.3豆浆机工作原理.33.系统统硬件电路设计.53.1主控电路设计.53.1.1单片机方案选择.53.2复位电路设计.53.2晶振电路设计.63.3水位及温度检测电路设计.63.4加热电路设计.83.5打浆电机控制电路设计.83.6报警电路设计.93.7单片机最小系统电路.104.系统软件设计.124.1程序流程框图.124.2程序设计.145.豆浆机的造型.175.1豆浆机的组成零件.175.2豆浆机零件的绘制.175.3豆浆机零件的装配.205.3.1建立新文件并固定顶盖.205.3.2装配加热管.215.3.3装配刀具.225.3.4装配杯体.225.3.5装配把手.236.仿真运动.25III6.1仿真运动的参数设置.256.2模拟仿真运动效果.28结论.31参考文献.32致谢.33附录.3401前言1.1豆浆机设计背景随着经济水平的提高，人们的生活水平也在提高，人们对生活的理念也相应的有了一些变化，但是由于现在对环境的破坏导致人们的饮食质量逐渐下降，虽然表面上看起来有了很多的选择，但实际上很多食品既不健康，也不环保，人工加工的痕迹和化学药物的残留都破坏了食物的营养结构。食物营养和安全成了人们首要关注的生活问题，人们迫切的希望去解决这个问题。所以环保健康等理念深深的影响着人们的消费选择，人们越来越注重绿色安全的食品，需求量也在不断的增加。因此，市场上出现了许多家用电器，人们可以通过这些电器加工出健康又营养的食品，而家用只能型豆浆机就是其中之一，它操作过程简单方便，生产出的豆浆美味又健康，因此对智能型豆浆机的需求不断扩大，人们需豆浆机的需热情持续增加，豆浆机也在不断的完善，各企业豆浆机的发展也都各具特点。能满足用户的各种需求，可用大豆、绿豆、黑豆、红豆、芝麻等原料磨成不同口味的豆浆饮用。磨浆电动机，豆浆加热器，控制系统组成了豆浆机。本豆浆机设计以单片机为控制中心，使用过程为，首先打开豆浆机盖子，放入豆子，豆子要提前泡12小时左右，这样口味更加，然后加入清水，可以是凉水，水的量要放在水位线以内，之后盖上豆浆机盖子，插上电源，最后打开开关，磨浆开始。豆浆机的运行过程是：豆浆机水位监测系统对加的水位进行测量，水位符合要求后进入下一阶段，加热系统启动，对水开始加热，当水温达到八十多左右的时候，磨浆系统启动，磨浆电机开始以间歇方式运转，把豆子打碎。打浆基本完成后，加热系统再次启动，打浆，加热反复多次后，警报系统启动，提醒打浆结束。如果豆浆机水位监测系统监测到水量不够，则自动关闭加热系统和打浆系统，不加水则不能继续使用，加水后水量达到，对其加热，温度达到预定值时豆浆上溢，水位检测系统监测到后发出警报声，豆浆机运行结束。豆浆机的打浆过程非常方便快捷，从打浆开始到可以喝到豆浆只需几分钟。整个过程不需要人工操作，由单片机控制全自动完成。12.豆浆机整体案设计2.1方案的选择方案1：单片机是本方案的主要控制核心，控制系统以加热系统、磨浆系统、报警系统三大部分组成。如下图2.1所示，工作原理为对水加热都一定温度都停止加热开始打浆，打浆完成后继续加热，当加热完成后，报警提示用户切断电源。打浆单片机加热报警图2.1方案一框图方案2：单片机是本方案的主要控制系统，控制系统除了磨浆系统、加热系统、报警系统三大部分外，还有传感器、沸腾检测电路等辅助运行。如图2.2所示，其工作原理是打开开关后加热电路对豆浆机进行加热，加热完成之后打浆开始；打浆电机按间歇性方式打浆：打浆结束后开始对豆浆加热，如此循环若干次后，发出警报提示豆浆已经做好。对豆浆加热到八十度左右时豆浆就会上溢，豆浆机检查系统监测到之后控制加热系统和打浆系统停止运行，豆浆机发出警报提醒豆浆已经做好需要关闭电源。打浆单片机加热报警防溢温度检测图2.2方案二框图22.2方案的实现及论证单片机是本方案的主要控制系统，控制系统有磨浆系统、加热系统、报警系统传感器、检测电路等几大部分组成。磨浆系统对豆子打碎,监测系统对豆浆水位、水温监测，报警系统提醒用户关闭电源或加水，加热系统对豆浆进行加热,单片机控制各个系统按程序全自动完成。确定方案二为本设计方案，论证如下：（1）通电后对水位进行判断,防止加水过多或干烧现象的发生;在整个工作过程中,对水位实时检测,避免防无水干烧。整个过程只要无水就报警。（2）粉碎。电机间歇运转打浆，打浆时间为一分钟以内。在电机不运转期间对豆浆进行加热大大的提高了工作效率。2.3豆浆机工作原理设计工作原理图如图2.3所示单片机打浆报警加热防溢电路防干烧电路时钟电路复位电路按键温度传感器测图2.3豆浆机工作原理如图2.3按键、防溢电路、放干烧电路、时钟电路、复位电路、温度传感器为输3入部分。声光报警、磨浆电机、加热电路为输出部分。其中复位电路是复位系统。控制系统由电源电路对其供电，第一步对水位进行检测，符合设定的要求后，加热器对水进行加热，水温达到80度左右，系统启动打浆系统，打浆电机按间歇性方式进行打浆。打浆完成后，对豆浆进行加热，如此循环若干次后豆浆机将发出报警信号，提示豆浆做好了。当豆浆温度达到预定值时豆浆上溢，当豆浆接触到防溢电极时，则停止加热。提示切断电源。完成。43.系统统硬件电路设计3.1主控电路设计用AT89C51单片机控制加热电路、磨浆、报警提示等。在单片机的控制下整个过程全自动，避免了麻烦的手工操纵。3.1.1单片机方案选择方案一:选择8031单片机芯片作为控制核心。8031需要较多的外围芯片辅助运行,这样还需要购买其他芯片，成本增加，芯片由于内部无ROM则需要外扩程序存储器,造成电路焊接比较麻烦。方案二:选择AT89C51。AT89C51芯片发展比较成熟，单片机片内ROM全部采用FlashROM,它能在超低压3v下正常工作,与MCS-51系列单片机完全兼容。结合实际，选择AT89C51单片机来设计。3.2复位电路设计复位电路如图3.1所示图3.1复位电路复位电路电路原理图如图所示，单片机rst复位输入引脚上接一个电容到vcc，下接一个电阻到地即可完成，其作用是使单片机在启动的时候复位来使单片机达到5最初的工作状态，工作过程是在加电时，复位电路通过电容给单片机的复位输入端一个短暂的高电平信号，这个高电平信号会随着电源对电容的冲电过程而逐渐回落。在单片机的输入端的高电平持续时间取决于电容的充电时间，3.2晶振电路设计晶振电路设计如图3.2所示：图3.2晶振电路晶振是晶体振荡器的简称，电路等效为一个电容与一个电阻并联后再进行串联一个电容，两个电容值要求相等，电工学上这个电路有两个谐振点，以频率的高低区分的话，低频率是串联谐振，高频率是并联谐振。AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增异反的放大器。引脚XTAL1是此放大器的输入端，XTAL2为输出端。此放大器与片外晶体谐振器（作为反馈元件）一起构成了自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1与C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但震荡器频率高低、稳定性、起振的快速性和温度的稳定性都瘦电容大小的影响。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为30F。3.3水位及温度检测电路设计水位及温度检测电路如图3.3所示：6图3.3水位及温度检测电路如图3.3所示：水位检测及沸腾溢出电路的原理：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，是否缺水，或者水量可通过高低电平输出检测来完成。水位及温度检测电路的工作过程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干烧及沸腾溢出等问题。这里采用探针模拟传感器来检测水位及沸腾溢出的情况，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。用如图3.3所示传感器检测水位及温度是否达标。水位溢出、温度过高、或者水位过低都会导致蜂鸣器报警。提示用户关闭电源。本设计中本人选用DS18B20数字温度传感器，其特点和优势如下所示：1具有独特的单线接口方式，一个引脚即可通讯。2测温范围55+125，误差低。3工作电源:35V/DC，不需要备份电源。4测量结果以912位数字量方式读出温度。3.4加热电路设计加热电路如图3.4所示：7图3.4加热电路加热电路的工作原理：主要由单片机、三极管、加热器、继电器组成。MPS8098三极管对单片机发出的信号放大，即可启动继电器，继电器获得电流后吸附铁片电路导通，LED灯亮，提示用户电路已经导通，加热开始！加热电路采取的设计方法是，在单片机的I/O口接入一个NPN的三极管，以达到提升I/O口的输出能力的目的，同时也能够隔离I/O口与加热电路，防止单片机被损坏。设计中采用继电器来做隔离开关是因为加热器工作功率大，会产生较大电源。这样可以提高了系统的耐用性和有效性。加热电路中的核心元器件是电热管。电热管通俗来说就是加热管。电热管具体积小、结构简单、发热效率高、安全可靠、价格便宜，使用方便，安全无污染等很多优点。3.5打浆电机控制电路设计打浆电机控制电路如图3.5所示：8图3.5打浆控制电路如图3.5所示，打浆控制电路的工作原理：主要由单片机，三极管，电机，继电器组成，单片机输出高电平时MPS9098三极管对单片机发出的信号进行放大，流通的电流启动继电器，继电器吸附铁片，打浆电路即可接通。输出低电平，电机停止工作，实现间歇打浆。打浆控制电路中，打碎电机是最核心部件。因此，选择电机要慎重。单相串励电动机可以在直流电源工作也可以使用交流电源工作，兼容性好。本设计中，采用54系列交流串激电机作为打碎电机。其转速非常高，为了防止出现不安全问题采取间歇性打浆方式，控制每次打浆时间为60s左右。3.6报警电路设计报警电路如图3.6所示：图3.6报警电路报警电路的原理是声音信号电流从单片机的输入到蜂鸣器，从而蜂鸣器发出警报来提醒使用者。9报警电路由单片机AT89C51与蜂鸣器组成。一个NPN的三极管来做蜂鸣器的驱动，还起到隔离电流作用，因为蜂鸣器工作电流相比较较大。通过预设的程序，在单片机的控制下输出一个高低平使蜂鸣器导通，蜂鸣器即可发出警报。3.7单片机最小系统电路单片机最小系统原理电路图如图3.7所示：图3.7单片机最小系统原理单片机是控制系统的核心，对系统起主要控制作用，对各系统发来的信号进行处理。所以在选择单片机时，参考了以下标准：(1)运行速度。单片机的运行速度要和系统匹配进行匹配才行。(2)存储空间。单片机自身内部的存储器容量值和外部扩展的存储器(包括I/O口)空间容量。(3)单片机内部资源。单片机内部资源的多少直接关系到是否需要外接其他部件，而外接其他部件就会影响系统的各项指标，从而应该选用内部资源多的单片机。(4)特殊功能。包括可靠度、能耗、耗电保护、对故障进行监视等。AT89C51系列单片机与8031单片机（在片外加EPROM才能相当）相比抗干扰性能好。对程序修改时直接用+5伏或+12伏电源擦除，更加方便快捷，工作电压也很宽，2.7v6v都可以，因而电压波动时产生的影响小，4K容量的程序存储器可以满足单片机系统的软件要求。综上所述应该选用AT89C51单片机。10本系统选用AT89C51单片机，其特性如下:1.与MCS-51兼容;2.具有4K字节可编程FLASH存储器;3.寿命：1000写/擦循环;4.数据保留时间：10年;5.全静态工作：0Hz-24MHz;6.三级程序存储器锁定;7.含有32可编程I/O线;8.两个16位定时器;9.具有5个中断源;10.可编程串行通道;11.低功耗的闲置和掉电模式;由以上性能参数可以看出AT89C51单片机的功能非常强大，性能稳定可靠，功耗很低。对于设计智能型豆浆机来说AT89C51单片机具有很高的性价比。114.系统软件设计4.1程序流程框图（1）主程序流程框图如图4.1所示上电报警测水程序HEAT按键是否按下？HEAT按键是否按下？调START程序调HEAT程序开始NYY图4.1主程序流程框图豆浆机通上电后，蜂鸣器发出响声提示用户豆浆机已接通电源可以正常工作了。开始调用检测水程序，如果缺水就不会进行下一程序而发出警报声提示用户；如果有水并且水位达到，则系统开始检测全自动启动按钮START是否打开，若打开则开始处理START程序；若没按下则检测加热键HART是否按下，若按下则处理HEAT程序；如果HEAT键也没按下就返回缺水检测程序，如此循环进行。12（2）子程序启动键START程序流程图如图4.2所示：调测水程序加热通电沸腾溢出吗？溢出16次吗？关加热器20s马达运转20s停10s，共5次关加热器报警NY图4.2子程序启动键流程框图接通打浆电机的电源，运转20秒停止10秒，循环5次，如此间歇运转。之后打浆电机停止工作，调缺水检测子程序，如果水量不够则开始报警，关闭电机；如果水量充足，加热器开始工作。检测豆浆是否沸腾溢出，如果没有溢出，则返回缺水检测程序，如果不缺水，继续加热；如果有溢出并且溢出小于16次，加热器停止加热20秒，避免豆浆继续溢出，然后返回缺水检测程序，不缺水则继续对豆浆加热；若沸腾溢出达到16次，此时豆浆已经完全煮熟。此时蜂鸣器发出报警提示已经磨浆完成。（3）加热键HEAT程序流程图如图4.3所示：13调测水程序加热器通电关加热器报警是否溢出？NY图4.3加热键HEAT程序流程图此程序用于单独对豆浆机进行加热，首先调用水位检测程序，如果水位不够则开始报警，如果水量充足，则加热器对豆浆进行加热，当沸腾溢出后停止加热，关闭加热器，蜂鸣器报警提示用户豆浆加热工作已经完成。4.2程序设计（1）主程序：ORG0000HAJMPMAINORG2000H14MAIN:ORLRB4,#03HMOVA,RB4LCALLAD；调测水程序JCSTART；判断START按下了吗？JNCSTART；有键按下LCALLSTART；调START程序JCHEAT；判断HEAT按下了吗？JNZHEAT；有键按下LCALLHEAT；调HEAT程序SJMPMAIN（2）START子程序：START:MOVA,STARTLCALLD20S；调运转20S主程序LCALLD10S；调运转10S主程序LCALLFLASH5；调运5次子程序LCALLAD；调测水程序MOVA,RB5JCK；判断沸腾溢出JNZK；有沸腾溢出则转移LCALLADLCALLFLASH16；调沸腾溢出16次主程序JCFLASH16；判断有16次了吗？15JNZFLASH16；有16次转移MOVIE,RB5；关加热器LCALLDELAY；调加热子程序MOVIE,RB5JNZFH,TT；等待20SDJN20H,TT；20S到标志LCALLAD（3）HEAT子程序：HEAT:MOVA,HEATLCALLAD；调检水程序MOVA,RB5JCK；判断沸腾溢出JNZK；有沸腾溢出则转移MOVIE,RB5MOVA,RB4LCALLAD；没沸腾溢出则调检水程序165.豆浆机的造型5.1豆浆机的组成零件选定九阳豆浆机DJ13B-C669SG，对其部件进行分析，主要零件由顶盖、加热管、刀具、杯体、把手5部分组成。并对其进行尺寸测量，完成各个零件图的绘制。5.2豆浆机零件的绘制（1）、对九阳豆浆机DJ13B-C669SG顶盖进行实际测量运用proe完成如图5.1所示的顶盖绘制。图5.1豆浆机顶盖（2）、对九阳豆浆机DJ13B-C669SG加热管进行实际测量运用proe完成如图5.2所示的加热管绘制。17图5.2豆浆机加热管（3）、刀对九阳豆浆机DJ13B-C669SG刀具进行实际测量运用proe完成如图5.3所示的刀具绘制。图5.3豆浆机刀具18（4）、对九阳豆浆机DJ13B-C669SG杯体进行实际测量运用proe完成如图5.4所示的杯体绘制。图5.4豆浆机杯体（5）、对九阳豆浆机DJ13B-C669SG把手进行实际测量运用proe完成如图5.5所示的把手绘制。图5.5豆浆机把手195.3豆浆机零件的装配分析豆浆机的结构，固定件为顶盖和杯体，选择顶盖为固定件，刀具为运动部件。操作如下：5.3.1建立新文件并固定顶盖（1）单机窗口上部工具栏中的“创建新对象“按钮，在弹出的“新建”窗口中选择“类型”选项为“组件”，“子类型”是“设计”，“doujiangji”做为组件名，不点“使用缺省模版”（2）选取窗口中的“mmns-asm-design”选项，然后单击按钮，系统自动进入装配窗口。（3）鼠标点击工具栏中的“将元件添加到组件”按钮在弹出的对话框里选择“doujiangjigai.prt”文件然后单击底部的按钮。（4）鼠标点击操作窗口中“自动”列表框右边的按钮，选择“缺省”选项。（5）鼠标点击“应用并保存”按钮，绘图去会显示如图5.6所示的豆浆机顶盖件。图5.6顶盖效果205.3.2装配加热管（1）鼠标点击工具栏中的“将元件添加到组件”按钮，选择对话框里的“jiareguan.prt”文件然后单击底部的按钮，系统会自动打开“放置”操控板，同时绘图区会显示选定的零件模型。（2）单击操控板中按钮，打开“放置”上滑面板。（3）在装配操控板的“约束类型”下拉列表中选取“自动”选项，在“偏移”下拉列表中选取“重合”选项，然后分别选取顶盖的凸台端面和加热管的一个端面。（4）鼠标点击“放置”按钮，打开“放置”控制面板。（5）单击“放置”上滑面板中的“新建约束”按钮，分别选择端盖的轴和加热管轴。（6）鼠标点击“完成”按钮，确定两个零件的装配。完成的装配图如图5.7所示。图5.7窗口显示图215.3.3装配刀具（1）单击工具栏中的“装配”按钮，在弹出的打开窗口中选择装配的零件“daoju.prt”，单击“打开”按钮。（2）在控制面板中“约束类型”下拉列表中选取“销钉”选项。然后选择刀具杆的轴和加热管轴。（3）单击装配操控板上的“放置”按钮，点新建约束，选择加热管端面和刀具端面。（4）单击装配操控板中的“完成”按钮，完成两个零件的装配。完成的装配图如图5.8所示。图5.8装配图效果5.3.4装配杯体（1）单击工具栏中的“装配”按钮，在打开的对话框中选择零件“beiti.prt”，点击击“打开”按钮。22（2）选取杯体端面和盖端面。如图5.19所示。（3）选取完后，新建约束。选取杯体轴和端盖轴。（4）单击“完成”按钮，确定零件的装配。完成杯体装配图如图5.9所示。图5.9装配效果图5.3.5装配把手（1）单击右侧工具栏中的“装配”按钮，在弹出的窗口中选择装配的装配体零件文件“doujiangjiba.prt”，单击“打开”按钮。（2）在装配操控板的“约束类型”下拉列表中选取“匹配”选项。然后选择把手的上端面和顶盖上凸出的下端面。（3）选取完成后出现。（4）单击装配操控板上的“放置”按钮。（5）点击放置面板中的“新建约束”在“约束类型”选取“对齐”选项，偏移选取“重合”，然后选择把手的后面和顶盖上的后面。23（6）然后吧偏移改为重合，单击装配操控板中的“完成”按钮，完成两个零件的装配。完成的装配图如5.10所示。图5.10装配效果图246.仿真运动6.1仿真运动的参数设置豆浆机的仿真运动参数设置比较单一，将伺服电机的连接轴设置在“销钉”连接即可，具体步骤如下：（1）打开配好的豆浆机装备图。点击菜单命令“应用程序”、“机构”，系统会自动切换到机构设计界面，如图6.1所示图6.1机构设计操作界面（2）在窗口右边的工具栏里单击“定义伺服电机”按钮，系统会自动弹出“伺服电动机定义”窗口，如图6.2。25图6.2“伺服电动机定义”对话框(3)在绘图区单击图6.3刀具杆上的符号，将其作为连接轴。图6.3选取连接轴（4）选取连接轴后，同时窗口将会添加参数设置，如图6.4所示。26图6.4参数设置（5）如需要改变电动机方向，点击窗口中“反向”的即可更改方向。（6）切换到“轮廓”选项卡，将其中的参数设置为如图6.5中所示，然后单击底部的“确定”按钮，关闭“伺服电动机定义”对话框，确定伺服电动机的设置。（图6.6中所示的螺旋线标识为系统默认的伺服电机符号）。图6.5“轮廓”选项卡27图6.6显示电动机符号6.2模拟仿真运动效果伺服电机设置好后，对参数进行设置，开始仿真运动，具体步骤如下。（1）单击菜单命令“分析”、“机构分析”，系统出现“分析”窗口。如图6.7所示。图6.7“分析定义”对话框（2）设置“分析定义”对话框里的参数。（3）切换到“电动机”选项卡，确认电动机以添加，如图6.8所示。然后单击底部的“运行”按钮，检测运行状况，无误后关闭“分析定义”对话框。28图6.8“分析定义”对话框（4）点击菜单命令“分析”、“回放”系统出现如图6.9所示的“回放”窗口。图6.9“回放”对话框（5）鼠标点击按钮，系统弹出如图6.10所示的“动画”对话框。29图6.10“动画”对话框（6）鼠标点击对话框中“播放”按钮，即可连续观测运动效果。（7）单击工具栏中的“保存活动对象”按钮，文件名为“doujiangji.asm”保存。30结论家用智能豆浆机控制系统以AT89C51单片机为控制核心，结合了晶振电路模块、加热电路模块、打浆电路模块、温度及水位检测模块和报警电路模块。使用者只需要插上电源，放入豆子和水，打开开关所有程序包括水位监测，打浆，煮浆等都由单片机控制全自动运行完成，知道豆浆做好，提醒使用者关闭电源，方便又快捷，几分钟就可以喝到新鲜美味的豆浆。在控制系统电路设计中，出于对性能、