豆浆机毕业论文.doc

本科生毕业设计 论文 题题 目 目 基于单片机的豆浆机的控制系统 学生姓名 学生姓名 姚建琴姚建琴 系系 别 别 机电工程系机电工程系 专业年级 专业年级 20072007 级机械设计制造及自动化专业级机械设计制造及自动化专业 指导教师 指导教师 王振峰王振峰 2011 年 6 月 8 日 目目 录录 摘要 I ABSTRACT II 前 言 III 第一章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 豆浆机的功能 1 第二章 豆浆机的内部结构 2 2 1 豆浆机内部结构 2 2 1 1 电热器 2 2 1 2 防溢电极 2 2 1 3 温度传感器 2 2 1 4 杯体 2 2 1 5 机头 2 2 1 6 防干烧电极 3 2 1 7 刀片 3 2 1 8 网罩 3 2 2 豆浆机的工作原理 4 2 3 电路基本特点 5 2 4 芯片特性简介 7 第三章 豆浆机控制系统硬件 9 3 1 系统总体方案介绍 9 3 2 系统硬件设计 9 3 3 电源部分 10 3 4 键盘输入电路 11 3 5 传感器输入电路 11 3 6 控制驱动电路 11 第四章 豆浆机控制系统软件 13 结语 14 致 谢 15 参考文献 16 附录一 17 附录二 18 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 i 摘要摘要 近年来计算机在社会上运用的越来越广泛 同时大规模集成电路的发展 使得单 片机的应用走向深入 单片机特别适合于控制有关的系统 因为它具有功能强 体积 小 功耗低 价格便宜 工作可靠 使用方便等特点 因此单片机越来越广泛的应用 于自动控制 智能化仪器 仪表 数据采集 军用产品以及家用电器等各个领域 单 片机往往作为一个核心部件来使用 再根据具体硬件结构 以及针对具体应用对象特 点软件结合 以作完善 本文介绍了基于单片机的豆浆机的设计 详细讨论了它将软硬件结合以实现豆浆 机运行的过程 重点在于豆浆机的磨浆 加热电路 温度传感器 在文章的最后 给 出了采用定时中断方式实现的豆浆机的源程序 关键字 单片机 豆浆机 温度传感 器 定时中断 延时 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 ii ABSTRACT In recent years the use of computers in society widely while the development of large scale integrated circuit making the application of SCM to depth Micro control particularly suitable for and control the system because it has a strong functions small size low power consumption cheap reliable easy to use features therefore more and more widely used in single chip automatic control intelligent machines instrumentation data acquisition military products and household appliances and other fields often microcontrollers as a core component to use according to the specific hardware architecture and application specific software features object combine to make perfect This article describes the design of soymilk based on single chip it will be discussed in detail the hardware and software combination to achieve the process of running soymilk soymilk focus on refining heating circuit the temperature sensor In the end gives way to achieve scheduled soymilk interrupt source Keywords microcontroller soybean milk machine temperature Sensor timer interrupt delay 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 iii 前前 言言 目前 单片机的发展非常迅速 应用也极为广泛 特别是 C51 系列的单片机 由 于体积小 功能强 性能稳定 价格低廉等优点 使其不仅在工业控制系统诸多领域 得到了极为广泛的应用 而且在人们的日常生活 中也常常需要用到 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然己经十分广泛 但从国内生产的温度控 制器来讲 总体发展水平仍然不高 同日本 美国 德国等先进国家相比 仍然有着 较大的差距 成熟的温控产品主要以 点位 控制及常规的 PID 控制器为主 它们只 能适应一般温度系统控制 而用于较高控制场合的智能化 自适应控制仪表 国内技 术还不十分成熟 形成商品化并广泛应用的控制仪表较少 随着我国经济的发展及加 入 WTO 我国政府及企业对此都非常重视 对相关企业资源进行了重组 相继建立了 一些国家 企业的研发中心 开展创新性研究 使我国仪表工业得到了迅速的发展 目前 温度控制器产品从模拟 集成温度控制器发展到智能数码温度控制器 智 能温控器 数字温控器 是微电子技术 计算机技术和自动测试技术的结合 特点是 能输出温度数据及相关的温度控制量 适配各种控制器 并且它是在硬件的基础上通 过软件来实现控制功能的 其智能化程度也取决于软件的开发水平 现阶段正朝着高 精度高质量的方向发展 相信以我国的实力 温控技术在不久的将来一定会为于世界 前列 本文介绍了以 AT89C51 单片机为控制核心的温度的控制系统 该系统可以实现 温度采集 温度设定 显示 示警等功能 该系统电路结构简单 程序简短 系统可 靠 实验结果表明 该系统能够实时显示温度值 温度检测范围为 55 到 125 精度 0 0625 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 引言引言 目前 人们对生活的质量要求越来越高 人们在忙于工作之余 豆浆机是一种新 型的家用饮料机 以黄豆为原料 直接加工成熟的热豆浆 若在黄豆中配以芝麻 花 生 杏仁等佐料 可以做出各种风味的鲜美饮料 豆浆机由粉碎黄豆的搅拌机 豆 浆加热器和控制电路三大部分组成 用单片机研制的全自动豆浆机的控制电路 只要 按下启动按键 豆浆机就开始工作 一会儿就能喝到美味又营养的豆浆 整个过程由 单片机全自动控制 让您用起来更加地方便 更加的安全 1 21 2 豆浆机的功能豆浆机的功能 单独加热 具有单独加热功能 并随时可以停止加热 单独粉碎 具有单独粉碎 功能 粉碎一次为 15 秒 中间不会停止 自动工作 流程如下 在有水的情况下 电热管开始加热 当水温上升到 82 时 停止加热 电机开始工作 4 次 然后继续加热 当豆浆产生 的泡沫碰到防溢电极时 转为降功率加热 加热 6 分钟 结束并报警 全过程处于无水报警 停止工作状态 在单独加热 单独粉碎 自动工作期间 任何时刻提起豆浆机 都会停止工作并报警 当重新将豆浆机放入水中后 恢复以前工作状态 降功率加热 在自动工作 单独加热模式下具有 当 豆浆产生的泡沫碰到防溢 电极时 转为降功率加热 自检模式 同时按下 加热 粉碎 键 持续 2 秒钟以上 进入自检模式 蜂 鸣器指示灯同时鸣叫 闪烁 3 次 每次间隔 0 5 秒 然后指示灯常亮 加热 1 秒 降 功 加热 1 秒 电机工作 1 秒后 全部停止 报警方 式为蜂鸣器 指示灯同时鸣叫 闪 烁 每次间隔 1 秒 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 2 第二章第二章 豆浆机的内部结构豆浆机的内部结构 2 12 1 豆浆机内部结构豆浆机内部结构 采用微电脑控制 实现预热 打浆 煮浆和延时熬煮过程全自动化 特别是由于 增设了 文火熬煮 处理程序 使豆浆营养更加丰富 口感更加香泽 2 1 1 电热器 加热功率 800W 不锈钢材质 用于加热豆浆 2 1 2 防溢电极 用于检测豆浆沸腾 防止豆浆益出 它的外径 5mm 有效长度 15mm 处在杯体上 方 为保障防溢电极正常工作 必须及时对其清洗干净 同时豆浆不宜太稀 否则 防溢电极将失去防护作用 造成溢杯 2 1 3 温度传感器 用于检测 预热 时杯体内的水温 当水温达到 MCU SH66P20A 设定温度 一 般要求 8O 左右 时 启动电机开始打浆 2 1 42 1 4 杯体 杯体像一个硕大的茶杯 有把手和流口 主要用于盛水或豆浆 杯体有的用塑料 制作 有的用不锈钢制作 但都是符合食品卫生标准的不锈钢或聚碳酸脂材质 购机 时以选择不锈钢杯体为宜 主要是便于清洁 在杯体上标有 上水位 线和 下水位 线 以此规范对杯体的加水量 杯体的上口沿恰好套住机头下盖 对机头起固定和支 撑作用 2 1 5 机头 机头 机头是豆浆机的总成 除杯体外 其余各部件都固定在机头上 机头外壳分上盖 和下盖 上盖有提手 工作指示灯和电源插座 下盖用于安装各主要部件 在下盖上 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 3 部 也即机头内部 安装有电脑板 变压器和打浆电机 伸出下盖的下部有电热器 刀片 网罩 防溢电极 温度传感器以及防干烧电极 需要说明 下盖的材质同样需 要符合食品卫生标准 2 1 6 防干烧电极 该电极并非独立部件 而是利用温度传感器的不锈钢外壳兼 外壳外径 6mm 有 效长度 89mm 长度比防溢电极长很多 插入杯体底部 杯体水位正常时 防干烧电极 下端是应当被浸泡在水中 当杯体中水位偏低或无水 或机头被提起 并使防干烧电 极下端离开水面时 MCU 微控制器 通过防干烧电极检测到这种状态后 为保安全 将禁止豆浆机工作 2 1 7 刀片 外形酷似船舶螺旋桨 高硬度不锈钢材质 用于粉碎豆粒 2 1 8 网罩 用于盛豆子 过虑豆浆 实际工作时 网罩通过扣合斜楞而与机头下盖是扣合在 一起的 清洗时会发现 因受热后网罩与机头下盖扣合出现过紧 因此拆卸网罩时应 先用凉水将其冷却 以免用力过大而划伤手或弄坏网罩 特别是清洗网罩比较费事 往往让用户感到太辛苦 这一问题引起各厂家重视 九阳公司技术创新 对网罩改进 实现了重大突破 应用九阳专利导流技术的拉法尔网 匹配 X 型旋风刀片 经上万 次全循环精细磨浆 不但大大地提高了豆浆营养质量 同时使网罩的清洗变得简便而 轻松 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 4 图 2 1 豆浆机内部机械结构图 2 22 2 豆浆机的工作原理豆浆机的工作原理 1 通电待机 220V 交流市电经耦合器后 一路经 F1 分别受 K1 K2 常开触点控 制 准备给电动机和发热管供电 另一路经 B1 降 压 DI D4 整流 C 1 滤波 得到 约 9V 直流 电 给 KI K2 线圈和 BUZ 供电 并分出一路至 R1 C2 78L05 C3 C5 R17 组成的稳 压电路 得到 5V 电源 向单片机及各控制 电路供电 U1 上电复位初始化 蜂鸣器 BUZ 鸣响一声 橱脚进人约 0 5s 为输入 状态 约 0 5s 为输出状态的循环中 三只发 光二极管不停地闪烁 表示豆浆机已 准备好 可随时接收用户的工作指令 2 启动按 S1 嘟中任意一个轻触开关 相 应的管脚输人低电平 U1 立即启动相 应的工作程序 将对应的管脚转换为输出端 并 输出低电平 相应的发光二极管长 亮 同时 停止对其余两个输入端的输入信号的检测 按 Sl 脚输入低电平 U1 启 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 5 动 湿豆 工 作程序 将 脚转换为输出端并置为低电 平 L1 长亮 脚输入信 号无效 按 S2 脚输入低电平 U1 启动 干豆 工作程序 脚输出低电平 L2 长亮 脚输人信 号无效 按 S3 脚输人低电平 U1 启动 加热 工作程 序 从 脚输出低电平 L3 长 亮 脚输入信号无效 3 预打浆 接着 将 脚置为高电平 1 K1 线包通电 其常开触点 K1 1 吸 合 220V 交流市电经 F1 K1 1 为电动机 M 供电 电 动机 M 通电旋转 带动豆浆刀 预打浆 湿豆 工作程序预打浆约 5s 干豆 工作程序 预打浆约 15s 加热 工作程序启动后不经预打浆 直接进入煮沸工序 4 煮沸 预打浆完成后 相应的发光二极管变为闪亮 湿豆 工作程序 L1 闪 亮 干豆 工作程序 L2 闪亮 脚变为低电 平 K1 释放 电动机断电 脚变 为高电平 勉线包通电 其常开触点 K2 1 吸合 220V 交流市电经 F1 K2 1 为发 热管 H 供电 发热管 H 对水和豆加热 直到沸腾 泡沫上升碰触防溢传感器 5 打浆煮沸的泡沫上升碰触防溢传感器 后 脚由 0V 变为约 3 5V U1 立即 响应 相应的发光二极管变换为长亮 脚变为低 电平 K2 释放 发热管 H 断电 加热停止 接着 脚变为高电平 K1 通电 K1 1 吸合 打浆 15s 后 脚变为 低电平 K1 断电 K1 1 释放 停止 los 湿豆 工作程序循环 6 次 干豆 工 作程序循环 8 次 注 加热 工作程序 在煮沸工序泡沫上升碰触防溢传 感器后 即停止加热 并发出工作完成的声光提示 6 文火熬煮最后一次打浆完成后 相应 的发光二极管变为闪亮 脚变为低 电平 K1 释放 电动机断电 10s 后 脚输出 3s 高电平 5s 低电平的循环矩形 波信号 控制 发热管 H 循环间歇加热 当泡沫上升碰触防溢传感器时 脚输入信 号由低电平 0V 变为约 3 5V U1 立即响应 脚变为低电 平 K2 释放 发热管 H 断电 加热停止 15s 然后又从 脚输出 3s 高电平 5s 低电平的 循环矩形波信号 控制发热管 H 循环间歇 加热 文火熬煮工序持续约 4 分钟后停止加热 三灯闪烁 同时蜂鸣器发出音乐声 提示用户豆浆已制好 7 定时保护按任何一个功能键后 单片机将开始计时 若 20 分钟后尚未收到完 成信号 单片机将认为出现故障 立即自动停机 并发出声光报警提示 2 32 3 电路基本特点电路基本特点 一般豆浆机的预热 打浆 煮浆等全自动化过程 都是通过 MCU 有关脚控制 相 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 6 应三极管驱动 再由多个继电器组成的继电器组实施电路转换来完成 只要掌握这一 条基本规律 就可对所有机型的豆浆机进行电路检查 排除各类故障 但是 有些机 型电路板的制作有点问题 它是将元件的编号压在元件下面的 因此在电路板上只能 看到元件 而看不到元件编号 这样对于电路的检测极不方便 几种元件的检测 电阻 电容及二极管 三极管的基本检测方法 这几种元件的检测大都可在路 测量 必要时可取下来单独测试 方法很简单 MCU 芯片的基本检测方法 由于电路板安装在机头内 检测十分不便 即使想法可以检测 然而在机头内带 电测试风险较大 为此利用检测 MCU 各脚对地阻值来判断 由 MCU 引脚对地阻值可以 看出 MCU 引脚对地阻值有明显的规律性 4 个控制引脚和两个检测引脚 红笔测皆 为 4 5 k 黑笔测控制脚皆为 8 2k 检测脚皆为 8 6 k 如果所测阻值偏离表 中数据 表明所测引脚不是内部击穿或开路 就是外围元件有问题 继电器基本检测方法 由于豆浆机工作时离不开水和蒸汽 所以机头进水 部件受潮 发霉 用户稍不 注意就会发生 对继电器造成威胁 而且继电器自身电流负载很大 转换频繁 因此 很容易将触点烧坏 使豆浆机无法工作 同样 在整机带电条件下 对继电器检测很 困难 为此采取对继电器单独通电法进行检测 外加一个 DC12V 电源 注意将该电源 正极接在续流二极管负极上 负极接在续流二极管正极上 接通或断开外加电源 应 该听到继电器吸合与释放动作发出的声响 而且测量常开或常闭触点 应该有接通或 断开相应的反映 如果继电器无动作反映 表明继电器电磁线圈有问题 正常情况 K1 K3 电磁线圈阻值为 380 K2 为 190 如果无相应的接通或断开反映 说明 这是触点己被烧坏的缘故 豆浆机所用继电器 工作电压多为 DC12 V 触点负载 额定电流多为 10 A 28VDC 由于豆浆机工作条件的特殊需要 继电器的代换 应当 选择知名品牌的优质继电器 打浆电机基本检测方法 有相当一部分豆浆机电机功率余量太小 因功率不足 温升过高 再加上进水 受潮等客观因素而烧坏电机 几乎是各机型的一种通病 对电机应首先直观检查 看 电机各绕组是否有烧焦 短路和断路等现象 换向片和碳刷是否损坏 电机上及其周 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 7 围是否有黑色粉末 用手转动电机是否灵活 电机工作不正常或不转 而直观检查未 见异常 那么就要对电机绕组进行检测 对电机绕组检测可用多种手段 在此介 绍一种最简单 最方便的检测方法 断开电机与外部连线 将表笔夹分别夹在碳刷后 面的引线上 用手转动电机轴 逐次测出每对换向片之间电阻值 正常阻值约为 540 左右 如果阻值降为 50 以下 说明连接在这一对换向片之间的绕组己被烧毁或 己被击穿 出现匝间短路 用此法检测 不需要拆开电机 就能够迅速判断电机是否 损坏 2 42 4 芯片特性简介芯片特性简介 SPMC65P2102A 是由凌阳公司设计开发的 8 位工控单片机 采用凌阳 SPMC65 内核 支持位操作指令 适用于通用一些小家电 如豆浆机 咖啡机 抽油烟机等 芯片的具体特性如下 工作电压 3 0V 5 5V 工作速度 8MHz 工作温度 40 85 超强抗干扰 抗静电 ESD 保护能力 2K byte OTP ROM 128 byte RAM 13 个通用输入输出口 均可设置成为上拉 下拉以及悬浮方式 具有 CaptureComparePWM 功能 1 个 1Hz 62 5KHz 的时基 4 通道 10 位精度的 ADC 带外部参考电压 2 个外部中断 5 个内部中断 2 种省电模式 Halt Stop 蜂鸣器输出功能 4 0V 2 5V 可选低电压复位功能 可编程看门狗功能 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 8 图 2 2 芯片的封装图 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 9 第三章第三章 豆浆机控制系统硬件豆浆机控制系统硬件 3 13 1 系统总体方案介绍系统总体方案介绍 硬件组成框图如 3 1 所示 3 个传感器分别测量水位 溢出 温度 3 个按键 1 个蜂鸣器输出口 2 种加热方式选择 图 3 1 控制系统原理框图 3 23 2 系统硬件设计系统硬件设计 整个硬件系统由电源板和主控板两部分组成 电源部分 按键部分 传感器部分 电机和加热部分 晶振时钟部分组成 如图 3 2 所示 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 10 图 3 2 豆浆机硬件原理图 3 33 3 电源部分电源部分 电源部分主要是将 220V 变成继电器控制电源和系统 5V 电源 7805 前面的电压用 于继电器控制电源 经过 7805 后产生的 5V 的电压经过 0 欧姆电阻之后进入控制板中 供整个系统用电 原理图见 3 3 所示 图 3 3 电源部分原理图 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 11 3 43 4 键盘输入电路键盘输入电路 键盘输入电路如图 3 4 所示 当有键按下时 对应的 IO 口为拉到高电平 CPU 做 相应处理 图 3 4 键盘输入电路图 3 53 5 传感器输入电路传感器输入电路 检测电路主要由温度传感器 水位探头 泡沫探头组成 温度传感器采用负温度 系的热敏电阻 图 3 5 传感器输入电路图 3 63 6 控制驱动电路控制驱动电路 电路的工作原理就是由 I O 口输出信号 通过 Q2 Q3 Q5 驱动电路去控制继电 器 其控制电路如图 3 6 所示 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 12 驱动图 3 6 控制驱动电路 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 13 第四章第四章 豆浆机控制系统软件豆浆机控制系统软件 中国石油大学胜利学院本科毕业设计 论文 14 结语结语 科技的进步使人们的生活变得越来越简单 越来越有味道 利用 SPMC65P2102A 设计的豆浆机 安全 方便 在人们繁忙的工作之余 喝上一杯营养的豆浆 享受生 活 从现在开始 中