家用豆浆机的控制原理及其发展

1.豆浆机的各用电部分及其位置及其作用1.1操作面板操作面板位于机头面盖的一边，由数个按钮组成，它的作用是人为控制豆浆机的工作模式，以及开始和临时中断机器的工作。1.2数码显示器(并非所有机器都有)数码显示器在面盖上，一般位于控制面板的对侧。它的作用是显示机器的工作参数。如豆浆温度，机器工作模式。1.3指示灯指示灯有数个，位于控制面板各个按键旁边。它的作用是以亮或不亮来显示豆浆机工作状态。1.4电源模块置于机头内，它的作用是为机器提供稳定的电供应。1.5电机位于机头中，外接刀片。它的作用是为打磨豆浆提供机械动力。1.6加热器加热器位于机头底部但略高于底部，与机头有两个接口。一般呈勺型，底部为圆形。它的作用是加热豆浆，使豆浆有好的口感。加热功率一般为800w。1.7温度传感器一根长直棒，与机头垂直。它的作用是探测豆浆温度以反馈给控制中心，并与MCU设定的温度进行比较。1.8防溢电极位于温度传感器附近，比温度传感器短。它的作用是防止豆浆加热后产生过多的泡沫而溢出。1.9防干烧电极一般集成在温度传感器上。防干烧电极其实是水位探测器。加水后，水位传感器和金属加热部件外表形成回路，水充当了电阻的作用。微处理芯片把这个电阻取样分析，作出加热和停止加热的指令。防干烧功能针对的是底部加热或侧面加热型的豆浆机，在加热部件贴装了一个KSD温控器，当温度超过设计值时，温控器动作切断加热件的供电电源。而又加热管型的豆浆机其实没有防干烧功能，没加水意味着豆浆机不工作，所以不必要安装温控器。顾名思义，它的作用是防干烧。1.10控制系统它内嵌在机头中，它的作用是接受、处理、发出信号，从而协调整个豆浆机的工作，完成打豆浆的过程。单片机是其中最关键的部件，它相当于一个小型计算机，包含微处理器（CPU），存储器（rom和ram等），输入输出口（i/o口），定时计数器，中断系统等，他们通过地址总线（）ab，数据总线（DB）和控制总线（cb）连接起来。控制着机器的运行。2.豆浆机工作时的电路控制2.1电源供应通电后，首先使用电源变压器将电网220v的交流电转换为12v的交流电，利用整流电路将12v交流电转化为12v脉动直流电。整流电路一般使用整流硅对次级输出的交流电进行桥式整流。桥式整流不同于二极管半波整流。二极管半波整流只能获得半个波长的整流电流，将另一半损失掉。桥式整流利用4个二极管，能得到全波整流电流。滤波器将脉冲直流转化为较稳定的直流。一般是将储能元件，如电感或电容把脉动直流电转化为平坦的直流电。最后稳压器（集成稳压器）使直流电压和电流保持稳定，以保证机器各部件稳定而又可靠地工作。2.2供电后工作情况2.2.1待命阶段控制系统得到电源供应以后，处理系统开始工作。控制系统发出信号，使有关指示灯亮，数码显示器显示当前状态，机器各大部件进入待命阶段，等待指令。此时人为在操作面板输入指令后，按钮将物理信号转化为电信号，输入到控制系统。处理系统处理信号后，又发出相关指令信号到各部件，使各部件有序工作。2.2.2第一次加热打豆浆的过程中需要加热，加热器能完成此功能。加热的过程与温度传感器密切相关。豆浆机的温度传感器是一根实心的不锈钢管子。钢管的内部有温度传感探头，将温度转化为电信号。一般是PID数控，与控制系统交换数据。控制系统会根据探测到的温度数据的不同，作出不同的响应。如温度低于规定达到的温度，控制系统便会控制加热器继续加热，此后温度数据会一直被传送给单片机，与内置固定温度进行比较，直到达到所需温度。2.2.3预打浆温度达到后，打浆开始。电动机的启动和关闭由控制系统经继电器来完成。继电器在机头中，得到控制系统的指令后，对电动机进行供电。某些豆浆机的电机有调速功能，这可以由双向晶闸管来完成。预打浆过程中加热器持续工作。豆浆会产生泡沫，直到触及到了杯口略下方的防溢电极。防溢电极可以和加热器组成回路。放入少许水时，防溢电极与水接触不到。但是当泡沫触及电极时，便会与加热器形成一个回路。此时便会给控制系统一个电信号，交由单片机处理后，发出指令，加热器停止加热。以上为豆浆机的预打浆功能。预打浆结束后，开始进入打浆/加热阶段。此时加热器和电机不停地工作，使得豆子被彻底地粉碎，豆浆被初步煮沸。豆浆被煮沸后，便进入熬煮阶段。如何判断豆浆被煮沸？得益于温度传感器不停地检测豆浆温度并反馈给控制系统。2.2.4熬煮阶段熬煮阶段加热器和控制系统中的计时器相互配合。此阶段发热器反复地间隙加热，加热和停止加热的时间由计时器向控制系统发送信号，控制系统来控制。最终豆浆充分煮熟，完全乳化。至此，豆浆机主要工作结束，控制系统发出信号，数码显示器或指示灯将此信号转化为物理信号，提示人们工作结束。2.2.5防干烧（如果有防干烧电极的话）此阶段在豆浆机接通电源的之后进行。如果发现豆浆机内的水位低于规定的水位，防干烧电极会向控制系统发出信号，单片机计算后会停止加热器和电机的运行。3.豆浆机控制系统的发展3.1出现根据国家专利局专利申请时间，1986年10月8日，上海发明人吴中倬申请了世界上第一架豆浆机专利，专利号为86204692.0。而全自动家用豆浆机是中国最早的家用豆浆机专利产品，专利号为86204692。这种类型的家用豆浆已经具备了现代豆浆机的雏形，在系统的控制方面，采用液位控制防豆浆溢出，以及电动机间歇粉碎技术。迄今为止，国内所有豆浆机无不采用该专利技术。值得一提的是，这种豆浆机最大特点是电动机设计在豆浆机底部，因此整个豆浆机结构大大简化，成本低廉，同时，电动机设置在豆浆机底部后，重心低，因此它可以采用大功率电机，电机功率达320W，而目前市场上所有的豆浆机电机功率仅为160W。后来由于整体化和智能化的需要，各种原件都被集成在了机头上，使机器整体变得简洁，稳定。3.2出现温度传感器随着对制豆浆工艺提高和智能化水平提高的要求，原本全部集成在单片机中的控制机器运行的机械式的程序已经不能满足这一要求，急需能将豆浆内部情况反映给控制系统的传感器出现，温度传感器便被顺理成章地加入了豆浆机。它能够将豆浆温度实时传输给单片机，并不停地与人为设定温度比较以作出合理反应。3.3出现防溢电极防溢电极和加热器是组合设备。当豆浆产生泡沫触及防溢电极时，防溢电极会与加热器组成回路从而向控制系统发出信号使加热器停止加热。这一设备的出现避免了豆浆溢出的尴尬，能主动向控制系统发出信号交由单片机处理后阻断加热器工作，是豆浆机控制原理的一大进步。3.4出现防干烧电极随着豆浆机使用情况的增多，出于疏忽和一些其他情况，可能会导致在没有加入水和黄豆的情况下启动了机器。此时往往会烧毁加热器。为了避免这一情况的发生，豆浆机被加入了防干烧电极。它的控制原理和防溢电极类似，是豆浆机控制原理的一个部分，3.5出现智能控制面板后来为了提高机器的智能化水平，增加了控制面板，配合控制系统的不断改进，出现了很多可以根据用户特殊需要增加的功能，这些功能都在控制面板的按钮上显现出来。人为输入的指令会被反馈给控制系统，交由控制系统处理后发送给机器各个部件执行。3.6程序的发展3.6.1预打浆事先设计好的一段程序，开始后交由控制系统执行，更符合打豆浆的实际需要。3.6.2熬煮技术文火熬煮是九阳公司的专利技术，是利用半波降功率原理（加热功率根据熬煮程度，自动降低，温度由温度传感器探测），模仿南方“煲汤”方式进行煮浆。是对实际生活考量之后对控制原理做出的改进。3.7总结其实，类似于以上对于豆浆机控制做出的改进（系统上的或者硬件上的）还有许多。尽管豆浆机出现在我们的生活中不过短短的三十年，但它已经被我们所有人接纳和认同。现在豆浆机的控制原理和各种硬件的搭配在我们看来已经相当完美了，但随着人们生活的需要和其它相关产业的发展，豆浆机的控制原理还在不停地发展当中。1 胡承忠，赵健，张东升.基于单片机的豆浆机定时系统的设计.电子技术，2013,12刘昊.全自动豆浆机改良设计的研究与实践硕士学位论文.武汉理工大学，2011