基于STM32的智能豆浆机说明书

1、- PAGE 22 -目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc456286724 第一章 绪论 PAGEREF _Toc456286724 h 1 HYPERLINK l _Toc456286725 1.1引言 PAGEREF _Toc456286725 h 1 HYPERLINK l _Toc456286726 1.2 原理 PAGEREF _Toc456286726 h 1 HYPERLINK l _Toc456286727 第二章 设计方案与实现功能 PAGEREF _Toc456286727 h 2 HYPERLINK l _Toc456286728 2.

2、1设计思路 PAGEREF _Toc456286728 h 2 HYPERLINK l _Toc456286729 2.2 实现功能 PAGEREF _Toc456286729 h 3 HYPERLINK l _Toc456286730 第三章 系统硬件电路设计 PAGEREF _Toc456286730 h 4 HYPERLINK l _Toc456286731 3.1单片机的选择 PAGEREF _Toc456286731 h 4 HYPERLINK l _Toc456286732 3.2 温度检测电路设计 PAGEREF _Toc456286732 h 7 HYPERLINK l _To

3、c456286733 3.3 加热电路的设计 PAGEREF _Toc456286733 h 9 HYPERLINK l _Toc456286734 3.4 电机电路设计 PAGEREF _Toc456286734 h 10 HYPERLINK l _Toc456286735 3.5防溢出电路的设计 PAGEREF _Toc456286735 h 11 HYPERLINK l _Toc456286736 3.6报警电路的设计 PAGEREF _Toc456286736 h 12 HYPERLINK l _Toc456286737 3.7复位电路的设计 PAGEREF _Toc456286737

4、 h 13 HYPERLINK l _Toc456286738 3.8时钟电路和按键电路设计 PAGEREF _Toc456286738 h 14 HYPERLINK l _Toc456286739 第四章 系统软件设计 PAGEREF _Toc456286739 h 15 HYPERLINK l _Toc456286740 4.1编程思路 PAGEREF _Toc456286740 h 15 HYPERLINK l _Toc456286741 4.2主程序 PAGEREF _Toc456286741 h 17 HYPERLINK l _Toc456286742 第五章 总结 PAGEREF

5、_Toc456286742 h 21 HYPERLINK l _Toc456286743 参考文献 PAGEREF _Toc456286743 h 22第一章 绪论1.1引言豆浆机是一种新型的家用饮用机，以黄豆为原料，可以直接加工出可口的热豆浆饮品。豆浆机由粉碎黄豆的电机、豆浆机加热器和控制电路三大部分组成。用STM32F103单片机研制的智能豆浆机的控制系统，当放入适量泡好的黄豆，加入适量的冷水，把豆浆机的电源插头插入220V交流电源，豆浆机指示灯亮起，按下按钮，先对豆浆机进行水位放干烧检测，符合要求后加热管开始对水进行加热，当水温达到80左右，停止加热，启动电机开始粉碎，开动豆浆电机，运转

6、5s，停15s电机按间歇方式粉碎。并在间隙同时加热，粉碎过后，继续对豆浆加热，当豆浆沫接触到防溢电极时，停止加热，并蜂鸣报警，当液位下降，则继续加热。在粉碎的处理上采用了正反粉碎过程，一般情况下，可完全保证黄豆和其他谷物被彻底粉碎，此后再进行最后的加热，豆浆就加工完成了。在豆浆机的工作过程中若缺水，则会关闭加热器和电机，并发出报警声，加水后才能继续使用。由此可见，智能豆浆机只要按下启动按键并选择自动功能后，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，并全程进行安全检测，让你用起来更加的方便、更加的安全。1.2 原理本智能豆浆机控制系统设计原理如下图所示:第二章

7、 设计方案与实现功能2.1设计思路我们设计的智能型豆浆机主要由电机、加热管、水位传感器，感温探棒、防溢电极、单片机控制面板、控制按钮以及声光报警器件等几部分组成。电机负责粉碎打浆,加热管进行加热煮浆,感温探棒进行水温测量,水位传感器进行水位测量，防溢电极防止豆浆加热溢出,采用蜂鸣器和双色灯进行声光报警,控制面板根据命令和输入状态信号,模糊控制各个部件按程序进行加热、粉碎等系列工作全自动完成。我们确定了以下设计方案: （1）上电后对水位进行判断,防止添水过多;在整个工作过程中,对水位实时检测。 (2)粉碎。串励电机工作转速可达到12kr/s左右,1min时间便可将豆粒彻底粉碎。但由于该电机不可长

8、时间连续运转,所以粉碎时间分为开动豆浆电机，运转5s，停15s ，4个15s完成,间歇停机15s。为了提高工作效率,充分利用粉碎间歇时间进行豆浆加热。（3）加热。加热分为“粉碎前预加热”和“煮浆加热”两个过程。“煮浆加热过程”即粉碎后加热的沸腾。“粉碎前预加热”是将水温加热至80,缩短粉碎后加热至豆浆沸腾的时间,防止粉碎后煮浆时间过长所易造成的糊锅现象,此外还有出浆率高、豆浆口味更佳的效果。当豆浆产生的泡沫碰到防溢电极时，转为降功率加热，结束并报警。(4)命令输入。命令输入在全自动工作过程中,若按“启/停”键将停止一切操作,恢复到起始状态。(5)声光报警。为了便于人们监测整个工作过程,在工作状

9、态切换时,有红绿灯的显示和蜂鸣提示,工作完毕声光报警十次。工作过程中如有危险操作,也进行声光报警。(6)采用软硬件抗干扰技术,提高系统工作的稳定性。硬件上主要是采用滤波电路抑制干扰源,WDT监控电路防止因干扰造成的程序错乱和死机现象。软件上主要采用填码技术、指令冗余技术、设置模块入口标志和智能恢复现场等技术配合硬件增强系统的抗干扰能力。2.2 实现功能自动设计流程为：1.先将黄豆和水加热到80度。2.停止加热，开启电机进行粉碎，粉碎时间分为开动豆浆电机，运转5s，停15s ，4个15s完成,间歇停机15s。为了提高工作效率,充分利用粉碎间歇时间进行豆浆加热。3.电机停止，继续加热， 4.完成豆

10、浆制作，并有蜂鸣提醒用户功能。由于没有防溢电极，采用开关来模拟，并在第一次和第二次加热之前，闭合开关，在第三次加热时闭合开关模拟防溢出。并在全过程用温度传感器反馈温度。第三章 系统硬件电路设计3.1单片机的选择 STM32芯片介绍2006年ARM公司推出了基于ARMv7架构的Cortex系列的标准体系结构，以满足各种技术的不同性能要求，包含A、R、M三个分工明确的系列。其中，A系列面向复杂的尖端应用程序，用于运行开放式的复杂操作系统；R系列适合实时系统；M系列则专门针对低成本的微控制领域。Cortex-M3是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准处理器，具有低功耗、少门数、短中断延迟、低调

11、试成本等众多优点。它是专门为在微控制系统、汽车车身系统、工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域实现高系统性能而设计的，它大大简化了编程的复杂性，集高性能、低功耗、低成本于一体。STM32处理器的分类STM32系列处理器目前分为2个系列。STM32F101是标准型系列，工作在36MHZ；STM32F103是增强型系列，工作在72MHZ，带有更多片内RAM和更丰富的外设。标准型系列是STM32处理器入门产品，其价格仅相同于16位MCU却拥有32位MCU的性能，其外设的配置能提供优秀的控制和联接能力。增强型系列产品则将32位MCU的性能和功效引向一个新的级别。内含的Cortex-M

12、3内核工作在72MHZ，能实现高端运算，其外设的配置能提供极好的控制和联接能力。 STM32全系列处理器拥有的脚对脚、外设及软件的高度兼容性，这给其应用带来全方位的灵活性，可以在不必修改原始框架及软件的条件下，将应用升级到需要更多的存储空间，或精简到使用更少的存储空间，或改用不同的封装规格。对于使用同一平台进行多个项目的开发而言，STM32更是一种非常好的选择。因为在STM32全系列产品中，既有适合仅需少量的存储空间和引脚，也有满足需要更多的存储空间和引脚；既有适于高性能应用的，又有满足低功耗要求的；既有适合低成本简单应用，也有满足高端复杂应用的。全系列兼容，使得项目之间的代码重用和代码移植变

13、得非常方便STM32F103及外围电路设计 本设计采用STM32F103为主控芯片，则STM32F103芯片的最小系统设计如图2.2、2.3所示。图2.2 STM32F103芯片最小系统图图2.3 STM32F103芯片最小系统图续3.2 温度检测电路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，所以这就需要一个温度传感器来检测水温，这里我选用的是DS-18B20数字温度传感器来模拟。其具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。3.2.1 DS-18B20数字温度传感器介绍 DS18B20是DALLAS公司生产的

14、一线式数字温度传感器，具有3引脚T0-92小体积封装形式，温度测量范围为-55度到+125度，可编程为9位-12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625度，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。 主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。本程序仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，读取的温度值高位字节送WDMSB单元，低位字节送WDLSB单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。3.2.2 电路设计 由于独特的一线接口，只需要一

15、条口线通信，DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源。当VDD端口接3.0V5.5V的电压时是使用外部电源；当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。电路图如图3.2所示图3.2 3.3 加热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，本设计使用的加热器的功率为1000W，单片机输出电流经三极管放大，来驱动继电器闭合，使加热管发热把豆浆煮熟，当单片机工作时，赋给PC5一个高电平，使三极管Q2饱和导通，电流流过继电器RL1，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，温度传感器将温

16、度信号传给单片机，单片机检测到这个信号后，使PC5脚变为低电平，三极管Q2截止，继电器触点断开，电阻停止加热。在实验中由于没有加热管，将用指示灯来代替加热管。电路图设计如图3.3 图3.33.4 电机电路设计 豆浆机的磨浆是通过电机把黄豆搅拌成粉沫，电机选用的是步进电机来模拟，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。 步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。步进电机的主要特性：1 步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静

17、止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。2本步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。3 步进电机有瞬间启动和急速停止的优越特性。4 改变脉冲的顺序，可以改变转动的方向。在电路的设计中，我们将用到uln2003来驱动，驱动端口位P1.0,P1.1,P1.2,P1.3。驱动器控制电机转动，使其完成4个15s的粉碎过程,间歇停机15s。前7s正转，后8s反转。电路设计图如下：3.5防溢出电路的设计 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沸腾溢出等问题。这里采用开关S5模拟传感器来检测沸腾溢出，与

18、单片机的P3.4连接，用开关的闭开模拟高低电平，这样就可以通过单片机检测电平的高低来检测干烧及沸腾时的溢出状态。电路图设计如下图3.4图3.4这里当S5闭合时，给单片机一个高电平信号，表示豆浆溢出，开关打开时表示正常没有溢出。3.6报警电路的设计在豆浆机控制系统的设计中，我们设计了当豆浆机干烧和豆浆制作完成两种情况的蜂鸣报警，声音信号电流从单片机的PB5脚输入到蜂鸣器发出声音，通过事先编写的程序，在单片机的控制下，系统开始工作，当上述两种情况中的一种发生时，单片机PB5脚自动输出一个高平，使蜂鸣器通电导通，于是蜂鸣器发出报警，提醒用户。图3.53.7复位电路的设计整个复位电路包括芯片内、外两部

19、分。外部电路产生的复位信号（RST）送斯密特触发器，再有片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对斯密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需的信号。本设计中我们使用的是上电自动复位，其是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。电路图如图3.6.3.8时钟电路和按键电路设计单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制单元（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。振荡器的工作频率一般可达0-40MHz，C1和C2虽然没有严格的要求，但电容的大小

20、影响振荡器振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择范围在10-30pF。按键电路是通过+5V连接形成通路，按键按下时，单片机接口产生高电平，单片机通过软件检测电平就可以知道是什么功能。设计电路图如图3.7 图3.7第四章 系统软件设计4.1编程思路 豆浆机控制系统的流程图设计开始加热到80度电机运转5s电机停止15s加热电机运转15s4次？警报溢出？6m30s？结束正常工作自动停启，通过按钮实现，开始对豆浆机的冷水进行加热，当加热到80以后，则停止加热，开始进行打浆程序，运转5s，停15s，打15秒停15秒，按这样的方式循环4次，继续程序，打浆程序结束后开始进行对面浆进行再加热，加热6分半钟，溢出

21、后自动进入防溢程序，直到结束。豆浆加工完成后，单片机发出报警提醒主人豆浆煮好。总之，此设计以单片机STM32F103作为核心的控制元件，配合其他器件，使豆浆机的控制系统县有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加工经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。4.2主程序#include #include stm32f10 x_it.hvoid HOT_Config(void);void voice_Config(void);void delay(void);int main(void)GPIO_Config(); /配置Hot_Config( );voice_Config( );GPIO_Se

22、tBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(5000);/转5sGPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(15000); /停15swhile(1)GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(15000); /转15sGPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(15000); /停15svoid GPIO_Config()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /定义GPIO配置的结构体变量RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_A

23、PB2Periph_GPIOB, ENABLE); / 使能GPIOB时钟，GPIO都由APB2（高速外设）时钟控制GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1; /PB1口GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; /用于定义GPIO管脚的响应速度GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; /用于定义GPIO管脚的工作模式推挽输出GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure); /调用库函数对GPIO初始化设置void delay

24、(void)i=0 x000004 ;while(i-);while(1)void Hot_Config(void);GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5);delay(6500);GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5);void GPIO_Config()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /定义GPIO配置的结构体变量RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); / 使能GPIOC时钟，GPIO都由APB2（高速外设）时钟控制GPIO_Init

25、Structure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5; /PC5口GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; /用于定义GPIO管脚的响应速度GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; /用于定义GPIO管脚的工作模式上拉输出GPIO_Init( GPIOC, &GPIO_InitStructure); /调用库函数对GPIO初始化设置void voice_Config(void);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GP

26、IOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay

27、(5000);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();void GPIO_Config()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /定义GPIO配置的结构体变量RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); / 使能GPIOB时钟，GPIO都由APB2（高速外设）时钟控制GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5; /PB5口