智能豆浆机控制系统设计和实现 电子信息工程专业.docx

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1、众所周知，豆浆的适用群体比较广泛，且物美价廉，对于豆浆的选购，还是非常受大家欢迎的。而且豆浆内含的铁元素量很高，几乎是牛奶的6-8倍，而蛋白质的比例虽不如牛奶的高，但在我们人体内的吸收率几乎是85%,这样一来就有很多人给予豆浆以“植物性牛奶”的外号。现在，广大群众的生活水准的日渐改善，大家都很关心健康意识问题，许多家庭为了保证健康和饮食安全，各自在家里制作鲜豆浆，从而刺激了日用自动豆浆机的销售市场。并且使用豆浆机的步骤简单、快捷，是大部分普通家庭的首选，本文设计的工作步骤是，提前泡好大豆放入机器,后在自动豆浆机加入适量冷水，由加热管加热到75度以上,压碎机打浆,间歇工作6次,每次20秒，然后停

2、止5秒，最后进入煮豆浆的步骤，煮沸后，进行文火慢熬，最后提示结束，全程都设立了防溢出的保护程序。本文使用的是ATmega8型号的单片机进行控制,豆浆机工作全程有预热、打浆、煮浆、防溢延煮、断电报警这样几个功能，单片机需要自动判断条件进行触发。而系统的硬件设计需要有：电源模块、MCU的最小系统模块、以及LED电源的指示灯系统、触发按键，其他的LED指示灯，以及防干烧和检测设备温度的电路系统、防溢出的电路模块，以及电热器的驱动电路，还需要电机驱动的电路模块，以及报警的电路设计。而系统的软件设计，则应是包含在豆浆制作的全过程中，使用代码调试，并使用外部中断控制来避免豆浆的溢出。前言豆浆是一种适合所有

3、年龄段的高质量，低成本的液体营养、保健产品。它比牛奶中的铁元素多的5倍。尽管它所含蛋白质不如牛奶多，但可以提高蛋白质食物在人体中的消化吸收率，且可以达到85%,所以有人将豆浆称为“绿色豆浆”，也有“植物性牛奶”的美誉。豆浆被称为最适合女性饮用的食物，这是因为它含有丰富而大量的营养成分，对女性比较有益处。比如，其中含量比较高的大豆异黄酮可以调节女性内分泌循环功能的稳定，且保持女性的皮肤白皙光泽，其实，大豆异黄酮甚至可以起到与雌激素相同的保健功能，比如，可以减轻女性的更年期焦虑，改善骨密度水平，以及预防骨质疏松症等，它还可以用来预防因雌激素引起的不良反应，例如乳腺癌和宫颈癌等。豆浆包含人体所需的优

4、质大豆蛋白，以及8类人体所必需的氨基酸，还包含了多种营养物质和微量元素，例如磷，锌，钙，铁和硒等。大豆是不含胆固醇的，相反，它含有大豆皂甘等五种以上可以大幅减少体内胆固醇含量的成分。鲜豆浆的营养比较好消化。如果长期食用的话，可以有效预防高血压和心肌梗塞，保护心血管，甚至可以改善糖尿病的症状，也对预防骨质疏松症非常有用，同时也能增强人体的免疫功能。豆浆具有镇静，滋阴，养血，养肺和化痰止咳的功效。现代科学研究认为，每天为中年和老年妇女提供一定的豆浆对身心健康和抗衰老具有重大益处。豆浆包含氧化剂，矿物质元素和维生素，并且还包含一种雌性激素一一黄豆甘原，对女性保养身体有好处,这是牛奶所无法提供的。如果

5、女性喝一个月的豆浆，只需要每天400ml作用的容量，就能很自然地舒缓心情，提高免疫力。相关的科学报道早已走入人们的生活，大家对品质优良的豆浆的需求量日益加大，而市场的商品品质良莠不齐，大多数家庭选择了在家榨豆浆，于是自动豆浆机的需求不断扩大，豆浆机的功能如何完善也成了工程师们需要考虑的问题。其实豆浆机的功能比较单一，因为操作豆浆机的人或许会有手脚不灵便的老人,它的使用方法也不能太复杂，所以这就决定了豆浆机的设计一定要符合大众的需求,不可以太理想化。而我的设计是这样的：基本的步骤是先泡好的大豆放入豆浆机内，加入适量冷水，然后将电热管通电加热至75度以上，接下来通电，把豆浆打碎，这里边要其有停顿时

6、间，其后我们进入煮豆浆程序，当豆子煮开以后再文火熬，结束时，也需要一个提示的标志，全过程都有做好防溢的监视程序。1豆浆机的基本结构1.1 豆浆机结构图1.2 豆浆机结构分析豆浆机是采用微机操控的，一般功能有：预加热、打豆浆和煮豆浆，并且还延时熬煮的功能，满足用户特殊的要求。而“文火熬煮”的功能由于其效果比较好，也很受用户的欢迎。所以的操作都需要设置能全自动化执行。（1）杯体：杯体就像是巨大的茶壶，同时包括把手和开口，必须可以呈一定容量的豆浆和水。而杯身的制作材料比较多，可以塑料的，也有不锈钢的杯体，但只要符合安全和食品卫生即可。其实，相比较而言，还是不锈钢的材料售卖地比较多，毕竟比较容易打理。

7、另外，加多少水也在杯身有刻线标记。（2）机头：机头是豆浆机的核心，因为它链接了其他许多的部件，比如说把手和指示灯，还有电插口等比较明显的外部构件。还有一些其他的内部构件也连接到了机头外壳的下盖。比如电脑板和异步电机，以及变压器等小电气部件。下盖的下边甚至还有电热器和网罩，还有防溢电极和温度的传感器、防干烧电极等。这里要注意，所有暴露在外的壳体都需要符合安全和食品健康标准，不可以对人体有害。（3）电热器：加热的功率为0.8KW,且为不锈钢的材料来加热豆浆。加热管的下部应该做成一个弧形，便于清洗和装卸网罩。（4） 防溢电极：用于监视和预防豆浆的沸腾，避免豆浆的溢出。其尺寸是这样的：外径有5mm,可

8、计算的长度15mm。为了保证防溢电极的正常运行，必须及时清洗，而豆浆最好不要加太多水，否则，防溢电极将不能很好发挥保护功能，会导致溢出的。（5）温度传感器：设置该传感器，以便在“预热”功能发挥时，测量杯子里面的水温，若达到MCU（单片机ATmega8）给定的温度（75-80）,电机就需要开始工作，开始打豆浆。（6）防干烧电极：该电极并非一个独立工作部件，不同的温度传感器的不锈钢外壳能够同时做防干烧的电极。这里，外壳的外径是6mm,有效长度88mm,长度其实是比防溢电极长得多的，然后要插入杯体底部。若水位标准，防干燥电极的下端应是浸泡在水里边的。而当杯体内，水位不合理，过低或没有水,或者说是机头

9、出水,单片机（微控制器）检测的一定要通过防干烧的电极进行的检测,为了安全,豆浆机器将禁止运行。(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。(8)网罩：用于装豆子和过滤豆浆。实际管理工作时，网罩计划通过扣合斜楞而与机头下盖是扣到一块。在清洁时，会发现网盖加热后的热量和盖扣下的头部结合得太紧，所以在取出网盖时应首先用冷水将其冷却，以免用太大的力划伤手或打破网盖。尤其是清洁网盖比较麻烦，是经常困扰用户的问题，这个问题引起了各大厂商的关注。九阳公司经过技术创新，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

10、浆营养质量，同时使网罩的清洗变得简便而轻松。2豆浆机控制系统总体设计2.1 控制系统设计思路2.1.1 控制系统的功能分析系统管理功能：本系统的功能设计就是我们利用基于单片机内部控制，前文提到的多种功能都可以全自动完成。新鲜、芬芳的熟豆浆可以在十分钟内制作。本系统其实有“全豆营养”以及“浓香/快捷”这两种功能提供，用户能够按照心意去设定。2.2 .2系统总体的设计思路（1）设计思路采用ATmega8单片机作为控制核心，一步步按照流程规范设计豆浆机。在此过程中，采用抗干燃烧电极检测水位。采集到满足要求的水位，不满足要求的水位发送到单片机。在SCM进程之后，它选择下一个动作或发送一个警报。燃烧预热

11、过程中,使用anti-dry电极（使用温度传感器）的不锈钢外壳温度检测,收集到的80度的水温信号传给单片机,单片机驱动电机功率继电器,殴打,主触点的继电器两端连接一个二极管,在整个生产过程中，为了防止豆浆溢出，安装了防溢出电极，信号线连接到单片机的外部中断引脚，使防溢流功能安全可行，从而提高了系统的含金量。（2）技术特点1）循环细磨技术2）文火熬煮：大火用来加热，文火细细熬煮。3）微电脑控制：全自动制浆，十几分种自动做熟豆浆。4）自动防溢出。5）无水防干烧。6）增设微机安全开关，使用更安心。（3）系统重点应用的两个技术1）防溢方式使用的是外部中断服务方式，尽可能提高防溢出的安全可靠。2）半功率

12、来加热的工艺，以实现慢火沸腾。2.2系统方案分析与确定2.2.1 方案比较（1）在驱动电路方面有两个设计方案第一，用继电器驱动的外部设备，第二，使用晶闸管，具体来说是双向可控硅驱动。比较看，前者可控制的电压高，电流也比较大，而后者同样也可以，但是经过一个长时间的工作运行后，晶闸管的发热会比第一个要更加的严重。此外，还需要充分考虑散热技术的难题。本设计使用的是方案一，但仍有一个缺点，即继电器通过电磁线圈产生电磁力，使触点闭合或断开，存在电磁干扰问题。（2）在主控芯片方面有两个选用方案一种是通用的51单片机，另一种是通用的AVR单片机设计。第一个是针对大多数为初学者学习MCU设计的人，他们最精通这

13、一级。但是由于其干扰信号不强,因此不被采用。后者也是常见的单芯片设计。我对其中的ATmegal6非常熟悉，并且AVR单片机设计的抗干扰能力非常强，因此该系统软件选择后者。但是还有一个缺陷，那就是ATmega16是40针微控制器设计，并且体积并不是最小的。2.2.2 方案确定为了更好地消除干扰信号的危害，主控芯片的关键集成电路采用了抗干扰能力强的AVR微控制器。为了更好地减小PCB板的总面积，选择了Amega8系列产品的通用集成IC中具有引脚位置少且体积最小的ATmega8微控制器设计。这种单片机只有28针，比ATmegal6少12针，而且体积小。两种MeU设计如图2-1所示。3豆浆机控制系统硬

14、件设计3.1 控制系统硬件的总体框架本设计的硬件配置分为十个主要控制模块（如图31所示）：控制板上最小的系统控制模块，开关电源，LED电源显示灯控制模块，功能键和LED灯显示的控制模块，防干烧伤并检查温度的电路控制模块，防溢出的电路控制，电加热器的耦合器电路控制模块，电机驱动器和警报电路的控制模块。3.2 MCUATmega8概述3.2.1 ATmega8的特性1）具有出色性能和功耗的8位AVR微控制器2）IKBSRAM和8KBFlashROM以及512字节EEPROM3）拥有23个可以编程的I/O端口4）ISP下载口5）在2.7V5.5V下可靠工作6）拥有的8位定时/计数器，彼此独立，且含1

15、6位的定时/计数器1个7）包含上电复位电路8）内设RC振荡电路3.3 控制系统各个功能模块设计3.3.1 MCU最小系统硬件设计本次设计选择的是ATmega8单片机，其产自AtmeI公司，性能优良，可以作为主要的控制功能的芯片，而且同电压一起构成最小系统。另外，ATmega8片内具有IMHZ的晶振电路和上电复位电路，因此外部起晶振作用的电路，以及复位都不用设计。对于MCU的VeC引脚，是用来接电源的，而GND接地，就整个构成了单片机的最小系统，在图33中显示了其电路搭建：3.3.2 电源模块设计3.3.3 此电路运用了两个技术（如图3-4所示）：一是用四个二极管组成的全桥电路进行整流，利用二极

16、管的单向导电性，把交流电变为直流电；二是用稳压芯片把12V电压变为5V电压，稳压芯片的VI端是输入端接12V电压，GND端接地，VO端输出的就是5V电压。使用变压器一次侧的BL和BN,用以给主电路的电机以及电热器供电，此外，起控制功能的电路设计需要使用到变压器来降压，并且加入二极管用来整流等获得所需要的工作电压。当电源插头插入220V交流电。Tl开始对220V交流电进行降压。从次级输出12V左右的低压交流电。从而适应电路的使用要求；此外，降压变压器还做了隔离220v交流电的网络，从而可以提高控制电路的安全可靠程度。本次设计使用四个晶闸管对获得的二级电压波形进行整流，然后通过Cl和C2滤波，从而形成少毛刺的直流电，送入稳压器U2进行调压。经U2稳压作用后,输出+5V直流电压。经C3、C4滤波后输出纹波很低的+5V电压，作为控制系统的