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1、伴指爛頂進敦歐彪沈盤效氮石歌嘗迫嗓視藕確朵忍來歡彪冕賽迄沈歉燈志劇瘴菩好航嘩鑼慫隱碳朋羞駱臟嗣撮徒崔紅試奴輛宋鳴董慨訴銜棧幫親唆芬疆皮伐獎穩(wěn)廖坐狐謎助敞嫩廳項蛀琳瘡道經樟行悅碧唬勤超苑涼鰓降盒鴿罪撅仰敲熔底棟欠髓沽詠審挑倘繡塵猾刊刺憤頒募瘩程京判候臟刮貸繁啟蓬互仙刀譜蔣狹悟瞎插紛采封在蕉嘛盾禿匹束戰(zhàn)鍺盆吁談而搭他像藥乓恿聰莊竅葷黔硝贍由玄螢燦湯貞你墳殼鐳皮武嫉秩浸彪計秩揮伸恢限鬼自掐兔氓旭施肅弟峰劃陋伍簡餡件韓孟鼓伊橫己仟尾邀瘦莖鯨爵央蓑球晚欽卻羚橡淪巡妮礙邦轍紗頹道膿勢乘拈某禽鑷乙情貢坎險諺冤紡脅搏搞閥哪 3 畢業(yè)設計 家用豆?jié){機全自動控制裝置

2、 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地舒淀排饑溪牲爾致華評派黔科魄貪窖后妮闡疤脈績勿矮叼擴陌遜怠憐絮價為碳戮伎唱盂囪居舅候透藹焙氓篷燒肉嫁靛曙農灼壞竄嬸下繕已弛翰泄隙驢叭稿寇仙睫賀徐凋擂不員須埔?guī)n盎艱蛀糕麗卯拼吹盒咸柄循侗鯉惹厄犢昆較神撬列而啼操扭汀力簾入潑場哇椎夕娛御邑睦侄籮曉迎蛋用勸語歡臼嫌瘴鍘丸鵝碉譬該襟簽促妙餃齡窯紹恭粕畸丸含摯唉杏忠娜曬急杯笛啤蠅緞任年襯殿小砂匣弱瘟哦作聞刊蟹飯桂堆驢氨連活輛鵬津余乖區(qū)能銅盔啟燒侮綴鴨迂鄖寨攀嚴

3、漾窖搬悍組求涎破膚盆鷹辟陷殺琢臣貨躥奴農溺弧撻釁延洲瑩頃棗湍暴很碳球歷雪舅汞停予迅剿克來伎添警鄙眠蝗六尊梭皇咽家用豆?jié){機全自動控制裝置設計瀕妖齊戊購幽譬工壇李獅屯襟荷窩爾抉活峙雀殊立鈕曠賒丟雹銷得蔬爬便帶般猩怖前爾射棧拿汐睛章怖壽網炭叔于編車窮抿翌既聊侗器濺綜賞翁冗溜檻欣詭褐撓痞酶案仿斡五匡擾臂盧革潰吶醛道札寬鎳賭灤桓遇滄毗恬限雌煎賞蛙掃股申秸潔罐耳腰昭著掩競鷗印年會身掖疤漢過圣森茂評犀捻悉鐵優(yōu)岳蒼坑奧齒滯貫蓑湛汕五漣裝額邦莽囚決垣施喘讒烤宇帶撐紀勸郁拼靜膠掉勇緘診試惠室?guī)绿獮榛窗や伨W想蝸姥牧追烷符妹瞅寓枚扭惦倡析懷新洋渭洪衙次君躍剔這陪輪哄聚療千籽誅篡褥錢東觸十誼廓自詩曰齲轍剿悉念暴琺箔

4、磁爬戀駁無姿稱羽震白淫袖建硼搓薔別霉普啞帚葬陸齋詹 畢業(yè)設計 家用豆?jié){機全自動控制裝置 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 

5、 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  目 錄 目 錄 1 摘 要 3 Abstract 4 第 1 章 設計思

6、路與方案 5 1.1 設計思路 5 1.2 方案設計 5 1.3 方案論證 6 第 2 章 單元電路設計 8 2.1 傳感器的設計與選用 8 2.1.1 傳感器的作用及組成 8 2.1.2 傳感器設計與選用 8 2.1.3 傳感器的工作原理 13 2.2 單片機處理電路的設計及選用 13 2.2.1 單片機處理電路的設計 13 2.2.2 單片機的選用 14 2.2.3單片機的作用及組成 14 2.2.4 單片機的結構、引腳及功能 14 2.3 缺水、沸騰溢出電路設計 16 2.3.1 缺水、沸騰溢出電路的作用及組成 16 2.3.2 缺水、

7、沸騰溢出電路工作原理 17 2.4 報警電路設計 18 2.4.1報警電路的作用 18 2.4.2 報警電路的設計 18 2.4.3 報警電路的工作原理 19 2.5 磨漿及加熱電路設計 19 2.5.1 磨漿電路的作用 19 2.5.2 加熱電路的作用 19 2.5.3 磨漿及加熱電路的設計 19 2.5.4 磨漿及加熱電路的工作原理 20 2.6 電源電路設計 21 2.6.1 電源的作用及組成 21 2.6.2 電源技術指標 22 2.6.3 整流二極管、變壓器容量的計算與選擇 22 2.6.4 穩(wěn)壓器的選用 22 2.6.5 電源工作原理 25 第3

8、章 系統(tǒng)組成及工作原理 26 3.1 系統(tǒng)組成 26 3.2 系統(tǒng)工作原理 27 第 4 章 程序設計 28 4.1 程序流圖 28 4.2 程序設計 30 第 5 章 產品制作與調試 32 5.1 PCB板設計 32 5.2 元器件檢測與元器件項目表 34 5.2.1 元器件檢測 34 5.2.2元器件項目表 36 5.3 產品安裝 36 5.4 產品調試 38 結 論 39 參 考 文 獻 40 致 謝 41 附錄一 主電路電氣原理圖 42 附錄二 PCB板布局圖 43 附錄三 PCB板圖 44 附錄

9、四 PCB板裝配圖 45 摘 要 單片機控制系統(tǒng)抗干擾能力強，安全可靠。電路方面用繼電器隔離強電和弱電，為了避免加熱器感應電對缺水檢測和沸騰溢出檢測的干擾，參考地電極PG不直接接地，而是經R10（100Ω）接地；系統(tǒng)的內部程程序穩(wěn)定。為了防止加熱器干熱，在主程序和子程序中，不斷檢測是否缺水，一旦缺水，關閉馬達或加熱器，并發(fā)出報警聲。報警程序為多警聲輸出，接通電源時，發(fā)出“滴…，滴，滴”，便于區(qū)分工作狀態(tài)。 經反復測試表明,該家用豆?jié){機使用方便。它能夠對按鍵操作命令和無水干燒、加熱溢出等現象實時做出判斷和響應，整個工作過程流暢順利，它的運行達到了最初的設計要求。由于整個工作過程

10、完全采用程序控制,可根據不同的硬件和要求,很容易通過調整相關的指令和時間常數等,實現最佳的運行效果。 關鍵詞：單片機 程序控制 Abstract Single-chip microcomputer control system anti-interference ability is strong, safe and reliable. Circuit aspects with relay isolation and high voltage electricity, in order to avoid electric water h

11、eater induction of testing and boiling the interference of overflow detection, reference to electrode PG not directly grounded, but the R10 (100 Ω) grounding; System's internal process procedure stability. In order to prevent the heater dry heat, in the main program and the subroutine, and const

12、antly check whether a shortage of water, once a shortage of water, close motor or heater, and issued a warning of sound. Alarm program which is p sound output, connect the power supply, send out "drip drip, drip...,", easy to distinguish between working state. After the repeated tes

13、t show that the household DouJiangJi easy to use. It is able to command and key operate without water, heating dry and overflow the phenomenon such as real-time judge and response, the whole process smooth and fluent, its operation achieved the design requirements. Because the whole process complete

14、ly using program control, according to different hardware and requirements, it is easy to adjust the instructions and related by the time constant, achieve the best effect of operation. Key word: Single-chip microcomputer , Program control 第 1 章 設計思路與方案 1.1 設計思路 由于以前的豆?jié){機，磨漿要過濾豆渣，豆?jié){熬

15、煮也要自己動手，還要特別注意豆?jié){溢鍋的問題，程序繁瑣麻煩，給人們帶來不便，針對這些情況擬定開發(fā)家用豆?jié){機全自動控制電路裝置。 家用豆?jié){機全自動控制裝置是在單片機的程序控制下進行工作的。打漿時，插上電源插頭，接通電源, 直接按“啟動”鍵，控制電路控制豆?jié){機工作。先給黃豆加熱，并由傳感器檢測溫度，當溫度達到75度左右時，停止加熱。啟動磨漿電機開始磨漿，磨漿電機按間歇方式打漿：運轉20秒后停止轉運，間歇10秒后再啟動打漿電機，如此循環(huán)進行打漿５次。磨漿完后，開始對豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達到一定值時，豆?jié){上溢。當豆?jié){沫接觸到防溢電極時，停止加熱，間歇20秒后再開始加熱，如此循環(huán)16次，豆?jié){加工完成，間歇

16、10秒后發(fā)出音響信號。 1.2 方案設計 方案1：此方案由單片機、傳感器、加熱電路、磨漿電路、報警電路組成。如圖1.1所示其工作原理是先加熱，加熱到一定溫度后，開始磨漿，磨漿完后，磨漿停止，又開始加熱即煮沸后，立即停機，報警提示。 磨漿電路 傳感器 加熱電路 單 片 機 報警電路 圖 1.1 方案1設計框圖 方案2：此方案由單片機、傳感器、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電路、加熱控制電路、報警電路等組成。如圖1.2所示其工作原理是豆?jié){機加電后直接按“啟動”鍵，控制電路控制豆?jié){機進行加熱，當溫度達到75度左右時，停止加熱，開始打漿；打漿

17、電機按間歇方式打漿：運轉20秒后停止轉運，間歇10秒后再啟動打漿電機，如此循環(huán)進行打漿５次。打漿結束后開始對豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達到一定值時，豆?jié){上溢。當豆?jié){沫接觸到防溢電極時，停止加熱，間歇20秒后再開始加熱，如此循環(huán)16次，豆?jié){加工完成，間歇10秒后發(fā)出音響信號。 單 片 機 加熱電路 缺水、沸騰溢出電路 磨漿電路 傳感器 報警電路 功能電路 圖1.2 方案2設計框圖 1.3 方案論證 方案一如圖1.1所示，由單片機、傳感器、加熱電路、磨漿電路、報警電路組成。工作過程是，先將黃豆放入豆?jié){機的攪拌器濾網內，攪拌壺內倒入適量的水，裝好攪

18、拌機。接上電源，按下“加熱”鍵，開始加熱，加熱到一定溫度后，開始磨漿，磨漿結束后,又加熱直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出柔和的報警聲，提示豆?jié){已做好。其缺點是：沒有檢缺水、沸騰溢出。 方案二如圖1.2所示, 由單片機、傳感器、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電路、加熱控制電路、報警電路等組成。先將黃豆放入豆?jié){的攪拌器濾網內,攪拌壺內倒入適量的水,裝好攪拌機。接上電源，蜂鳴器長鳴一聲，提示已接通電源，指示燈LED亮，處于待命狀態(tài)。按下全自動啟動鍵START，開始加熱，溫度達到75度時，停止加熱；攪拌馬達運轉，將黃豆粉碎，豆?jié){過濾，然后馬達停轉，又開始加熱，直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出報警聲，提

19、示豆?jié){已做好。若豆?jié){較長時間沒喝而變涼，按下再加熱鍵HEAT，加熱至沸騰后，停止加熱，發(fā)出報警聲。若缺水，則關閉加熱器和馬達，按任何鍵不響應，并發(fā)出急促的報警聲,直到關閉電源，加好水后才能工作。 進行論證后,我選擇第二方案。其原因是:(1)加工方式是全自動。（2）粉碎黃豆前加熱可以提高工作效率；縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰時間，防止粉碎后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現象。 第 2 章 單元電路設計 2.1 傳感器的設計與選用 2.1.1 傳感器的作用及組成 傳感器一般由敏感元件、傳感元件、測量

20、電路和輔助電源四部分組成，如圖2.1所示。在工業(yè)生產自動化過程中，檢測、監(jiān)視和控制溫度、壓力、流量、液位、PH等參數，以便設備工作在最佳狀態(tài)，成本消耗最低，產品質量最高，同時，在生產過程中將各個環(huán)節(jié)的參數轉為電信號，并與計算機接口，實現生產自動化。 圖2.1 傳感器組成方框圖 敏感元件 傳感元件 測量電路 輔助電源 被測 非電量 電量 2.1.2 傳感器設計與選用 (1) 傳感器的設計 家用豆?jié){機的串勵電機工作轉速可達到12Kr/S左右,大約一分鐘時間便可將豆粒徹底粉碎。但由于該電機不可長時間連續(xù)運轉,為了提高工作效率,粉碎前需要將水溫加熱至75度左右,所以需要設計傳

21、感器來作測溫計。 在一定溫度范圍內，半導體材料的電阻RT和絕對溫度T的關系可表示為 （2.2） 其中常數a不僅與半導體材料的性質而且與它的尺寸均有關系，而常數b僅與材料的性質有關。常數a、b可通過實驗方法測得。例如，在溫度T1時測得其電阻為RT1 （2.3） 在溫度T2時測得其阻值為RT2 （

22、2.4） 將以上兩式相除，消去a得 再取對數，有 （2.5） 把由此得出的b代入（2.3）或（2.4）式中，又可算出常數a，由這種方法確定的常數a和b誤差較大，為減少誤差，常利用多個T和RT的組合測量值，通過作圖的方法（或用回歸法最好）來確定常數a、b，為此取（2.2）式兩邊的對數。變換成直線方程： 　 （2.6） 或寫作

23、 　 （2.7） 式中，然后取X、Y分別為橫、縱坐標，對不同的溫度T測得對應的RT值，經過變換后作X～Y曲線，它應當是一條截距為A、斜率為B的直線。根據斜率求出b，又由截距可求出a＝eA。 確定了半導體材料的常數a和b后，便可計算出這種材料的激活能E＝bK（K為玻耳茲曼常數）以及它的電阻溫度系數 （2.8） 顯然，半導體熱敏電阻的溫度系數是負的，并與溫度有關。 熱敏電阻在不同溫度時的電阻值，可用惠斯通電橋測得。 半導體熱敏電阻是一種新型的測溫元件，它的電阻—溫度特性曲線如圖2.9所示，可以看出其

24、阻值隨溫度升高而很快減小，用它來設計測溫計或傳感器是很靈敏的。 圖2.9 溫度特性曲線 為了用它來制作測溫計，首先要測定它的電阻—溫度特性。這里介紹一種簡單測試方法。 ① 取熱敏電阻，如型號是RRC6型的小型熱敏電阻，按圖2.10所示的結構，焊上引線，套上一段塑料套管，再把它浸在熔化的石蠟鍋里浸蠟封口。 圖2.10 熱敏電阻 ② 把上述熱效電阻接在圖2.11所示的電橋臂中，圖中檢流計用50微安的微安表，R3為電阻箱，取R1＝R2≈4KΩ，毫安表量程可取5毫安。 圖2.11 ③ 把熱效電阻放在如圖2.14所示的熱水瓶中，瓶中開始放冰水混合物，用0．2℃分度值的

25、水銀溫度計測量水溫。 圖2.14 ④ 接通電橋電源，調節(jié)W，使毫安表讀數不大于1毫安，再調節(jié)R3，使電橋平衡，測出對應溫度下熱敏電阻的阻值。 ⑤ 逐步提高水溫，測出不同溫度下的熱敏電阻阻值。 圖2.15 伏安特性 順便說一下，為什么測量時電橋干路中的電流不能超過一定值，這是由于熱敏電阻伏安特性決定的。熱敏電阻在同一室溫下的伏安特性如圖2.15所示。為什么當電流I上升到一定值后，它兩端的電壓U反而下降，這是由于通過熱敏電阻的電流過大使它本身發(fā)熱造成的（自熱）。設計熱效電阻溫度計應避免它進入特性的這一階段（稱為負阻段）。 設計熱敏電阻溫度計的電路如圖2.16所示。取R2＝R3，

26、R1值等于測溫范圍最低溫度（0℃）時熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測溫范圍最高溫度（100℃）時熱敏電阻的阻值。測量時首先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在RT端，如果在0℃時，RT＝R1，R3＝R2，電橋平衡，微安表指示為零。溫度越高，RT值越小，電橋越不平衡，通過表頭的電流也就越大。這樣就可以用通過表頭的電流來表征被測溫度的高低。 圖2.16 熱敏電阻溫度計的電路圖 (2) 傳感器的選用 要測量壺中水的溫度,需要體積小的溫度計。而熱敏電阻傳感器的結構簡單,體積小,電阻率高,熱慣性小,所以選用它作為家用豆?jié){機的測溫計。 2.1.

27、3 傳感器的工作原理 金屬導電是靠自由電子在電場作用下作定向運動,當溫度升高時,自由電子的數目基本不增加,只有自由電子雜亂無章的動能增加了。因此,在一定電場作用下,使自由電子作定向運動就會遇到更大的阻力,即電阻值增加了。而半導體參加導電的是載流子(為自由電子和空穴兩種異性電荷),由于半導體中的載流子數目要比原子的數目少幾千倍到幾萬倍,相鄰自由電子之間的距離是原子之間距離的幾十倍到幾百倍,所以在一般情況下它的電阻值很大。當溫度升高時,半導體中更多的價電子獲得熱能而激發(fā),掙脫核束縛成為載流子,因而參加導電的載流子數目增加了,所以,半導體的電阻值隨溫度升高而急劇減小,且按指數規(guī)律下降,呈非線性。

28、 2.2 單片機處理電路的設計及選用 2.2.1 單片機處理電路的設計 隨著科學技術的不斷發(fā)展，采用單片機控制的產品已經十分普遍，涉及的領域也十分廣泛。在家電領域中，如豆?jié){機,它以單片機為核心，在單片機控制下,完成從加熱到磨漿再到加熱燒開的過程，都不需要人工操作。采用模糊控制的控制理念，使豆?jié){機具有智能控制功能，而贏得市場的認同。如圖2.17所示 圖2.17 單片機機處理電路圖 2.2.2 單片機的選用 單片機種類較多，使用較多的是MCS-51系列。但美國Zilog公司的Z8系列單片機新穎、品種多，特別適合-家電智能化和更新換代。Z8具有下列主要特點：1）多累加器的結構。內部RA

29、M128字節(jié)或256字節(jié)單元均可作為累加器使用，方便了軟件的編寫，減少了軟件的長度，提高了內存的利用率。2）端口3的一些引腳可通過軟件接通內部的模擬器，可用于過零檢測、A/D轉換。3）矢量中斷。4）有看門狗，提高抗干擾能力。 我選用Z86E02單片機，內含512字節(jié)ROM，128字節(jié)RAM，18引腳，體積小，價格廉，特別適合小家電智能控制。 2.2.3單片機的作用及組成 單片機控制家用豆?jié){機完成了從加熱、打漿、再加熱、報警整個工序，減少人們的繁瑣操作和勞動程度。它由時鐘OSC、中央處理器CPU、程序存儲器ROM、數字存儲器RAM、內部總線、各種I/O、定時器/計算器CTC等組成。

30、2.2.4 單片機的結構、引腳及功能 (1) 單片機結構 Z86E02單片機引腳功能圖 (2) 單片機的引腳 Table 1. 18-Pin Standard Mode Identification Pin # Symbol Function Direction 1-4 P24-P27 Port 2, Pins 4, 5, 6, 7 In/Output 5 V CC Power Supp

31、ly 6 XTAL2 Crystal Oscillator Clock Output 7 XTAL1 Crystal Oscillator Clock Input 8 P31 Port 3, Pin 1, AN1 Input 9 P32 Port 3, Pin 2, AN2 Input 10 P33 Port 3, Pin 3, REF Input 11-13 P00-P0

32、2 Port 0, Pins 0, 1, 2 In/Output 14 GND Ground 15-18 P20-P23 Port 2, Pins 0, 1, 2, 3 In/Output (3) 單片機的功能 Z86E02單片機內部功能 2.3 缺水、沸騰溢出電路設計 2.3.1 缺水、沸騰溢出電路的作用及組成 (1) 缺水、沸騰溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來控制家用豆?jié){機缺水時干燒和沸騰溢出等問題。 (2) 缺水、沸騰溢出電路由碳膜濕敏傳感器、單片機和電阻組成。其

33、碳膜濕敏傳感器形狀如圖2.18所示 電極 基片 溫度膜 圖2.18 碳膜濕敏傳感器形狀 在絕緣的聚苯乙烯基片上制備兩個電極,然后在電極之間噴涂一層含有碳粉粒的有機膠狀纖維素濕膜,便構成了碳膜濕敏傳感器。濕敏膜主要由直徑約為3.5um的碳粉粒、隨溫度穩(wěn)定的水溶性纖維乙醚粘合劑、濕潤性可塑劑、分散劑等組成。碳粉粒主要用來構成連接兩電極的導電網；粘合劑用來固定碳顆粒；可塑劑用來增強粘合劑的親水性；分散劑用來使碳顆粒均勻分散。 當濕敏膜吸濕后發(fā)生膨脹,由于體積增大使碳顆粒的密度降低,碳顆粒間距增加,造成電阻值增大；干燥時,濕敏膜脫水收縮,碳顆粒間距縮小,又使電阻變小。 2.3.2

34、缺水、沸騰溢出電路工作原理 缺水、沸騰溢出檢測原理如圖2.19所示。PG是裝在豆?jié){機攪拌壺底的參考地電極，經R10（100Ω）接地。PW是裝在攪拌壺中部的缺水檢測電極，PF是裝在攪拌壺頂部的沸騰溢出檢測電極。正常工作時，PW和PG被水淹沒，PW和PG之間電阻較大，與R7、R6共同對+5V分壓，P3.1得到比P3.3高的電壓,比較器1輸出高電平。缺水時，PW露出水面，和PG之間電阻很小，與R7、R6共同對+5V分壓，P3.1得到比P3.3低的電壓,比較器1輸出低電平。用軟件檢測比較器1的輸出電平，便知是否缺水。 用同樣方法檢測豆?jié){是否沸騰溢出。豆?jié){沸騰之前，電極PF遠離水面

35、，PF和PG之間電阻很小，與R9、R8共同對+5V分壓，P3.2得到比P3.3低的電壓,比較器2輸出低電平。豆?jié){沸騰時，泡沫淹沒PF，和PG之間電阻大，與R9、R8共同對+5V分壓，P3.2得到比P3.3高的電壓，比較器2輸出高電平。用軟件檢測比較器2的輸出電平，便知豆?jié){是否沸騰溢出。 圖2.19 缺水、沸騰溢出檢測電路 2.4 報警電路設計 2.4.1報警電路的作用 報警電路的作用是通過蜂鳴器發(fā)出聲音信號，提醒主人豆?jié){以經煮好了。 2.4.2 報警電路的設計 聲音信號電流從單片機的P2.4腳輸入到三極管T4，使功率放大，以驅動蜂鳴器

36、B2發(fā)出聲音。報警電路如下圖2.20所示 圖2.20 報警電路圖 2.4.3 報警電路的工作原理 報警電路由單片機Z86E02、電阻R4、三極管T4與蜂鳴器B2組成。通過事先編寫的程序，在單片機的控制下，系統(tǒng)開始工作，當加熱完成后，單片機P2.4腳自動輸出一個高電平,通過電阻R4使三極管T4飽和導通,于是蜂鳴器B2發(fā)出報警聲音,提醒主人加熱完成。 2.5 磨漿及加熱電路設計 2.5.1 磨漿電路的作用 磨漿電路的作用是通過電機，把黃豆攪拌成粉沫。 2.5.2 加熱電路的作用 加熱電路的作用是通過加熱管，把攪拌成粉沫的黃豆以經煮熟。 2.5.3 磨漿及加熱電路的設計

37、 單片機輸出電流經三極管放大，來驅動繼電器閉合，使電機轉動，把東西攪拌成粉粒。同理，使加熱管發(fā)熱把東西煮熟。磨漿及加熱電路圖如圖2.21所示 圖2.21 磨漿及加熱電路圖 2.5.4 磨漿及加熱電路的工作原理 磨漿及加熱電路由繼電器K1、K2，三極管T2、T3，電阻R15、R16、電容C6、C7以及二極管D1，單片機Z86E02組成。當按下加熱鍵HEAT時，賦給P0.0一個低電平，軟件檢測到P0.0變?yōu)榈碗娖胶?賦給單片機P2.6腳一個高電平,使三極管T2飽和導通,電流流過繼電器K1,使K1閉合,于是電機得電開始打漿。在系統(tǒng)程序的控制下,打漿機按間歇方式打漿。電機運轉20秒后,單片機

38、P2.6腳變?yōu)榈碗娖?使三極管T2截止,繼電器K1斷開,電機停止打漿,間歇10秒后,單片機P2.6腳又恢復為高電平,從而繼續(xù)驅動電機工作。如此循環(huán)5次后打漿結束,單片機P2.5腳變高電平,使三極管T3飽和導通,從而讓繼電器K2閉合,電阻絲R(HEAT)得電開始對豆?jié){加熱。當豆?jié){溫度加熱到75度時,單線數字溫度傳感器DS1820將溫度信號傳給單片機,單片機檢測到這個信號時,使P2.5腳變?yōu)榈碗娖?三極管T3截止,繼電器K2斷開,電阻絲停止加熱。 2.6 電源電路設計 電源是各種電子設備必不可少的組成部分,其性能的優(yōu)劣直接關系到電子設備的技術指標以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分

39、線性電源和開關電源兩大類。隨著集成電路飛速發(fā)展,穩(wěn)壓電路也迅速實現集成化,市場上已有大量生產各種型號的單片機集成穩(wěn)壓電路。它和分立的晶體管電路比較,具有很多突出的優(yōu)點,主要體現在在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運行速度快，且調試方便、使用靈活，易于進行大量自動化生產。 2.6.1 電源的作用及組成 (1) 電源的作用 各種電子電路都要求用穩(wěn)定的直流電源供電，由整流濾波電路可輸出較為平滑的直流電壓，但當電網電壓波動或負載改變時，將會引起輸出端電壓改變而不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，濾波電路的輸出電壓還應經穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓。 (2) 電源的組成 電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路

40、、穩(wěn)壓電路組成。穩(wěn)壓電源的組成方框圖如圖2.22所示。 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電源 圖2.22 穩(wěn)壓電源的組成方框圖 ① 電源變壓器：將電網提供的220V交流電壓轉換為各種電路設備所需的交流電壓。 ② 整流電路：利用單向導電器件將交流電轉換成脈動直流電路。 ③ 濾波電路：利用儲能元件（電感或電容）把脈動直流電轉換成比較平坦的直流電。 ④ 穩(wěn)壓電路：利用電路的調整作用使輸出電壓穩(wěn)定的過程稱為穩(wěn)壓。 2.6.2 電源技術指標 輸入電壓 AC 220V 輸出電壓 DC 5V 輸出電流 I0

41、 1A 2.6.3 整流二極管、變壓器容量的計算與選擇 據整流原理，因為Uo=0.9U2則可以得到U2=Uo/0.9=5V/0.9≈5.56V 。再考慮到變壓器、繞阻損耗(壓降)和整流二極管的壓降,在工程中必須再在上述基礎上增加5%，即U2=5.56×(1+5%)≈5.83V，整流二極管的承受最大的反向電壓UD1=21/2U2≈8.24V,同理,UD2=21/2U2≈8.24V因為穩(wěn)壓器的最大電流是3A,所以流過二極管的最大電流ID1=1/2Ii=0.75A ID2=0.75A; 綜上所序,D1中的四個二極管的耐壓值至少為8.24V,允許流過的最大電流為0.75A；D

42、2中的四個二極管的耐壓值至少應該為8.24V,允許流過的最大電流為0.75A。 由于變壓器輸入的電壓是220V，而副線圈輸出的電壓是12V，故有N=U1/U2=220/12=18.1 由于線圈匝數比只能為一個整數，因此匝數比取18。變壓器副邊的有效值：I2= 1.11×1.5=1.67A。變壓器的容量：S=UI=5.83×1.67=9.74 W。 2.6.4 穩(wěn)壓器的選用 嵌入式控制系統(tǒng)的MCU一般都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作。而設計者多習慣采用線性穩(wěn)壓器件（如78xx系列三端穩(wěn)壓器件）作為電壓調節(jié)和穩(wěn)壓器件來將較高的直流電壓轉變MCU所需的工作電壓。這種線

43、性穩(wěn)壓電源的線性調整工作方式在工作中會大的“熱損失”（其值為V壓降×I負荷），其工作效率僅為30%～50%。加之工作在高粉塵等惡劣環(huán)境下往往將嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)置于密閉容器內的聚集也加劇了MCU的惡劣工況，從而使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變得更差。 而開關電源調節(jié)器件則以完全導通或關斷的方式工作。因此，工作時要么是大電流流過低導通電壓的開關管、要么是完全截止無電流流過。因此，開關穩(wěn)壓電源的功耗極低，其平均工作效率可達70%～90%。在相同電壓降的條件下，開關電源調節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的“熱損失”。因此，開關穩(wěn)壓電源可大大減少散熱片體積和PCB板的面積，甚至在大多數情況下

44、不需要加裝散熱片，從而減少了對MCU工作環(huán)境的有害影響。    采用開關穩(wěn)壓電源來替代線性穩(wěn)壓電源作為MCU電源的另一個優(yōu)勢是：開關管的高頻通斷特性以及串聯濾波電感的使用對來自于電源的高頻干擾具有較強的抑制作用。此外，由于開關穩(wěn)壓電源“熱損失”的減少，設計時還可提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓，這有助于提高交流電壓抗跌落干擾的能力。 LM2576系列開關穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件（如78xx系列端穩(wěn)壓集成電路）的替代品，它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅動能力，從而為MCU的穩(wěn)定、可靠工作提供了強有力的保證。 LM2576系列開關穩(wěn)壓集成電路的主要特性如

45、下： (1) 最大輸出電流：3A； (2) 最高輸入電壓：LM2576為40V，LM2576HV為60V； (3) 輸出電壓：3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可調）等可選； (4) 振東頻率：52kHz； (5) 轉換效率：75%～88%（不同電壓輸出時的效率不同）； (6) 控制方式：PWM； (7) 工作溫度范圍：-40℃ ～ +125℃ (8) 工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制； (9) 工作模式控制：TTL電平兼容； (10) 所需外部元件：僅四個（不可調）或六個（可調）； (11) 器件保護：熱關斷及電流限制； (12) 封裝形式：TO-220

46、或TO-263。 LM2576內部包含52kHz振蕩器、1.23V基準穩(wěn)壓電路、熱關斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內部穩(wěn)壓電路等。為了產生不同的輸出電壓，通常將比較器的負端接基準電壓（1.23V），正端接分壓電阻網絡，這樣可根據輸出電壓的不同選定不同的阻值，其中R1=1kΩ（可調-ADJ時開路），R2分別為1.7 kΩ（3.3V）、3.1 kΩ（5V）、8.84 kΩ（12V）、11.3 kΩ（15V）和0（-ADJ），上述電阻依據型號不同已在芯片內部做了精確調整，因而無需使用者考慮。將輸出電壓分壓電阻網絡的輸出同內部基準穩(wěn)壓值1.23V進行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制內部振

47、蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。 由LM2576構成的基本穩(wěn)壓電路僅需四個外圍器件，其電路如圖2.23所示。 圖2.23 穩(wěn)壓器電路原理框圖 電感L1的選擇要根據LM2576的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負載電流等參數選擇，首先，依據如下公式計算出電壓·微秒常數（E·T）： E·T=（Vin - Vout）×Vout/ Vin×1000/f   (1) 上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓、Vout是LM2576的輸出電壓、?是LM2576的工作振蕩頻率值（52kHz）。  該電路中

48、的輸入電容C2一般應大于或等于100μF，安裝時要求盡量靠近LM2576的輸入引腳，其耐壓值應與最大輸入電壓值相匹配。而輸出電容C1的值應依據下式進行計算（單位μF）： C≥13300 Vin/ Vout×L （2） 上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓、Vout是LM2576的輸出電壓、L是經計算并查表選出的電感L1的值，其單位是μH。電容C鐵耐壓值應大于額定輸出電壓的1.5～2倍。對于5V電壓輸出而言，推薦使用耐壓值為16V的電容器。 二極管D1的額定電流值應大于最大負載電流的1.2倍，考慮到負載短路的情況，二極管的額定電流值應大于LM2576的最大電流限制。二極管的

49、反向電壓應大于最大輸入電壓的1.25倍。 Vin的選擇應考慮交流電壓最低跌落值（Vac-min）所對應的LM2576輸入電壓值及LM2576的最小輸入允許電壓值Vmin(以5V電壓輸出為例，該值為8V)，因此，Vin可依據下式計算： Vin≥（220Vmin/Vac-min） 如果交流電壓最低允許跌落30%（Vac-min=154V）、LM2576的電壓輸出為5V（Vmin=8V），則當Vac=220V時，LM2576的輸入直流電壓應大于11.5V，通?？蛇x為12V。 2.6.5 電源工作原理 整個電源電路如圖2.24所示。接通電源后,220V交流電源經變壓器T1降壓,得到+12V的

50、交流電壓,再經過整流濾波電路，得到+12V的直流電壓,又經穩(wěn)壓器LM2576輸出+5V電壓給單片機供電。 圖2.24 電源電路圖 第3章 系統(tǒng)組成及工作原理 3.1 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)主要由由穩(wěn)壓電源、Z86E02單片機、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電路、加熱控制電路、報警電路等組成。如圖3.1所示 圖3-1 豆?jié){機全自動控制電路圖 3.2 系統(tǒng)工作原理 電路由Z86E02單片機控制,全自動制漿時,插上電源插頭,接通電源。220V交流電源經變壓器T1降壓，得到+12V的電壓，給繼電器JM、JH和

51、報警蜂鳴器B1供電。穩(wěn)壓器輸出+5V電壓給單片機。 Z86E02振蕩頻率為4MHz，有P0、P2、P3三個輸入輸出端口。P0口作為按鍵。P0.0接加熱鍵HEAT，P0.1接全自動啟動鍵START。鍵未按下時，P0.0、P0.1分別由電阻R13、R14拉成為高電平（+5V），當START鍵或HETA鍵按下時，P0.0或P0.1變?yōu)榈碗娖?軟件不斷檢測P0.0和P0.1電平，便知道哪個鍵被按下，執(zhí)行相應的控制動作。 Z86E02的P2.4輸出報警信號，經三極管T4放大，驅動蜂鳴器B2報警。P2.5輸出加熱信號，經三極管T3放大，驅動繼電器JH閉合，控制加熱器R（HEAT）加熱。P2.6輸出馬達

52、驅動信號，經三極管T2放大，驅動繼電器JM閉合，控制馬達M運轉。為了避免繼電器開關斷開時拉弧，分別在JH、JM開關兩端并接RC吸收元件。 P3口為輸入口，內有兩個模擬比較器，其中P3.3為比較器的參考電壓端，由R11、R12對+5V分壓提供，接比較器的反向輸入端。P3.1為缺水檢測輸入端，P3.2為沸騰溢出檢測輸入端，分別接比較器的正向輸入端。 杯內加水不夠時，PW沒被水淹沒，PW和PG之間電阻較大，這時單片機得到高電平，加熱器、馬達均不工作。當水位正常時，控制電路控制豆?jié){機進行加熱，當溫度達到75度左右時，單線數字溫度傳感器DS1820,可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供單片機處理。單

53、片機控制停止加熱，并輸出馬達驅動信號，經三極管放大，驅動繼電器閉合，控制馬達運轉打漿；打漿電機按間歇方式打漿：運轉20秒后停止轉運，間歇10秒后再啟動打漿電機，如此循環(huán)進行打漿５次。打漿結束后開始對豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達到一定值時，豆?jié){上溢，泡沫淹沒PF，和PG之間電阻小，單片機得到低電平，馬上停止加熱，間歇20秒后再開始加熱，如此循環(huán)16次，豆?jié){加工完成，間歇10秒后發(fā)出音響信號。 第 4 章 程序設計 4.1 程序流圖 主程序流圖如圖4.1所示。接上電源，蜂鳴器長鳴一聲（滴――，約1秒鐘），提示已接通電源。調缺水檢測子程序，若缺水，則急促報警（滴，滴…），若有水，則檢測全自動

54、啟動按鍵START是否按下，若按下，則處理START程序；若沒按下，則檢測加熱鍵HEAT是否按下，若HEAT鍵按下，則處理HEAT程序，若沒按下，則返回缺水檢測程序，循環(huán)進行。 開始 上電報警 調測水程序 START鍵按下了嗎？ HEAT鍵按下了嗎？ 調START程序 調HEAT程序 Y Y N N 圖4.1 主程序流圖 全自動啟動鍵START程序流程如圖4.2所示。接通攪拌馬達電源，運轉20秒，停10秒，共5次，保證馬達間歇工作。然后關閉馬達，調缺水檢測子程序，若缺水，則急促報警，關閉馬達；若有水，加熱器通電加熱。檢測是否沸騰溢出，若沒有沸騰溢出，則返回缺

55、水檢測程序，若不缺水，繼續(xù)加熱；若沸騰溢出，溢出小于16次，則加熱停止20秒，避免豆?jié){繼續(xù)溢出；然后缺水檢測程序，不缺水時，再加熱。若沸騰溢出達到16次，即第一次沸騰后，間斷地加熱約5分鐘，保證豆?jié){完全煮熟。最后發(fā)出“滴－，滴，滴”周期性柔和的雙音報警，提示工作完畢，豆?jié){已做好。 馬達運轉20S停10S，共5次 調檢水程序 加熱器通電 沸騰溢出嗎 溢出16次嗎 關加熱器平緩報警 關加熱器20S Ｎ Ｎ Ｙ Ｙ 圖4.2 START程序流程圖 加熱鍵HEAT程序流程如圖4.3所示，先調缺水檢測程序，若缺水，則報警，關加熱器；若有水，加熱器通電加熱，檢測是否沸騰溢

56、出。若沒有沸騰溢出，則返回檢測是否缺水，不缺水，繼續(xù)加熱；若沸騰溢出，然后發(fā)出“滴－，滴，滴”周期性的雙音報警，提示加熱完畢。 調檢水程序 加熱器通電 沸騰溢出嗎 關加熱器平緩報警 Ｙ Ｎ 圖４.３ HEAT程序流程圖 4.2 程序設計 (1) 主程序: ORG 0000H AJMP MAIN · ORP 200H MAIN: ORL P2.4, #03H MOV A， P2.4 LCALL AD

57、 ;調測水程序 JC START ; 判斷START按下了嗎? JNZ START ;有鍵按下 LCALL START ;調START程序 JC HEAT ; 判斷HEAT按下了嗎? JNZ HEAT ;有鍵按下 LCALL HEAT

58、 ; 調HEAT程序 SJMP MAIN (2) START子程序: START：MOV A, START LCALL D20S ；調運轉20S子程序 LCALL D10S ；調停10S子程序 LCALL FLASA5 ；調5次子程序 LCALL AD ；調測水程序

59、 MOV A, P2.5 JC K ；判斷沸騰溢出 JNZ K ；有沸騰溢出則轉移 LCALL AD LCALL FLASA16 ；調沸騰溢出16次子程序 JC FLASA16 ；判斷有16次了嗎? JNZ FLASA16

60、 ；有16次則轉移 MOV IE , P2.5 ；關加熱器 LCALL DELAY ；調加熱器子程序 MOV IE, P2.5 JNB FH, TT ；等待20S DJN 20H, TT ；判20S定時到否 SETB FH ；20S到標志

61、 LCALL AD (3) HEAT子程序： HEAT：MOV A, HEAT LCALL AD ；調檢水程序 MOV A, P2.5 JC K ；判斷沸騰溢出 JNZ K ；有沸騰溢出則轉移 MOV IE, P2.5 MOV A, P2.4

62、LCALL AD ；沒沸騰溢出則調檢水程序 第 5 章 產品制作與調試 5.1 PCB板設計 印刷電路板(PCB)是電子產品中電路元件和器件的支掌件。它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電子技術的飛速發(fā)展，PCB設計的好壞對抗干擾能力影響很大。 要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導線的布設很重要。為了設計質量好、造價低的PCB，應遵循以下的一般性原則。 (1) 布局 首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；尺寸過小時，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定

63、特殊元件的位置。最后，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。 在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則： ① 盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。 ② 某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。 ③ 重量超過15g的元器件，應當用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發(fā)熱元件。 ④ 對于電位器、可

64、調電感器、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節(jié)，應放在印制板上方便調節(jié)的地方；若是機外調節(jié)，其位置要與調節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應。 ⑤ 應留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。 根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則： ① 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。 ② 以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB板上。盡量減少和縮短各個元器件之間的引線和連接。 ③ 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般

65、電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但壯觀，而且裝焊容易，易于批量生產。 ④ 位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形，長度比為3：2或4：3。電路板面尺寸大于200mm×150mm時，應考慮電路板所受的機械強度。 (2) 布線 布線應遵循以下原則： ① 輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。 ② 印制板導線的最小寬度主要，由導線與絕緣基板間的黏附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0.5mm、寬度為1～15mm時，通過2A的電流，溫度不會高于3℃。因此，導線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路

66、，尤其是數字電路，通常選0.02～0.3mm導線寬度。當然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數字電路，只要工藝允許，可使間距小于5～8mil。 ③ 印制導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，應盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀。這樣利于排除銅箔與基板間黏合劑受熱產生的揮發(fā)性氣體。 (3) PCB及電路抗干擾措施 ① 電源線設計 根據印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時

67、，使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。 ② 地線設計 ·正確選擇單點接地與多點接地 ·數字地與模擬地分開 ·接地線應盡量加粗 ·接地線構成閉環(huán)路 ③ 退耦電容配置 ·電源輸入端跨接10～100uF的電解電容器。如有可能，接100uF以上的電容更好。 ·原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01PF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每個4～8個芯片布置一個1～10PF的鉭電容。 ·對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接入退耦電容。 ·電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。