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河南工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 河南工業(yè)職業(yè)技術學院 畢 業(yè) 設 計 （論 文） 設計（論文）題目：基于單片機自動豆?jié){機控制電路設計 系 部 名 稱： 機電工程系　　　 學 生 姓 名： 李江奎　　　 專 業(yè)： 機電一體化技術 　 班 級： 0904　　　 學 號： 0202090413　　　 指 導 教 師： 王記昌　　　　 填表時間：2011年10月21日 畢業(yè)時間：2012年7月 目錄 摘要............................................................................................................................................................................................................ 第一章 緒論 3 1.1 設計目的和意義 1 1.2 設計原理 1 第二章 設計方案選定 1 2.1 設計思路 1 2.2 方案設計 1 2.3 方案論證 2 2.4 設計參數(shù)....................................................................................................................................................................................2 2.5 設計的主要目的和任務............................................................................................................................................................2 第三章 豆?jié){機控制系統(tǒng)的功能分析 3 3.1 控制系統(tǒng)的硬件分析 3 3.2 控制系統(tǒng)的軟件分析 3 第四章 豆?jié){機控制系統(tǒng)的硬件設計 4 4.1 電源電路設計 4 4.1.1 電源的作用 4 4.1.2 電源的組成 4 4.1.3 變壓器容量、整理二極管的計算與選擇.......................................................................................................................4 4.1.4 電源工作原理 5 4.1.5 橋式整流電路簡介 5 4.1.6 穩(wěn)壓器的選用 6 4.1.7 穩(wěn)壓器簡介 7 4.2 單片機的選用 8 4.2.1 單片機的簡介 8 4.3 溫度檢測電路的設計 10 4.3.1溫度傳感器DS18B20簡介 10 4.3.2 溫度傳感器DS18B20的測溫原理 12 4.3.3 DS18B20與單片機AT89C52的接口設計 14 4.4 加熱及打漿電路的設計 16 4.5防干燒及防溢出電路的設計 17 4.6 報警電路的設計 18 第五章 豆?jié){機控制系統(tǒng)的軟件設計 19 5.1 豆?jié){機控制系統(tǒng)的流程圖的設計 21 第六章 結論 22 致謝 23 參考文獻 24 附錄A 豆?jié){機控制系統(tǒng)原理圖 25 附錄B 豆?jié){機控制系統(tǒng)程序清單 26 摘要 論文針對：目前流行的智能豆?jié){機大都采用微電腦控制，只要啟動豆?jié){機，打漿、煮漿完全自動化，短短十幾分鐘就自動做好豆?jié){，既衛(wèi)生可靠，又快捷安全。 近年來計算機在社會上運用的越來越廣泛，同時大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得單片機的應用走向深入。單片機特別適合于與控制有關的系統(tǒng)，因為它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此，單片機越來越廣泛地應用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，再根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。 本文介紹了基于單片機的豆?jié){機的設計，詳細討論了它將軟硬件結合以實現(xiàn)豆?jié){機運行的過程，重點在豆?jié){機的磨漿、加熱電路，溫度傳感器。在文章的最后，給出了采用定時中斷方式實現(xiàn)的豆?jié){機的源程序。智能豆?jié){機開創(chuàng)全新時代，讓我們脫離手工，輕輕松松，在家小等15分鐘就能嘗到新鮮的豆?jié){。豆?jié){機的發(fā)展是日益更新，它的發(fā)展越來越更貼近人們的生活。人性化的設計，功能的成熟，讓它不僅僅只在廚房，更讓它在廳堂獨居一格，實現(xiàn)“出的廚房，入的廳堂”。 關鍵字：單片機，豆?jié){機，溫度傳感器，定時中斷，延時，方便，節(jié)能，環(huán)保。 27 第一章 緒論 1.1 設計目的和意義 豆?jié){機是一種新型的家用飲用機，以黃豆為原料，直接加工成熟的熱豆?jié){機。若在黃豆中配以芝麻、花生、杏仁等佐料，或者通過改變打漿、加熱的時間，可以做出不同種類的豆?jié){飲料。 豆?jié){機由粉碎黃豆的電機、豆?jié){機加熱器和控制電路三大部分組成。用單片機研制的全自動豆?jié){機的控制系統(tǒng)，當放入適量泡好的黃豆，加入適量的冷水，把豆?jié){機的電源插頭插入220V交流電源，豆?jié){機指示燈亮起，按下按鈕，先對豆?jié){機進行水位檢測，符合要求后電加熱管開始對水進行加熱，當水溫達到80℃左右，豆?jié){機停止加熱。啟動磨漿電機開始磨漿，磨漿電機按間歇方式打漿：運轉15秒后停止運轉，間歇5秒后再啟動打漿電機，如此循環(huán)5次。磨完漿后，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秒后在開始加熱，如此循環(huán)5次，豆?jié){加工完成，間歇10秒后發(fā)出音響信號。所以只要按下啟動按鍵并選擇功能后，豆?jié){機就開始工作，一會兒就能喝到美味又營養(yǎng)的豆?jié){。整個過程由單片機全自動控制，讓你用起來更加的方便、更加的安全。 1.2 設計原理 本設計原理如圖1所示 控制器 溫度傳感器 防溢電路 放干燒電路 時鐘電路 按鍵 加熱電路 電機 聲光報警 復位電路 圖1.1 控制系統(tǒng)首先通過電源電路對系統(tǒng)供電，其中溫度傳感器、防溢電路、放干燒電路、時鐘電路、復位電路、按鍵、均是輸入部分，聲光報警、電機、加熱電路均是輸出部分。通電后，加熱到80℃時停止加熱然后啟動電機，電機通過旋轉打豆，打豆完成之后，又通過加熱器加熱。其中復位電路是復位系統(tǒng)的，按鍵為工作功能選擇鍵。 第二章 設計方案選定 2.1 設計思路 由于以前的豆?jié){機，磨漿要過濾豆渣，豆?jié){熬煮也要自己動手，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80度左右時，停止加熱。啟動磨漿電機開始磨漿，運轉15秒后停止轉運，間歇5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。豆?jié){加工自動進入防溢延煮程序，豆?jié){加工完成后發(fā)出聲光報警信號。 2.2 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。 打漿電路 溫度傳感器 加熱電路 報警電路 表 2.1 方案一設計框圖 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80度左右時，停止加熱，開始打漿；打漿電機按間歇方式打漿：運轉15秒后停止轉運，間歇5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)5次，豆?jié){加工完成后發(fā)出聲光信號。 單片機 加熱電路 防干燒、防溢電路 打漿電路 溫度傳感器 報警電路 電源電路 表 2 .2 方案二設計框圖 2.3 方案論證 方案一如圖1.1所示，由單片機、電源電路、溫度傳感器、打漿電路、加熱電路、報警電路等組成。工作過程是，先將黃豆放入豆?jié){機的攪拌器濾網(wǎng)內，攪拌壺內倒入適量的水，裝好攪拌機。接上電源，按下“功能鍵”，開始加熱，加熱到一定溫度后，開始打漿，打漿漿結束后,又加熱直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出報警聲，提示豆?jié){已做好。其缺點是：沒有防干燒、防溢功能。 方案二如圖1.2所示, 由單片機、電源電路、溫度傳感器、放干燒電路電路、防溢電路、打漿電路、加熱電路、報警電路等組成。先將黃豆放入豆?jié){的攪拌器濾網(wǎng)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，開始加熱，溫度達到80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，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(xiàn)象。 2.4 設計參數(shù) 電機：5W 24V DC 它的主要作用是產(chǎn)生驅動轉矩，作為自動豆?jié){機的動力源 加熱器:500W 220V AC 安裝靈便、耐高溫、傳熱快、絕緣良好，采用智能控制模式，控溫精度高 加熱容器：1.25升 水的加熱是一個逐漸的過程，所以要考慮水每上升一個單元溫度時所溢出的量，同時考慮到家庭豆?jié){機所用容量，經(jīng)調查大部分為1.25升左右 電力供應;220V AC 一般的家用電壓都為220v 2.5 設計的主要目的和任務 通過對豆?jié){機的技術深入的研究，對豆?jié){機有了新的了解。豆?jié){機的核心技術是控制。豆?jié){機需主要抓住兩個環(huán)節(jié)，一是打磨，一是熬煮。針對國家對家電行業(yè)安全、環(huán)保、節(jié)能的要求需對豆?jié){機進一步的開發(fā)創(chuàng)新，以滿足廣大消費者的對豆?jié){機更方面、快捷、耐用、打出的豆?jié){好喝的需求。如何擺脫難清洗，不安全，噪音大等難克服的傳統(tǒng)問題？基于對生活的愛好，結合所學專業(yè)知識，本文開發(fā)一款多功能，節(jié)能環(huán)保，智能自動醇化，無網(wǎng)水果豆?jié){機。 據(jù)了解，目前豆?jié){機家庭普及率僅為3％左右，與電磁爐等小家電相比仍偏低，成長空間大。 　　面對如此市場潛力，帶動了國內豆?jié){機行業(yè)的投資熱。美的生活電器事業(yè)部已高調拋出龐大的擴產(chǎn)計劃，擬投資3億元建40條生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達3000萬臺，并把“2010年占據(jù)國內35％的市場份額”作為其市場目標。而九陽也斥巨資建設更加先進的豆?jié){機生產(chǎn)線，擴大產(chǎn)能。 　　據(jù)統(tǒng)計，目前全國已有上百家小家電企業(yè)加入了豆?jié){機制造的行列。粗略計算，國內豆?jié){機產(chǎn)能未來兩年內有望達到5000萬臺。 豆?jié){機的市場如次開闊，只有滿足消費者的要求，才能提高銷售業(yè)績，才能開拓新的領地?？傊覀円偨Y不足，不斷的追求創(chuàng)新，開發(fā)新的技術，才能獨占鰲頭。 本文在總結了傳統(tǒng)豆?jié){機優(yōu)缺點的基礎上，開發(fā)研制了新的一款豆?jié){機，它更符合廣大消費者的需求。是一款單機多能，節(jié)能環(huán)保，智能自動醇化，無網(wǎng)水果；在刀片上，采用仿螺旋漿結構，鋸齒狀外型，改革了豆?jié){機的加工方式，真正實現(xiàn)了磨豆?jié){，這樣讓豆?jié){的營養(yǎng)充分釋放，噪音更低；外觀采用仿生型，美觀大方更進一步貼近人們的生活。 第三章 豆?jié){機控制系統(tǒng)的功能分析 3.1 控制系統(tǒng)的硬件分析 硬件上豆?jié){機的控制系統(tǒng)首先需要有一個單片機芯片作為控制核心來控制它的工作過程，剛開始需要進行水位檢測，這就需要一個傳感器，為了減少成本，這里采用一個探針來代替?zhèn)鞲衅鞯氖褂茫缓箝_始對水進行加熱，剛開始的加熱需要把水加熱到80℃，這就需要一個溫度傳感器，在這里我想選用數(shù)字溫度傳感器DS18b20，因為它是單總線器件，線路簡單，體積小，省去了A/D轉換，并行擴展等步驟，使硬件圖變得簡單形象了很多。當給豆?jié){機加熱完畢后，需要啟動打漿電機開始打漿，這里我想選用的是單相串勵電機，因為串勵電動機具有起動轉矩大、過載能力強、調速方便、體積小、重量輕等很多優(yōu)點，在家用電器中普遍使用。當打完漿后，需要對豆?jié){再次加熱，這里就用到了沸騰溢出的裝置，與水位檢測裝置一樣，沸騰溢出裝置同樣選用的是一個探針來替代了傳感器。對豆?jié){再次加熱完畢后，預示著豆?jié){加工完成了，最后發(fā)出音響信號，這里就選用一個報警器就可以了。 3.2 控制系統(tǒng)的軟件分析 軟件上就是對單片機的編程，在編程前需要畫出一個流程圖，根據(jù)豆?jié){機控制系統(tǒng)的設計要求及目的，即插上電源、按下啟動按鈕并且選擇功能后，如果選擇功能一（富纖豆?jié){），且沒有出現(xiàn)水位過低的情況，就啟動加熱裝置對水加熱，當水溫達到了80℃左右，豆?jié){機停止加熱，啟動磨漿電機開始磨漿，磨漿電機按間歇方式打漿：運轉15秒后停止運轉，間歇5秒后再啟動打漿電機，如此循環(huán)5次。磨完漿后，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秒后在開始加熱，如此循環(huán)5次，豆?jié){加工完成，間歇10秒后發(fā)出音響信號。按照上述對豆?jié){機控制系統(tǒng)的要求，完成豆?jié){機控制系統(tǒng)設計的流程圖后，對單片機進行軟件的編程來配合硬件的設計以至于完成整個豆?jié){機控制系統(tǒng)的設計。豆?jié){第一次沸騰后，本機防溢功能自動啟動，進入延煮過程。電熱器間歇加熱，使豆?jié){充分煮熟并防止溢出。防溢延煮約8分鐘結束。工作結束后，機器發(fā)出聲光報警，提示豆?jié){已經(jīng)做好。此時關閉開關、拔下電源插頭后，即可準備飲用豆?jié){。 注：豆?jié){機的防干燒功能在工作過程中，自動啟動。 按照上述對豆?jié){機控制系統(tǒng)的要求，完成豆?jié){機控制系統(tǒng)設計的流程圖后，對單片機進行軟件設計的編程來配合硬件的設計以至于完成整個豆?jié){機控制系統(tǒng)的設計。 第四章 豆?jié){機控制系統(tǒng)的硬件設計 4.1 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(xiàn)集成化市場上已有大量生產(chǎn)各種型號的單片機集成穩(wěn)壓電路。它和分立晶體管電路比較，具有很多突出的優(yōu)點主要體現(xiàn)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(chǎn)。 4.1.1 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(wǎng)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該經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓。 4.1.2 電源的組成 電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。 電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉換成為各種電路設備所需的交流電壓。 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。 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。 穩(wěn)壓電源：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。 4.1.3變壓器容量、整流二極管的計算與選擇 據(jù)整流原理，因為UO=O.9U2，則可以得到U2=UO/O.9=5v/0.9≈5.56V。 在考慮到變壓器、繞組損耗（壓降）和整流二極管的壓降，在T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UDl=21/2U2≈5.83V，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=0.75ID2=0.75A；D2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時12V，故有線圈匝數(shù)N====0.003。變壓器副邊的有效值:I2=1.ll*l.5=1.67A.變壓器的容量：S=UI=5.83*1.67=9.74W。 4.1.4 電源工作原理 整個電源電路如圖4.1所示，控制電路采用變壓器降壓、晶體二極管整流等方法獲得工作電源。當電源接入220V交流電，TR1開始對220V交流電進行降壓，從次級輸出12V左右的低壓交流電，從而適應電路的使用要求。整流硅對次級輸出的交流電進行橋式整流，再由E2、C2進行濾波，已形成較平滑的直流電，送給三端集成正輸出穩(wěn)壓器78L05進行穩(wěn)壓調整。經(jīng)78L05穩(wěn)壓作用后輸出+5V的直流電壓，經(jīng)E3、C3濾波后輸出紋波很低的+5V電壓，作為單片機的工作電源，以保證單片機工作時的穩(wěn)定和可靠。 圖4.1 豆?jié){機控制系統(tǒng)的電源電路 4.1.5 橋式整流電路簡介 橋式整流器是利用二極管的單向導通性進行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉變?yōu)橹绷麟?。橋式整流電路圖如圖4.4，它的工作原理如下:輸入為正半周時，對D1、D3加正向電壓，Dl、D3導通;對D2、D4加反向電壓,D2、D4截止。電路中構成ab、D1、R、D3通電回路，在R上形成上正下負的半波整洗電壓,輸入為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構成ab、D2、R、D4通電回路,同樣在R上形成上正下負的另外半波的整流電壓。 圖4.2 如此重復下去,結果在R上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖4.4中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 橋式整流是對二極管半波整流的一種改進。半波整流利用二極管單向導通特性，在輸入為標準正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負半部分則損失掉。橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 4.1.6 穩(wěn)壓器的選用 集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點，在各種電源電路中得到了普遍的應用。常用的集成穩(wěn)壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、雙列直插式封裝等。在電子制作中應用的較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。 78XX系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等規(guī)格，最大輸出電流為1.5A。它的工作原理：取樣電路將輸出電壓按比例取出，送入比較放大器與基準電壓進行比較，差值被放大后去控制調整管，以使輸出電壓保持穩(wěn)定。它的內部含有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，采用了噪聲低、溫度飄逸小的基準電壓源，工作穩(wěn)定可靠。78XX系列集成穩(wěn)壓器為三端器件，一腳為輸入端，一腳為接地端。一腳為輸出端，使用十分方便。 在此設計中我選用的是78XX系列中的78L05，它能夠提供多種固定的輸出電壓，應用范同廣。內含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達1A，雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。在本設計中就是利用它把12V的直流電壓變成5V的穩(wěn)定電壓給單片機提供電源，以確保正常工作。 4.1.7 穩(wěn)壓器簡介 78L05是一種固定電壓(5V)三端集成穩(wěn)壓器,其適用于很多應用場合.象牽涉到單點穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的在-卡調節(jié).此外它們還可以和其它功率轉移器件一起構成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅動輸出電流高達100毫安的穩(wěn)壓器。圖4.2為幾種三端集成穩(wěn)壓器。 . 圖4.2 其卓越的內部電流限制和熱關斷特性使之特別適用于過載的情況。當用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管-電阻組的時候，其輸出阻抗得到有效的改善,其偏置電流大大減少。 78L05特性： 　　* 三-端穩(wěn)壓器； 　　* 輸出電流可達到100mA； 　　* 無需外接元件； 　　* 內部熱過載保護； 　　* 內部短路電流限制； 　　* 從2004年底開始，提供的各類封裝形式，均為無鉛封裝產(chǎn)品。 78L05應用須知： 　　* 如果穩(wěn)壓器離電源濾波器有一段距離,Cin是必需的； 　　* Co對穩(wěn)定性而言是可有可無的,但的確能夠改善瞬態(tài)響應 。 78L05典型線路圖（圖4.3）: 圖4.3 　　注:（1）為確定輸出電壓值，請選擇電壓值后綴（xx) 　　(2)為獲得最佳的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應，建議使用旁邊電容并盡量可能挨著電路安裝。 4.2 單片機的選用 單片機的種類較多，本設計選用的是AT89C52芯片控制. AT89C52是由ATMEL公司生產(chǎn)的屬于51系列單片機的一個型號。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。 4.2.1 單片機的簡介 （1）AT89C52主要性能參數(shù)： 兼容MCS51指令系統(tǒng)，8k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM 32個雙向I/O口，256x8bit內部RAM 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率0-24MHz 2個串行中斷，可編程UART串行通道 2個外部中斷源，共6個中斷源 2個讀寫中斷口線，3級加密位 低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能 （2）AT89C52的引腳功能： AT89C52是為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8XC52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。AT89C52的引腳圖如圖1所示，主要管腳有：XTAL1（19 腳）和 XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。 圖1 單片機AT89C52的引腳圖 在本設計中溫度傳感器，磨漿及加熱電路，沸騰檢測電路及報警電路等和單片機連接時，只用了P1口和P3口，首先通過單片機中的CPU將P1.6口變成高電位，使發(fā)光二極管D4 發(fā)光顯示，以示電源電路正常，單片機開始工作。在對水位進行檢測時，P1.0和P1.1都是作為輸入端，單片機的CPU就是通過檢測這兩個端口的高低電位來對水位和沸騰溢出進行檢測的。加熱時，因為溫度傳感器為單線智能數(shù)字傳感器，P1.5口只是作為常用的輸入端口和CPU進行數(shù)字傳輸。當進行加熱和打漿時，P3.0和P3.4作為輸出端口，與三極管組成一個驅動控制電路，當程序給一個加熱或打漿信號時，這兩個端口相應的變成高電位使三極管飽和導通繼而驅動繼電器工作。報警電路和單片機端口組合時，單片機的端口同樣也是作為一個輸出端口來使用的。 4.3溫度檢測電路的設計 當豆?jié){機正常工作時，需要先加熱到80度左右的溫度，然后停止加熱繼續(xù)下一步的工作，所以這就需要一個溫度傳感器來檢測水溫，這里我選用的是DS18B20智能溫度傳感器，選擇它是因為它的測溫系統(tǒng)簡單，測溫精度高，連接方便，占用口線少，轉換速度快，與微處理器的接口簡單，給硬件設計工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本。 4.3.1溫度傳感器DS18B20簡介 DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 （1）DS18B20的特性 獨特的單線接口，只需一個接口引腳即可通信 多點能力使分布式溫度檢測應用得以簡化 不需要外部元件 可用數(shù)據(jù)線供電 不需要備份電源 測量范圍從-55℃至+125℃，增量值為0.5℃。 以九位數(shù)字值方式讀出溫度 在一秒（經(jīng)典值）內把溫度變換為數(shù)字 用戶可以定義的，非易失性的溫度變換為數(shù)字 告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度警告情況） 應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產(chǎn)品，溫度計或任何熱敏系統(tǒng) （2）DS18B20的引腳功能 DS18B20的引腳圖如圖3所示： 1． GND為電源地 2． DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端 3． VDD為外接供電電源 圖3 溫度傳感器DS18B20的引腳圖 4.3.2 溫度傳感器DS18B20的測溫原理 下面介紹51單片機AT89C52與溫度傳感器芯片DS18B20構成的測溫系統(tǒng)的測溫原理。如圖4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55 ℃所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。 另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 4.3.3 DS18B20與單片機AT89C52的接口設計 DS18B20與單片機AT89C52的接口設計如圖4所示，P1.5口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管和AT89C52的P1.1來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10 μs。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過3個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。假設單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為12 MHz，根據(jù)DS18B20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫3個子程序：INIT為初始化子程序，WRITE為寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序，READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始，實際在實驗中不用這種方式，只要在數(shù)據(jù)線上加一個上拉電阻4.7 kΩ,另外2個腳分別接電源和地。 圖4 溫度傳感器DS18B20與單片機AT89C52的連接圖 4.4 加熱及打漿電路的設計 加熱電路的作用是通過加熱管把磨成粉末的黃豆煮熟，本設計使用的加熱器的功率為800W;磨漿電路的作用是通過電機把黃豆攪拌成粉沫，電機選用的是單相串勵電機，由于單相串勵電動機具有起動轉矩大、過載能力強、調速方便、體積小、重量輕等很多優(yōu)點，在家用電器中普遍使用。 單片機輸出電流經(jīng)三極管放大，來驅動繼電器閉合，使加熱管發(fā)熱把豆?jié){煮熟。同理，繼電器閉合使電機運轉把黃豆攪碎。加熱及打漿電路的工作原理如圖4.12所示，加熱及磨漿電路由繼電器JR1、JR2，三極管T2、T3，電阻R5、R6以及二極管Dl、D2，單片機AT89C52。當單片機工作時，賦給Pl.l一個低電平，使三極管T2飽和導通，電流流過繼電器JR1，使觸點閉合，于是加熱管得電開始對豆?jié){加熱，當溫度達到80度時，單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20將溫度信號傳給單片機，單片機檢測到這個信號后，使P3.0腳變?yōu)榈碗娖?，三極管T2截止，繼電器觸點斷開，電阻絲停止加熱。加熱結束后，單片機P3.4腳變?yōu)楦唠娖?，使三極管T3飽和導通，從而讓繼電器觸點閉合，于是電機得電開始打漿，在系統(tǒng)程序得控制下，打漿機按間歇方式打漿。電機運轉20秒后，單片機P3.4腳變?yōu)榈碗娖?，使三極管T3截止，繼電器觸點斷開，電機停止打漿，間歇10秒后，單片機P3.4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。 。 圖4.12 豆?jié){機控制系統(tǒng)的加熱及磨漿電路 4.5防干燒及防溢出電路的設計 防干燒及防溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來控制自動豆?jié){機缺水時干燒及沸騰溢出等問題。這單采用探針作為傳感器來檢測水位及沸騰溢出，然后通過比較器輸出高低電平，這樣就可以通過單片機檢測比較器輸出電平的高低來檢測水位及沸騰時的溢出狀態(tài)。 水位檢測及沸騰溢出電路的原理如圖4.13所示，K1，K2分別是水位檢測傳感器和沸騰溢出傳感器，為了減少成本，這單采用探針來代替這兩個傳感器，使用中將接控制電路的公共點“地”，探針分別通過傳輸。單片機的P3.2，P1.3端連接。正常工作時，Kl被水淹沒，它和地之問的電阻較小，與R13共同對+5V分壓，U+得到比U-低的電平，比較器輸出低電平。缺水時，Kl露出水面，它的電阻很大，R13共同對+5V分壓，U+得到比U-高的電壓，比較器輸出高電平，通過非門后輸出低電平產(chǎn)生下降沿。用軟件檢測比較器的電平變化，便知是否缺水。 圖4.13 用同樣的方法檢測豆?jié){是否沸騰溢出。豆?jié){沸騰之前，電極K2遠離水而，它和地之間的電阻很大，與R9共同對+5V分壓，U+得到比U-高的電壓，比較器輸出高電平。豆?jié){沸騰時，泡沫淹沒K2，電阻小，與R14共同對+5V分壓，U+得到比U-低的電壓，比較器輸出低電平。用軟件檢測比較器的輸出電平，便知豆?jié){是否沸騰溢出。 4.6 報警電路的設計 報警電路的作用是通過蜂嗚器發(fā)出聲音信號，提醒豆?jié){已經(jīng)煮好了。聲音信號電流從單片機的P3.5腳輸入到蜂鳴器LSl發(fā)出聲音。報警電路如圖4.12所示報警電路由單片機AT89C52、電阻R7、三極管T4與蜂鳴器B1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P3.5腳自動輸出一個高電平，通過電阻R7使三極管T4飽和導通，于是蜂鳴器B1發(fā)出報警聲音，提醒主人豆?jié){加熱完成。 圖4.12豆?jié){機控制系統(tǒng)的報警電路 第五章 豆?jié){機控制系統(tǒng)的軟件設計 5.1 豆?jié){機控制系統(tǒng)的流程圖的設計 豆?jié){機控制系統(tǒng)的流程圖如圖5.1所示，先上電初始化，然后按下按鈕，先檢測水位符合要求嗎，如果不符合，則由警鳴器發(fā)出嘀嘀的聲音來提示主人，如果符合要求，則開始對豆?jié){機的冷水進行加熱，當加熱到80℃以后，則停止加熱，開始進行打漿程序，打15秒停15秒，按這樣的方式循環(huán)5次，打漿程序結束后開始進行對豆?jié){進行再加熱，待溢出后停上20秒后，再加熱直到溢出，以這樣的方式循環(huán)5次，豆?jié){加工完成，10秒后由音響提醒主人豆?jié){煮好。 第一步為通電、初始化程序。單片機得到+5V 工作電壓后就進入工作狀態(tài)。首先，通過復位按鍵使單片機硬件復位，完成了復位任務，隨后單片機將進入初始化，單片機完成初始化后即開始運行程序。按下啟動鍵，使發(fā)光二極管指示燈發(fā)光顯示，以示電源電路工作正常，單片機開始工作。 第二步為功能選擇程序。按下按鈕功能鍵，單片機進入工作狀態(tài)后，CPU將按程序開始工作，單片機進入正常工作階段。 第三步為水加熱程序。當水位符合要求后，CPU就令P3.0口由低電位變成高電位，使T2導通，驅動繼電器JR1動作，通過JR1的觸點作用將電熱器與220V電源接通，于是加熱管對冷水開始加熱，直至水溫加熱到80℃，這種加熱也稱之為預加熱，主要是為了防止在以后粉碎黃豆等物時，避免產(chǎn)生大量的泡沫。在燒煮豆?jié){時就不會因泡沫過多而造成頻繁的溢出，造成加熱頻繁的被迫停止，延長了豆?jié){的加工時間，所以，預加熱在自動豆?jié){機中是很有必要的，當水溫達到80℃時，單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20將溫度信號傳給單片機P1.5口，當CPU接受到來自P1.5口的停止加熱的控制信號后，即令P3.0口為低電位，使T2截止,JR1觸點釋放，電熱管失電而停止加熱，至此加熱冷水階段結束。 第四步為粉碎程序。當水溫加熱到80℃后，單片機進入粉碎階段中。CPU令P3.4口輸出高電位，使T3導通，驅動繼電器JR2吸合，再接通粉碎電機的工作電源，使粉碎電機高速旋轉，帶動刀片高速切削，實施對粉碎物的粉碎，為了減少電機的發(fā)熱量，粉碎電機每粉碎15秒就休息5秒，然后再開始第二輪粉碎，這種工作過程共循環(huán)5次，然后結束粉碎過程。 第五步為燒煮豆?jié){程序。粉碎過程結束，接下來就進入燒煮豆?jié){階段。由于黃豆被粉碎時，雖然是在80℃水溫下進行粉碎的，但還是會產(chǎn)生較多的泡沫，所以該階段表現(xiàn)的是加熱，與溢出之問的一對矛盾，為了使豆?jié){機適應較多種類植物的加熱需要，該程序中采用了加熱一次如溢出一次為一次循環(huán)，并對循環(huán) 時間進行累計計算，加熱，溢出，停止加熱共循環(huán)8分鐘，燒煮豆?jié){程序就宣告結束。這種智能控制設計，可以保證得到滿意的豆?jié){加工效果。 第六步為報警程序。一旦豆?jié){煮好，CPU令P3.5口輸出慢節(jié)奏的音頻信號，通過T4推動蜂鳴器B1發(fā)出嘀嘀的響聲，當然，在此之前，你也已經(jīng)聞到香濃的豆?jié){味了 圖5.1 豆?jié){機控制系統(tǒng)的流程圖如下 第六章 結論 此次設計我做的是基于單片機的豆?jié){機的控制系統(tǒng)的設計，講過多次的修改和整理，可以滿足設計的基本要求。當放入適量浸泡好的的黃豆，加入適量的冷水，漿豆?jié){機電源插頭插入220V交流電源，豆?jié){機指示燈亮起，按下按鈕，先對豆?jié){機進行水位檢測，符合要求后加熱管開始對水進行加熱，當水溫達到80度左右，豆?jié){機停止加熱。啟動磨漿電機開始磨漿，磨漿電機按間歇方式打漿：運轉15秒后停止運轉，間歇5秒后再啟動打漿電機，如此循環(huán)5次。磨完漿后，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秒后在開始加熱，如此循環(huán)5次，豆?jié){加工完成，間歇10秒后發(fā)出音響信號。 但因為我的水平有限，此電路中也存在著一定的問題，比如說三端集成穩(wěn)壓器會產(chǎn)生熱損失，溫度傳感器DS18B20在本設計中只是檢測了一下溫度，當溫度達到80度時單片機進行下一步工作，在這里沒有充分的利用他的功能及優(yōu)點，雖然這樣做給本設計帶來了很大的方便，使設計變得簡單，不過用在這里有點浪費了。 總之，此設計以單片機AT89C52作為核心的控制元件，配合其他器件，使豆?jié){機的控制系統(tǒng)縣有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加工經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。 致謝 這次畢業(yè)設計我們在王老師的指導下獨立進行查閱資料，設計方案，設計電路與編寫工作程序等工作，并寫出報告。這次畢業(yè)論文對于提高我們的素質和科學實驗能力非常有益，為以后從事電子電路方面的設計，研制電子產(chǎn)品打下了良好的基礎。 通過這一個多月的學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 雖然這只是一次的比較簡單的畢業(yè)制作（基于單片機的自動豆?jié){機控制電路），可是平心而論，也耗費了我們不少的心血，這就讓我不得不佩服專門搞單片機開發(fā)的技術前輩，才意識到老一輩對我們社會的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣冻龆嗌傩难。? 通過這次畢業(yè)設計，為完成這次畢業(yè)設計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂，和同學們一起做畢業(yè)設計的這些日子里，我們有說有笑，相互幫助，多少人間歡樂在這里灑下，大學里三年的相處也許還趕不上這一個多月的共處，我感覺我和同學們之間的距離更加近了。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。在此要特別感謝我的指導老師對我們的指導，在此向老師說一聲，老師您辛苦了！當然我也要感謝我的同學們給予我的幫助。在老師的啟發(fā)和我們共同的努力下，我們才能順利的完成畢業(yè)設計。在以后的工作中，我一定會更加努力的學習，充分的發(fā)揮自己的特長。 在這大學的最后一頁里，我要感謝的人很多，首先要感謝我的指導老師王老師，在整個畢業(yè)設計過程中，王老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。王老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，深深地感動了我，當我遇到難題無從下手時，王老師給予我中肯的意見，我從心底感謝她。還要感謝的是我們各科任課老師，沒有你們的諄諄教誨，就沒有我們學有所長的今天。然后，還要感謝寢室的同學們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵，也是他們陪我度過這三年的生活。最后要感謝的就是我的父母，謝謝你們對我的支持。 現(xiàn)在即將揮別我的學校、老師、同學，還有我三年的大學生活，雖然依依不舍，但是對未來的路，我充滿了信心。最后，感謝在大學期間認識我和我認識的所有人，有你們伴隨，才有我大學生活的豐富多彩，絢麗多姿！最后再向大家說聲謝謝！ 謹向各位審閱本文的專家、老師致意！ 　　　 學生： 李江奎 　　　　　　　　 2011年10月21日 參考文獻 [l]彭為.《單片機典型系統(tǒng)設計實例精講[M].》北京：電jJ，T業(yè)出版禮，2006 [2]邱世安主編.《機電一體化技術》. 西安電子科技大學出版社2004 [3]何希才編著.《常用集成電路應用實例》 北京電子工業(yè)出版社. 2007 [4]王兆安、劉建軍主編.《電力電子技術》北京機械工程出版社.2009 [5]潘永雄.《新編單片機原理及應用[M]》西安科技大學出版社，2003： [6]朱運利.《單片機技術應用》北京機械工業(yè)出版社， 2005年1月第一版. 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