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1、太原科技大学毕业设计（论文） 目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论1第2章 豆浆机控制系统的功能需求分析32.1 控制系统的硬件功能分析32.2 控制系统的软件功能分析42.3 控制方案设计42.4 方案论证5第3章 豆浆机控制系统的硬件设计73.1单片机的简介及其最小系统73.2 电源电路的设计83.2.1 电源模块的组成83.2.2 桥式整流电路简介93.2.3稳压器的选用103.2.4 电源工作原理103.3加热及电机驱动电路模块113.3.1 加热电路设计113.3.2 电机驱动电路设计123.4 水位检测电路的设计133.5 报警电路的设计143.6 消泡装置15第4章 控制系
2、统的软件设计174.1 豆浆机控制系统的流程图设计174.2 系统程序设计18第5章 系统仿真215.1 湿豆功能模块仿真21I5.2 果蔬功能模块仿真24第6章 结论27致谢29参考文献31附录A：主电路图1附录B：系统程序2II太原科技大学毕业设计（论文）摘要本文完成了豆浆机控制系统的系统设计。在系统硬件设计过程中，选用温度传感器DS18B20和液位传感器实时监测在整个豆浆制作过程中机内液体的温度和液位，其输出与给定值形成的偏差的负反馈作为控制器AT89C51单片机的输入，控制器输出信号驱动放大后分别作用于执行机构，也就是加热器和电机。在硬件设计的基础上，利用Keil开发平台，选用C语言完
3、成了系统软件开发，结合Proteus仿真软件进行了仿真，仿真结果表明，控制系统基本能够实现硬件系统的指定功能，特别是以不同的工作模式工作时，通过PWM脉宽调制技术控制的电机以不同的转速工作，增加的物理消泡装置也能按照既定时序工作，满足基本的设计需求。 关键词：豆浆机，高效，单片机，电机调速IABSTRACT The system of soybean milk machine control system is designed in this paper,in which the temperature sensor DS18B20 and liquid level sensor are c
4、hosed to monitor the temperature and liquid level in the whole soybean milk making process .The output of the temperature senor is compared with a given value and the deviation is feedbacked to the controller AT89C51 as a input, which outputs signal to drive the implementing agencies, which is also
5、the heater and motor. On the base of the hardware , using Keil development platform and C language completed the system software development, and simuated with the Proteus simulation software. Simulation results showed that the control system can achieve the intended function of the hardware system,
6、 especially the motor controled by the PWM pulse width modulation technology can work at a different speed in different work mode,and physical eliminating bubble device can work in accordance with the established sequence, which meet the basic design requirements.Keywords:soybean milk machine，effici
7、ent, SCM，Motor speed regulation 第1章 绪论豆浆机是一种新型的家用饮用机，越来越成为家庭生活的必备品。使用豆浆机制作豆浆以黄豆为主要原料，通过加热，打浆，延煮等一系列制作流程后可得到美味的热豆浆。若在黄豆中配以其它谷物，或者通过改变打浆、加热的时间，可以做出不同口味的豆浆饮料。豆浆中不仅含有丰富的植物蛋白，还含有维生素B1、B2和烟酸。此外，豆浆还含有铁、钙等多种矿物质，根据调查研究，豆浆中所含的钙是所有乳制品中最高的，非常适合于各种年龄段的人群饮用。凭借其细腻的口感和丰富的营养价值，豆浆越来越受到我国人民的喜爱，也越来越成为人们追捧的健康美食。随着人们生活水平
8、的提高和健康意识的不断增强，注重饮食卫生的人更喜欢在家中自制豆浆，自制豆浆既方便又放心。随着近些年科学技术的不断发展，豆浆机也在不断更新换代，样式也越来越新颖，而且功能也在不断增加。不仅如此，大多的豆浆机在机身材料方面运用到食品级的不锈钢，使得机身更易清洗。电机周围材料采用隔阻噪音的吸附性材料，尽可能的降低噪音，而且功耗更小、速度更快，打出的豆浆更加的细腻，基本上满足了消费者的多样化、个性化的需求。豆浆机基本功能主要有1： （1） 干/湿豆功能 “湿豆”功能是用来将泡好的豆子进行打浆，如果忘记泡豆，就选择使用“干豆”功能。在设计干豆功能时，在湿豆功能硬件的基础上通过程序改变豆浆机的打磨时间、次
9、数、速度等相关措施，使干豆与湿豆打出的豆浆一样美味。而且经过对两种所含矿物质与营养成分的分析后发现无论是用干豆还是湿豆做出来的豆浆，营养价值几乎没有任何差异。而在生活节奏逐渐加快的当下，使用干豆功能进行打浆越来越成为大众使用豆浆机的主要方式。 （2） 果蔬功能 食品卫生越来越成为现代人们饮食关注的焦点，而在一般的果蔬饮料中都含有防腐剂，而与之相比，自己动手做则完全没有这些疑虑。在进行果蔬打浆时，不需要加热器工作，同时在进行此功能时由于需要豆浆机内加一些水导致了搅拌空间过大，如果还是按照豆浆制作过程进行打浆，容易出现搅拌不均匀的问题，所以要延长打磨的时间，增加打磨的次数。传统的豆浆机是是在接通电
10、源后，将机内液体温度加热到80度左右后就停止加热，进而开始打浆，待打浆一段时间后停止然后再加热，如此反复进行，直到打浆完成。虽然这样的豆浆机与传统手工研磨相比已省时省力不少，但由于它的加热和磨浆是分步不同时的，1使得整个过程的时间过长，不符合现代人的时间观念。在进行本设计时，意识到老款豆浆机存在的这一缺陷并努力寻求解决办法，使得加热煮浆和打豆磨浆能够同时进行无间歇，尽可能缩短时间，只需稍等几分钟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，让您用起来更加的方便快捷、更加的安全放心。与传统的豆浆机相比，在本设计中引入了主动消泡的装置，而在普通的豆浆机内都没有这一装置，所做的退泡设施只是暂
11、停加热进行退泡等待，而在豆浆机相对密闭的环境下等待豆浆自行冷却降温需要很长的时间，延长了整个制作过程。这一装置的引入也基本上解决了在打浆与加热同时进行的情况下产生大量泡沫而出现假溢出的问题，这也是本设计与传统产品相比特点比较突出的部分。加入单片机的控制，使得加热环节和消泡环节能够交替有序的进行，这两者合理的配合使用将大大缩短制作豆浆的整体时间，实现本设计的主要目的。除此之外，在传统的豆浆机中，电机的转速在不同的工作模式下其转速都是一样的，这种情况下进行湿豆和果树的磨浆基本不会出现问题，但在进行干豆磨浆时，如果电机还是以较快的转速开始工作，则会使刀片出现钝化，加速刀片磨损。有可能还回出现电机堵转
12、的情况，损坏电机。考虑到传统豆浆机的这一缺陷，在本设计中运用PWM脉宽调制技术控制电机的调速，避免出现上述提到的问题。本文组织结构如下：在第二章中分析了控制系统的硬件和软件功能需求，提出问题。在第三章内容中分模块进行电路设计，完成系统的总体电路设计。在第四章中根据系统流程图完成系统的软件开发。第五章运用Proteus软件和Keil程序编写软件对系统硬件和软件进行仿真并分析仿真结果。 10第2章 豆浆机控制系统的功能需求分析在本章内容中豆浆机的控制系统以单片机AT89C51为控制器，以上下水位检测电极为检测装置，以加热器和消泡装置为执行机构，以DS18B20温度传感器为反馈元件，结合对报警电路的
13、控制，为整个系统的功能实现提供可靠地硬件基础。 2.1 控制系统的硬件功能分析首先，需要选择一个单片机作为整个控制系统的控制器来进行数据的检测和处理，刚开始需要一个水位传感器器检测水位是否符合标准，考虑到豆浆机的整体美观，尽可能减少整机成本，在这里采用一个探针来做传感器使用，结合LM358的使用，将检测到的水位信息转换为单片机可识别的电平信号。在豆浆制作的过程中需要加热以及到打浆结束后需要煮浆，所以在硬件系统中需要一个加热器。当通过单片机检测到水位符合标准后，则启动加热器开始对水进行加热，在进行预加热的过程中，加热器的功率为1500W，为全功率。就此阶段，加热管的功率是传统的豆浆机的两倍，加快
14、了整个豆浆制作的过程。第二部分为电机打浆部分，当温度检测器检测到机内的液体达到80度时，通过单片机控制电机开始运行，电机开始打浆。在此过程中用到的温度传感装置为DS18B20，单片机通过接收到传感器传回的数据检测温度是否符合标准。在本设计中为了减小整机体积，所以需要充分考虑电机的选择。在所有平常所接触到的电机中，单项串励电机无疑是最合适的选择。除了体积小、重量轻以外，串励电机的过载能力和调速能力也是非常出众的，这也正好满足了豆浆机要根据用户的不同功能选择来及时调整电机转速，综上所述，单相串励电机基本上就是本设计的最佳选择。凭借自身的诸多优点，串励电机在家用电器中得到了普遍使用。当谷物中的淀粉由
15、于电机旋打而逐渐出现时，就应该及时降低加热功率，如果继续让加热器全功率工作，则打出来的豆浆难免会出现糊味，所以在电机开始打浆的同时加热管工作功率降成用750W加热，直到电机停止工作。这是单片机通过PWM脉宽调试改变加热器输入电压的占空比来实现的，在本设计中此方法还被用来控制电机速度2，根据电机所学知识，电机的转速与施加在电机两端的电压大小成正比，但是电机在接入电压后转速不会立即到最大值，而使在经过一段时间的加速后才会到达当前电压下的最大转速，在电机的速度控制程序中，通过控制输出高低电平占空比进而控制电机两端的平均电压。第三部分为防溢煮浆部分，在此阶段，同样通过改变加热器的输入占空比来使加热器的功率降到350W，煮浆阶段中豆浆中的酸性物质由于加热会产生大量的气泡，在市场上的普通豆浆机中，实现消泡功能的主要手段是停止加热，凭借豆浆的自身冷却来使泡沫自己破裂。这种方法虽然成本低，节约功耗，但是需要消耗大量的时间，这也拉长了整个豆浆制作过程的时间所以在本设计中设计增加了一个消泡装置。2.2 控制系统的软件功能分析 软件就是对单片机的编程，在软件
