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论文方法介绍-基于51单片机的智能豆浆机的控制系统
时间:2021-04-09 12:28:29

  随着经济的发展,人们的生活条件日益改善,越来越多的人开始追求健康的生活,而豆浆这种丰富的营养品也开始走进了大部分人的生活。据科学研究表明,豆浆对于保持身体健康,改善身体的衰老有着很大的作用。此外,豆浆还含有丰富的蛋白质、磷脂等营养成分,广泛应用于人体。例如,人的头发含有蛋白质,而磷脂是细胞膜的主要成分。并且,豆浆中还有着铁和钙等好多元素,不要小看豆浆中的钙含量比不上豆腐,除了豆腐外,其他乳类中的钙含量都没有它高。所以豆浆非常适合于各类人群,尤其是中老年人。为了更加方便的做出豆浆,豆浆机便应用而生,随着人们对功能要求的越来越高,市场上也出现了各种各样功能的豆浆机,因此一个豆浆机的功能和安全是非常重要的。本设计基于51单片机的控制原理,设计出一套高效省时环保的智能豆浆机的控制系统。本智能豆浆机的电路系统有加热电路,打浆电路,时钟电路,防干烧电路,防溢电路,报警电路,复位电路等组成。控制系统为51系列单片机,生产过程完全达到了自动化,可以自动进行定时加热,监测温度进行报警,粉碎豆类物质等操作。在不到20分钟的时间内豆浆可以进行自动制作,即节省了人力,还不用浪费时间去看守。

  1.1课题研究的背景及意义

  豆浆是一种老幼皆宜、质优价廉的营养品,每一百克豆浆含蛋白质近5克、脂肪1.8克、碳水化合物1.5克、磷4.5克、铁(铁食品)2.5克、钙(钙食品)2.5克还有维生素,核黄素等等,能都促进身体正常的生成代谢,特高免疫力,增强体质。而豆浆也是医生推荐糖尿病人经常喝的饮品之一,因为在豆浆里面含有大量的纤维素,而纤维素可以阻止对糖多余的吸收,因此可以减少糖尿病发生的概率。豆浆中存在着大量的镁和钙元素,可以有效地降低脑血脂,预防脑血流,减少脑出血,脑梗塞的发生。而豆浆中含有的卵磷脂,可以增强大脑活力,消除大脑疲劳,增强记忆力,提高学习和工作的效率。所以豆浆又是学生党和程序员必备的补品之一。豆浆中还有一些元素,有着很强的治癌和抑癌能力,据科学研究调查,有喝豆浆习惯的人和没有喝豆浆习惯的人相比,后者患癌概率比前者要高出50%。随着生活条件的日益改善,好多人们开始追求养生健康的生活,于是每天早餐中的一杯豆浆便成了大多数人的选择。而好多人喜欢追求仪式感和自己动手的操作感,但是传统做豆浆的方式又不太卫生,一般都是用小磨盘磨,而且非常耗时,耗林。于是,豆浆机便开始出现。从而带动了家用微电脑全自动型豆浆机市场的活跃。然后,好多大中小型企业开始加入到制作豆浆机的行列中来,并且随着时间的发展豆浆机的功能也日益完善,涌现出一大批优秀的企业,如九阳,美的等。因为豆浆机制作成本较低,但是与空调等大型家电相比,利润高,所以这也是吸引好多企业的原因之一。到现在为止,全国已经有几百家大中小型企业加入到豆浆机的制造队伍中来。也许在外人看来,豆浆机中的技术要求并不高,但是在专业人士看来豆浆机是在包括电磁炉和电饭煲等厨房类电器中技术含量比较高的一种,因为它既要求加热,而且还要对加热温度进行一定的控制,还要进行打碎操作,这些对于设计要求来说都是极大地挑战。豆浆机有如此好的市场,只有不断的去创新,满足消费者的各种需求,有着自己的特色,才能在其中有一席之地。才能让自己在这个竞争的世界中不被淘汰。

  1.2国内外的研究现状

  中国家电博览会期间,九阳副总裁韩润告诉记者,目前台湾市场参与竞争的豆浆机品牌有20多个,但九阳的市场占有率超过85%,处于绝对领先地位。除台湾外,九阳豆浆机还将陆续进入日本、韩国和东南亚等市场。韩润告诉记者,“豆浆文化”近年来在国外逐渐流行起来。例如,在美国,FDA(食品和药物管理局)建议人们每天吃25克大豆:在英国,豆奶每升售价为1.5磅,约15元,比牛奶贵10倍。在海外华人家庭中,九阳豆浆机也很受欢迎。若是通过豆浆文化的传播,在西方家庭中,吃早餐的外国人也想喝自制的豆浆,那么这样广阔的市场就大有想象力了。从国内外市场来看,豆浆机的市场不容乐观,其销量也在萎缩。然而,由于豆浆的营养价值和传统风味,我们有必要建造一台更专业、更方便的豆浆机,来扩大人们对健康饮品的选择范围。如何进一步提高豆浆机的综合性能,提高其性价比,从而满足不同人群对豆浆、豆浆机不断发展的需求。这对整个豆浆机行业来说是一个新的挑战。在调查中,我们发现豆浆机的选择边界没有温度设定。我的想法是在豆浆机的设计过程中增加一个调节豆浆机温度的功能界面。人们使用豆浆机时,只需事先设定好温度,豆浆磨成设定温度后,就会自动停止,进入保温状态。人们可以节省时间,随时可以进行饮用。

  1.3本课题研究的主要内容

  本课题以传统的豆浆机为基础,在了解群众需求的情况下,对其进行二次开发,设计出一款符合家用且安全环保的智能豆浆机。它是具有各种功能设置,并利用各种元器件,使其自动化愈加完善,低功耗,安全的豆浆机。刀片选用了仿螺旋桨结构式,使豆类物质磨得更加细小,还有自动加热,温度检测,完成任务报警等功能。而此豆浆机的特点是便于清洗,利用一种特殊的网状结构来过滤豆渣,使豆浆完全的过滤,来使豆浆的口味变得更纯正,让豆浆变得更容易吸收。

  2控制系统总设计

  本智能豆浆机的控制系统是由AT89C51单片机为主要控制器,传感器中的温度传感器采用DS18B20,电路系统有打浆电路,加热电路,防溢电路,防干烧电路,时钟电路,复位电路组成。打浆电路负责豆浆的打浆工作,加热电路负责豆浆的加热工作,防溢电路是豆浆在加热时豆浆即将溢出时采取停止加热的措施,防干烧电路是防止豆浆机内水分过少而对豆浆机内部造成损坏,时钟电路负责计时功能,复位电路为用来使电路恢复到起始状态。具体原理框图如图所示。

  图1-1原理框图

  当制作豆浆时先将豆浆机负责专门装都累物的盒子取出来,这也是此豆浆机与正常家用豆浆机的不同之处,放入豆类物后放进豆浆机中,倒入一定量的水,然后接入电源,此时LED灯亮,显示已通电,处于随时准备启动的状态。按下启动按钮加热电路首先启动,对豆类物进行加热。豆浆机内温度升高到80℃左右时,加热停止,打浆电路启动,对豆类物进行打浆操作,当豆类物完全打碎后,电动机停转,加热电路进行二次启动,对豆浆进行加热处理,知道防溢电路检测到豆浆开始溢出,停止加热,报警电路启动并发出声音,提醒用户豆浆已做好。

  3系统硬件设计

  3.1系统硬件选型

  本豆浆机的硬件支撑采用AT89C51为核心,启动时要进行水位监测,于是设置一个水位传感器,水位监测完成后开始进行加热,于是加热电路开始启动,但是加热到80℃左右时必须停止加热,于是就需要温度传感器来进行控制。温度传感器采用DS18B20。因为其体积小,硬件成本低,基本不受外界干扰,且测量精度高,误差只有1摄氏度左右,测量范围为-55℃~+125℃,非常适合测量豆浆的温度,当豆浆机内的温度达到设定的温度时,加热电路停止运行,打浆电路控制的电机开始运行,进行粉碎豆类物质的操作,电动机采用串励电动机,因为串励电动机转速高、起动力矩大、体积小、重量轻、不容易堵转、适用电压范围很广,可以用调压的方法来调速,简单且易于实现,所以非常适合用作豆浆机的电动机。打浆结束后,加热电路开始进行二次加热,当豆浆机内温度达到一定程度时,豆浆开始溢出,

  于是防溢电路开始起作用,防溢电路的原理跟水位传感器的原理差不多。豆浆二次加热完成后,豆浆的制作基本结束,由防溢电路传递信号到报警电路,报警电路发出声音信号,提示用户豆浆已完成。

  3.1.1单片机的选型

  (1)AT89C51的简介

  AT89C51是一款低电压、高性能的CMOS 8位微处理器,它存储4K字节的闪存,也被称为单片机。

  单片机中的可擦除只读存储器一般可以重复擦除,可擦除次数可达1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术,与工业标准MCS-51指令集和输出引脚兼容。ATMEL的AT89C51是一款高效的微控制器,AT89C051是一款更精致、更简单的版本,它将多功能8位CPU和闪存集成在一块芯片中。AT89C51系列单片机也成为许多嵌入式控制系统中最灵活、最廉价的选择之一。外形及引脚排列如图所示。

  图2-2AT89C51外形图

  图2-2AT89C51引脚图

  VCC:供电电压。

  GND:接地。

  P0口:P0端口由pin锁存器、输入缓冲器、多路复用器、非栅极、与门和FET驱动电路组成。

  P0端口是最强大的端口,可以作为通用的I/O端口、数据线和地址线分时使用。当端口P0被输出为一般的I/O端口时,由于端口的每条端子线的输出电路是漏级开路电路,因此要求外部上拉电阻器具有高电平输出。当P口作为一般I/O口输入时,电路中的锁存器必须写入高电平1以切断场效应晶体管(FET),从而避免锁存器处于0状态时对管脚输入的干扰而产生P0。X状态总是0。当采用地址线作为分时复用的数据线时,P0口为总线口,分时出现数据d7-d0和高阻状态,用于连接存储器、外部电路和外部设备,反映了一个真正的双向并行口。P1口;P1端口通常用作通用I/O端口,它是一个准双向I/O端口。当用作输出端口时,由于电路内部已装上了上拉电阻,因此无需连接外部上拉电阻。当它用作输入端口时,请先将1写入锁存器。输出信息有锁存,输入有读引脚和读锁存器

  P2口:P2端口在芯片中既有上拉电阻又有多路开关,因此P2端口在功能上具有P0端口和P1端口的特点。P2端口可以用作普通I/O端口或高8位地址总线。作为地址总线,高8位地址定期输出。虽然输出数据被锁定,但它在端口线上并不稳定。

  像P1端口一样,P2端口作为一个普通的I/O输入端口,也需要先向锁存器写入1,锁存器是一个准双向的I/O端口。输出信息有锁存器,输入有读引脚和读锁存器的区别。

  P3口:P3口在结构上与P1口相似。当P3端口用作公共I/O端口的输入时,还需要先向锁存器写入1。输出信息包括锁存器,输入有读pin和读锁存器的区别,同时也是静态准双向I/O端口。唯一的区别是P3端口的每个终端有两个功能选项。当它在第一个功能中时,第二个输出功能线是1。当处于第二功能时,锁存器输出1,并通过第二输出功能线输出特定信号。在输入方面,可以通过缓冲器读入pin信号,或者通过替代输入功能读入芯片中特定的第二功能信号。

  P3端口各线第二功能时;

  (1)串行I/O处于运行状态(RXD,TXD)。

  (2)打开了外部中断(,)。

  (3)定时器/计数器处于外部计数状态(T0,T1)。

  (4)执行读写外部RAM的指令(,).

  在应用中,P3端口可以通过设置特殊功能寄存器进入第二功能。如果没有设置P3端口的第二个功能(WR,RD信号生成未设置),P3端口线将自动进入第一个功能状态,即静态I/O端口的工作状态。在更多情况下,根据应用程序的需要,将多条端口线设置为第二功能状态,而其他端口线则处于第一功能状态。在这种情况下,字节操作不适合P3端口,应采用位操作。

  RST:复位输入。如果要对器件进行振荡器复位,那么就要一直使RST保持高电平时间且持续两个周期。

  ALE/PROG:当访问外部存储器时,锁定地址低位字节所需的输出电平是地址锁定所允许的输出电平。此引脚在FLASH编程期间被用作为输入编程脉冲,正常情况下,ALE端一直以固定的频率周期来输出正脉冲信号,振荡器频率是这个频率的6倍,所以它能用作定时的目的和对外输出脉冲。但是有个问题需要注意;当它被当为外部的数据存储器时,就跳过一个ALE的脉冲。当在SFR8EH地址上置0时,ALE的输出就被禁止,如果想让ALE起作用,只能在MOVX,MOCV指令执行时才有用。另外该引脚稍微被拉高一点。若是微处理器所在的外部处理器中的ALE被禁止,则置位无效。

  PSEN:外部程序存储器的选通信号。从外部程序内存提取期间,每个机器周期/PSEN两次有效。但是,当访问外部数据存储器时,这两个有效/PSEN信号将不会出现。

  /EA/VPP:当/EA保持在低功率水平时,在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),无论是否存在内部程序存储器。注意,在加密模式1中,/EA锁定内部程序存储器以重置;当/EA终端保持高功率电平时,内部程序存储器处于该时段。该引脚还用于在闪存编程期间应用12V编程电源(VPP)。

  XTAL1:反向振荡放大器的输入和内部时钟工作电路的输入。

  XTAL2:从反向振荡器输出。

  (2)主要特性

  与MCS-51兼容

  4K字节可编程FLASH存储器

  寿命:1000写/擦循环

  数据保留时间:10年

  全静态工作:0Hz-24MHz

  三级程序存储器锁定

  128×8位内部RAM

  32可编程I/O线

  两个16位定时器/计数器

  5个中断源

  可编程串行通道

  低功耗的闲置和掉电模式

  片内振荡器和时钟电路

  3.1.2DS18B20温度传感器的简介

  (1)DS18B20温度传感器的简介

  DS18B20是生活中最常见得数字温度传感器之一,主要用于各种非极限温度场合,其输出的信号为数字信号,而且DS18B20不仅体积小,而且硬件成本比其它温度传感器要低,抗干扰能力强,测量精度很高。DS18B20温度传感器结构简单,所以它的接线也很方便,它的封装场合有很多种,比如结构式,螺纹式还有不锈钢封装式等,而且有很多种型号,如LTM8877等。

  (2)DS18B20温度传感器的技术性能

  ①DS18B20与微处理器连接时,独特的单线接口方式只需一条端口线即可实现双向通信。

  ②测量温度范围-55℃~+125℃,测温误差为1℃。

  ③支持多点联网功能。多个DS18B20可以在仅有的三条线上并联,但并联数不能超过8个,从而实现多点温度测量。如果数字超过8,则电源电压过低,导致信号传输不稳定。

  ④工作电源:3.0~5.5V。

  ⑤在使用期间不需要用到任何外围元器件。

  ⑥测量的结果进行串行传送,以9~12位数字量的方式。

  ⑦不锈钢保护管直径Φ6。

  ⑧适用于dn15-25、dn40-dn250工业管道及狭窄空间设备的温度测量。

  ⑨标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2”任选。

  ⑩PVC电缆直接出线或德国球接线盒出线,便于与其他电气设备连接。

  (3)温度传感器DS18B20引脚图

  图2-2温度传感器DS18B29引脚图

  1(GND):地

  2(DQ):单线应用的数据输入和输出引脚

  3(VDD):可选的电源引脚

  (4)温度传感器DS18B20测温原理

  DS18B20接收到温度转换命令后,转换开始。转换后,温度将以16位二进制补码的形式存储在高速临时存储器的第一和第二字节中。此时,单片机可以通过其单线接口读取数据。读取规则为低位在前,高位在后,数据格式为0.0625℃/LSB。温度值格式如表所示。

  表2-1数据读取方式

  LS Byte:

  Bit1 Bit1 Bit1 Bit1 Bit1 Bit1 Bit1 Bit1

  23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4

  MS Byte:

  Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8

  S S S S S 26 25 24

  这是12位转换后获得的12位数据,存储在18B20的两个8bt ram中。符号位是二进制系统的前五位。如果测得的温度大于0,则前五位数字为0。此时,实际温度等于测量值乘以0.0625。如果温度小于0,前五位都是1,实际温度等于取反加一后再乘以0.0625图中,S表示符号位。

  表2-2 DS18B20部分对应数据

  温度数据传输(二进制)数据传输(十六进制)

  +125℃0000 0111 1101 0000 07D0h

  +85℃0000 0101 0101 0000 0550h

  +25.0625℃0000 0001 1001 0001 0191h

  +10.125℃0000 0000 1010 0010 00A2h

  +0.5℃0000 0000 0000 1000 0008h

  0℃0000 0000 0000 0000 0000h

  -0.5℃1111 1111 1111 1000 FFF8h

  -10.125℃1111 1111 0101 1110 FF5Eh

  -25.0625℃1111 1110 0110 1111 FE6Fh

  -55℃1111 1100 1001 0000 FC90h

  对应温度计算:当符号位前5位均为0时,测得的温度值为正,直接以二进制转换十进制正值进行转换;当符号位前5位均为1时,测得的温度为负,此时取反加1得到原码,然后将二进制转换为十进制。比如+85℃的十六进制数字输出为0550H,+10.125℃的十六进制数字输出为00A2H,—10.125℃的十六进制数字输出为FF5EH,—0.5℃的十六进制数字输出为FFF8H。DS18B20。

  (5)温度传感器DS18B20电路设计

  DS18B20电路由单片机AT89C51、DS18B20芯片和上拉电阻组成。其作用是用来监测豆浆机中水的温度。本设计采用上拉电阻模式,使DS18B20在时钟周期内有足够的电流供应。它的发送接口必须是三种状态,因为单线系统只有一条线路。

  图2-3温度传感器接口

  3.2电源电路的设计

  电源是每个电子设备的重要组成部分。电源的性能好坏直接影响到电子设备的安全可靠运行和使用寿命。现在市场上最常见的是直流电源。目前,随着集成电路的快速发展和稳压电路的快速集成,市场上出现了多种单片集成稳压电路。稳压电路具有体积小、重量轻、功耗低、稳定性高、调试方便、使用灵活、易于大量自动化生产等优点。

  电源变压器:将家中使用的220伏交流电转换成各种用电设备所需的交流电压。

  整流电路:由单向导电装置将交流电转换成脉动直流电路。

  滤波电路:使用储能元件(电感或电容器)将脉动直流电转换成相对平坦的直流电。

  稳压电源:通过调整电路来稳定输出电压的过程叫做电压稳定。

  电源电路如图所示,控制电路采用变压器降压和晶体二极管整流器获得工作电源。当电源接通220V时,变压器开始降低220V的电压,并从二次输出12V左右的低压交流电,以满足电路的使用要求。整流电路桥对二次输出交流电进行整流,然后用C6和C7对其进行滤波,形成一个相对平滑的直流电,送到三端集成正输出调压器LM7805进行调压。LM7805稳压后输出+5V电压,C8、C9滤波后输出极低纹波的+5V电压,作为单片机的工作电源,保证单片机的稳定性和可靠性。

  图2-4电源电路

  3.3稳压器

  (1)LM7805正电源稳压电路概述

  LM7805系列是一种三端稳压电源电路。其包装形式为TO-220/D-PAK包装。它具有一系列固定电压输出,应用广泛。而且它的质量特别好,基本不会损坏,因为它内部有各种类型电流的限制,还有各种保护措施,如过热保护,安全工作区保护。如果能提供足够的散热片,它就可以提供大于1a的输出电流,虽然是按照固定的电压值设计的,但是当连接合适的外部设备时,可以得到各种电压和电流。

  LM7805框图如下所示:

  图2-7LM7805框图

  7805是最常用的稳压芯片。使用方便。用一个非常简单的电路,它可以输入一个直流稳压电源。它的输出电压正好是5V,也就是51系列单片机运行所需要的电压。它有许多系列,如ka7805、ads7805、cw7805等。在性能上有一点差别。Lm7805是最常用的一种。

  图2-6 LM7805引脚图

  特点:

  最大输出电流1A

  输出电压为5V,6V,8V,9V,10V,12,V15V,18V,24V

  热过载保护

  短路保护

  输出晶体管安全工作区保护

  3.4整流器

  (1)整流器的概述

  整流器(英文:rectifier)可以把交流电变成直流电,可用于供电装置及侦测无线电信号等。整流器可由真空管、导频管、固体硅半导体二极管、汞弧等组成。

  (2)整流器的作用

  整流器是一种整流器装置,它只是一种将交流电转换成直流电的装置。它主要有两个功能:一是将交流电(AC)变为直流电(DC),滤波后给负载供电,或给逆变器供电;二是为各种电池提供充电电压。所以它也充当充电器。(3)稳压器的作用

  当今社会科技发展越来越迅速,每个家庭的用电设备也开始增加。但是随着时间的推移,电力输配设施开始老化,并且发展过于滞后,还有各种各样的原因造成末端用户电压过低,如设计不良和供电不足。但是线头那边的用户却经常电压过高,对于一些精密的用电设备来说就像一颗不定时炸弹,随时都有可能发生问题。城市电力系统作为一个公共电网,与各种负载相连,且负载的数量成千上万,有些负载不仅能从电网中获取电力,而且由于其具有更大的灵敏度和容量,会反过来对电网造成损害。这样会降低电网的供电质量,造成电网电压波形失真或频率不稳定。还有一些自然和人为的事故也会危及正常供电,如地震、雷击、负荷过大导致电压过高等,从而影响负荷的正常运行。

  3.5加热和打浆电路的设计

  加热电路由AT89C51、三极管、继电器、电阻和加热管组成。它通过加热管加热冷水,使水沸腾。本设计所使用的加热器功率为800W,打浆电路的功能是通过电机驱动刀片粉碎豆子。采用单相串励电动机,如图2-7。P1.0输出电流由三极管进行放大,当电流通过线圈时,会产生磁场,从而驱动继电器闭合,然后电路开始导通和通电。继电器的闭合也是运用这个道理使电动机开始运转对豆类物进行粉碎处理。

  D2和D4是续流二极管。继电器的线圈是一个大电感。它能以磁场的形式储存电能,所以当它关闭时,它会储存大量的磁场。当控制继电器的三极管由on变为off时,线圈断电,但由于线圈内有大量磁场,此时会产生大于1000V的反向电动势电压,因此很容易使三极管或其他电路元件击穿。此时,由于所连接的二极管与反电势相同,反电势以电流的形式被连续电流二极管中和,因此其他电路元件受到保护。如果大电感负载的控制与继电器相同,就会产生高压反电势的原理。它通常与储能元件一起使用,以防止电压和电流突然变化并提供接入。电感能够通过它给负载提供频率周期不变的电流,防止负载电流发生突变,对电流起到了平滑的作用。

  图2-7加热打浆电路

  3.6防干烧及防溢出电路的设计

  防干烧及防溢出电路由单片机AT89C51、比较器、电阻和电容组成,如图。主要是为了解决豆浆机内缺水导致干烧和防止豆浆溢出的问题。本设计检测水位时用探针来进行检测。当豆浆机中没有水或豆浆达到溢出温度并开始溢出时,比较器的输出电平将发生变化。水位的变化程度用比较器的输出电平来进行表示。这样就可以很清晰的明白豆浆机内是处于缺水还是溢出或正常状态。

  图2-8防干烧防溢电路

  3.7报警电路设计

  报警电路由单片机AT89C51、蜂鸣器、电阻和三极管组成,如图4-8。它主要是是通过蜂呜器对外发出报警信号,提醒用户豆浆已经做好。声音信号电流从单片机的P1.2脚输入到蜂鸣器Bell发出声音。

  图2-9报警电路

  4系统软件设计与实现

  4.1流程图

  第一步:通电、初始化程序。单片机得到+5V的工作电压,单片机开始进入工作状态。按下启动键,发光二极管指示灯开始发光,表示电源电路工作正常,单片机开始进行工作。

  第二步:功能选择器。按下功能键按钮后,单片机开始进入工作状态,CPU开始按程序工作,单片机进入正常工作阶段。

  第三步:水加热程序。当水位达到一定程度后,CPU发送一个导通信号给P1.0口。加热电路开始导通,加热管开始对冷水进行加热,直到豆浆机内水的温度达到80℃,这种加热称为预加热处理,目的是防止之后进行粉碎处理黄豆等物时,产生大量的泡沫。在豆浆机内水的温度达到80℃时,单片机会收到热敏电阻温度传感器发来的温度信号,P0口发送停止加热的控制信号到CPU,就会发送断开信号到P1.0口,此时,加热回路断开,电加热管断电,豆浆机停止加热,冷水加热阶段结束。

  第四步:粉碎程序。在豆浆机内水的温度加热到80℃后,豆浆机的工作进入粉碎阶段。这时,P1.1口收到CPU发来的导通信号,粉碎电路开始导通,粉碎电机通电开始高速旋转,带动刀片高速粉碎,直到豆类物粉碎完毕为止。

  第五步:烧煮豆浆程序。当豆类物粉碎完毕后,开始进入烧煮豆浆的阶段。该阶段主要是对豆浆进行加热,以加热一次溢出一次为一个周期时间对程序进行设计,并进行实践得出加热一次,溢出一次这两个的时间加起来为8分钟,也就是说一个周期为8分钟。一个周期结束后,烧煮豆浆程序就宣告结束。这样精确的设计,能够使豆浆达到满意的加工效果。

  第六步:为报警程序。当豆浆完全煮好时,P1.2口输出就会收到CPU发来的音频信号,蜂呜器就会发出声信号来提示用户豆浆已经完全煮好。

  图3-1流程图

  4.2温度传感器程序

  单片机控制的DS18B20的温度转换必须经过初始化、Rom操作指令和存储器操作指令三个步骤。根据DS18B20的初始化时序、写入时序和读取时序,分别编写三个子程序:INIT为初始化子程序、WRITE为写入(命令或数据)子程序、READ为读取数据子程序。

  图3-2温度采集流程图

  DQ BIT P2.5;DS18B20的数据口位p2.5

  TPH DATA 20H;存放温度值的高字节

  TPL DATA 21H;存放温度值的低字节

  ORG 0

  JMP Reset

  ORG 100H

  Reset:

  CALL DS18B20_Reset;设备复位

  MOV A,#0CCH;跳过ROM命令

  CALL DS18B20_WriteByte;送出命令

  MOV A,#044H;开始转换

  CALL DS18B20_WriteByte;送出命令

  JNB DQ,$;等待转换完成

  CALL DS18B20_Reset;设备复位

  MOV A,#0CCH;跳过ROM命令

  CALL DS18B20_WriteByte;送出命令

  MOV A,#0BEH;读暂存存储器

  CALL DS18B20_WriteByte;送出命令

  CALL DS18B20_ReadByte;读温度低字节

  MOV TPL,A;存储数据

  CALL DS18B20_ReadByte;读温度高字节

  MOV TPH,A;存储数据

  JMP$

  ;**************************************

  ;入口参数:R7

  ;出口参数:无

  ;**************************************

  DelayXus:;6

  NOP;1

  NOP;1

  NOP;1

  NOP;1

  DJNZ R7,DelayXus;4

  RET;4

  ;**************************************

  ;复位DS18B20,并检测设备是否存在

  ;入口参数:无

  ;出口参数:无

  ;**************************************

  DS18B20_Reset:

  CLR DQ;送出低电平复位信号

  MOV R7,#240;延时至少480us

  CALL DelayXus

  MOV R7,#240

  CALL DelayXus

  SETB DQ;释放数据线

  MOV R7,#60;等待60us

  CALL DelayXus

  MOV C,DQ;检测存在脉冲

  MOV R7,#240;等待设备释放数据线

  CALL DelayXus

  MOV R7,#180

  CALL DelayXus

  JC DS18B20_Reset;如果设备不存在,则继续等待

  RET

  ;**************************************

  ;从DS18B20读1字节数据

  ;入口参数:无

  ;出口参数:ACC

  ;**************************************

  DS18B20_ReadByte:

  CLR A

  PUSH 0

  MOV 0,#8;8位计数器

  ReadNext:

  CLR DQ;开始时间片

  MOV R7,#1;延时等待

  CALL DelayXus

  SETB DQ;准备接收

  MOV R7,#1

  CALL DelayXus

  MOV C,DQ

  MOV R7,#60;等待时间片结束

  CALL DelayXus

  DJNZ 0,ReadNext

  POP 0

  RET

  ;**************************************

  ;向DS18B20写1字节数据

  ;入口参数:ACC

  ;出口参数:无

  ;**************************************

  DS18B20_WriteByte:

  PUSH 0

  MOV 0,#8;8位计数器

  WriteNext:

  CLR DQ;开始时间片

  MOV R7,#1;延时等待

  CALL DelayXus

  RRC 30H;输出数据

  MOV DQ,C

  MOV R7,#60;等待时间片结束

  CALL DelayXus

  SETB DQ;准备送出下一位数据

  MOV R7,#1

  CALL DelayXus

  DJNZ 0,WriteNext

  POP 0

  RET

  END

  4.3加热和打浆程序

  当单片机工作时,给pl.0一个高电平信号,使三极管Q3饱和导电。电流开始流入继电器T1,触点开始闭合。加热管通电后,豆浆开始被加热,当豆浆机内水的温度达到80度后,单片机收到温度传感器DS18B20传来的温度信号,单片机收到这个信号后,令P1.0脚变为低电平,令三极管Q3截止,继电器触点开始断开,电热管停止对水进行加热。在加热结束后,单片机的P1.1引脚转为高电平,三极管Q2开始饱和导通,继电器触点开始闭合,电机通电后开始打浆操作。在系统程序的控制下,打豆机间歇地进行打浆。电动机运转15~20秒后,单片机的P1.1引脚电平变低,三极管Q2断开,继电器触点断开,电机断电,停止转动,等候10秒后,P1.1脚继续恢复为高电平,再次驱动电动机工作,执行打浆操作,就这样一直反复操作3到5次结束。

  图3-3加热打浆程序框图

  富纤豆浆:

  GN1:SETB P1.0;启动加热

  CLR P2.4

  MOV R1,#1EH;设置循环30次(延时30分钟)

  ACALL AA0;调用

  MOV B,TPL;从TPL中取温度值

  MOV A,#50H;设定温度为80度

  DIV AB;比较A、B大小,商存于A中

  CJNE A,#00H,DJ2

  DJNZ R1,GN2

  DJ1:CLR P1.0;停止加热

  MOV R0,#3;循环3次

  SETB p1.1;启动打浆

  ACALL BB

  CLR P1.1

  ACALL DD

  DJNZ R0,DJ1

  浓香豆浆:

  GN2:SETB P1.0;启动加热

  CLR P2.4

  MOV R1,#1EH;设置循环30次(延时30分钟)

  ACALL AA0;调用

  MOV B,TPL;从TPL中取温度值

  MOV A,#50H;设定温度为80度

  DIV AB;比较A、B大小,商存于A中

  CJNE A,#00H,DJ2

  DJNZ R1,GN2

  DJ2:CLR P1.0;停止加热

  MOV R0,#5;循环5次

  SETB P1.1;启动打浆

  ACALL BB

  CLR P1.1

  ACALL CC

  DJNZ R0,DJ2

  4.4防干烧防溢程序

  K1,K2分别是水位监测传感器和沸腾溢出传感器,探针分别与单片机的P2.6,INT0端连接。正常运行时,KL被水淹没,KL与地之间的阻力较小。它与R3共享+5V电压,U+的电平低于U-,比较器输出更低的电平。在缺水的情况下,KL暴露在水面上,阻力很大。R3将+5V的电压分开,U+得到高于U-的电压,比较器输出高电平,而非栅极后输出低电平产生下降沿。用软件检测比较器的电平变化,便知是否缺水。

  豆浆煮沸前,电极K2远离水面。电极K2与地面之间的电阻非常大。它与R4共用+5V的电压。U+电压高于U-电压,比较器输出高电平。豆浆煮沸时,泡沫会淹没K2,电阻变小。当R4与+5V组合时,U+的电压低于U-,比较器输出较低。检测时,用软件检测比较器的输出电平,判断豆浆是否沸腾溢出。

  图3-3防溢流程图

  FYYZ2:CLR P1.0;停止加热

  ACALL AA0;等待一分钟

  SETB P1.0;启动加热

  MOV R1,#8;设置循环8次(防溢延煮8分钟)

  ACALL AA0;调用

  JNB P3.2,FYYZ2

  DJN R1,FYYZ2

  ACALL BJ

  AJMP MAIN

  图3-3防干烧流程图

  FGS:CLR p1.1

  CLR P1.0

  ACALL BJ

  RETI

  END

  4.5报警电路程序

  当豆浆机内豆浆加热沸腾开始溢出时,单片机P1.2脚会自动输出一个低电平,通过电阻R14使三极管Q1饱和导通,此时报警器Bell发出声音信号,提醒用户豆浆已经完成加热。

  BJ:CLR P1.2;声报警

  ACALL EE

  RET