豆浆机控制器设计-

本科课程设计报告课程名称：嵌入式系统基础课程设计题目：豆浆机控制器专业班级：电信学号：学生姓名：同组人：2014年 6 月 20 日太原理工大学课程设计任务书注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

指导教师签名：日期：目录一、设计目的......................... 错误!未定义书签。

二、设计要求......................... 错误!未定义书签。

三、设计思路......................... 错误!未定义书签。

四、设计过程......................... 错误!未定义书签。

单片机的选用............................... 错误!未定义书签。

电源电路的设计............................. 错误!未定义书签。

电源的作用...................................... 错误!未定义书签。

电源的组成....................................... 错误!未定义书签。

变压器容量、整流二极管的计算与选择............... 错误!未定义书签。

稳压器的选用..................................... 错误!未定义书签。

电源工作原理..................................... 错误!未定义书签。

加热及磨浆电路的设计........................ 错误!未定义书签。

水位检测及沸腾溢出检测电路的设计........... 错误!未定义书签。

报警电路的设计............................. 错误!未定义书签。

主动消泡装置............................... 错误!未定义书签。

五高效省时的豆浆机控制系统的流程的设计错误!未定义书签。

六.调试.............................. 错误!未定义书签。

七设计总结.......................... 错误!未定义书签。

八参考文献.......................... 错误!未定义书签。

九附录.............................. 错误!未定义书签。

一、设计目的我设计这款豆浆机的目的在于它能使人们在匆忙而又宝贵的早晨用最短的时间能够喝上营养丰富的豆浆。

有调查指出现在上班族和学生两大社会群体有40%的人是经常不吃早餐的，而原因大多是没有时间做早餐。

所以这样的一款高效省时的豆浆机想必会大受消费者欢迎的。

中国已经逐渐进入老龄化社会，为健康和养生服务的产品一定会有很大的市场。

设计一台能为我们的健康和养生服务的豆浆机是很有意义的。

这样就能使更多的人在匆忙的早晨喝上新鲜美味的豆浆。

二、设计要求1、当放入适量浸泡好的黄豆、加入适量的冷水，将豆浆机电源插头插入220V交流电源，豆浆机指示灯亮起、发热管开始对水进行加热，当水加热到80度左右，豆浆机停止加热，然后开始每粉碎15秒停5秒的粉碎过程。

在经过2分钟左右的烧煮，最后豆浆机发出提示音，即告豆浆加工结束。

2、注意：在粉碎和烧煮的过程中，会产生较多的泡沫。

所以，这两个阶段存在加热与一出之间的一对矛盾，应有适当的解决方案。

三、设计思路豆浆机的控制系统以单片机AT89C51为控制核心，结合控制传感器，加热及磨浆电路，水位检测及沸腾溢出电路，报警电路，主动消泡装置的控制，达到只要启动豆浆机以后，所有的控制过程都实现完全自动化的目的四、设计过程软件上就是对单片机的编程了，在编程前需要画出一个流程图，根据高效省时的豆浆机控制系统的设计要求及目的，即插上电源按下按钮后，先对豆浆机进行水位检测，符合要求后加热管开始对水进行加热，这时加热管是以1500w的功率对水加热的。

当水温达到80℃左右，启动磨浆电机开始磨浆，磨浆电机不间断的打浆，磨浆的同时对豆浆这时加热管改为750w的功率工作。

当豆浆研磨完毕时电动机停止运转，加热管改为400w的功率对豆浆进行加热。

最后阶段使用350W对豆浆加热，由于加热的缘故会豆浆上溢，当豆浆沫接触到防溢电极时，暂停磨浆，启动主动消泡装置，进行消泡。

这样直到豆浆加工完成，间歇30秒后发出声音信号。

实际工作中，打浆的时候会有少量的豆浆溅到防溢电极上，这时就需要一个延时子程序对其进行延时使得豆浆机不会产生误操作。

按照上述对高效省时的豆浆机控制系统的要求，完成高效省时的豆浆机控制系统设计的流程图后，对单片机进行软件的编程来配合硬件的设计以至于完成整个高效省时的豆浆机控制系统的设计。

豆浆机控制器结构框图如图1所示。

图1 豆浆机控制器结构框图单片机的选用单片计算机即单片微型计算机（Single-chip Microcomputer），是集CPU、RAM、ROM、定时、计数和多种接口于一体的微控制器。

随着科学技术的发展，越来越多的智能化产品都用到了单片机。

它具有体积小，成本低，功能强等优点，广泛被应用于智能产品和工业智能化上。

51单片机是个单片机中最为典型和最具代表性的一种。

本设计采用常见的AT89C51. 单片机主要用于控制目的，要求构成的监测控制系统有实时、快速的外部响应，能迅速采集到大量数据，做出逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控制。

单片机现阶段的发展方向是以8位为主，目标是高性能、高可靠性、低电压、低功耗、低噪声和低成本。

AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。

使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89C51具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89C51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

中断：AT89C51 有6个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。

这些中断如图10所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。

IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。

如表5所示，位是不可用的。

对于AT89C51，位也是不能用的。

用户软件不应给这些位写1。

它们为AT89系列新产品预留。

定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。

程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。

实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。

定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。

它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。

然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。

中断允许控制寄存器（IE）：89C51对中断源的开放或屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的中断允许控制位=1，允许中断；中断允许控制位=0，禁止中断。

晶振特性：如图所示，AT89C51 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。

石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。

从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从XTAL1 接入，如图所示。

由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。

a. 内部振荡电路连接图b. 外部振荡电路连接图图2 振荡电路内外部链接图石英晶振 C1，C2=30PF±10PF 陶瓷谐振器 C1，C2=40pF±10pF。

图3 单片机AT89C51的引脚图在本设计中磨浆及加热电路，沸腾检测电路及报警电路等和单片机连接时，只用了P1口和P3口，首先通过单片机中的CPU将口变成高电位，使发光二极管D4 发光显示，以示电源电路正常，单片机开始工作。

在对水位进行检测时，和都是作为输入端，单片机的CPU就是通过检测这两个端口的高低电位来对水位和沸腾溢出进行检测的。

加热时，因为温度传感器为单线智能高效省时数字传感器，口只是作为常用的输入端口和CPU进行数字传输。

当进行加热和打浆时，和作为输出端口，与三极管组成一个驱动控制电路，当程序给一个加热或打浆信号时，这两个端口相应的变成高电位使三极管饱和导通继而驱动继电器工作。

报警电路和单片机端口组合时，单片机的端口同样也是作为一个输出端口来使用的。

电源电路的设计电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及能否安全可靠的工作。

目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。

随着集成电路飞速发展，稳压电路也迅速实现集成化，市场上已有大量生产各种型号的单片机集成稳压电路。

它和分立的晶体管电路比较，具有很多突出的优点，主要体现在体积小、重量轻、耗电省、可靠性高、运行速度快，且调试方便、使用灵活，易于进行大量自动化生产。

电源的作用各种电子电路都要求用稳定的直流电源供电，由整流滤波电路可输出较为平滑的直流电压，但当电网电压波动或负载改变时，将会引起输出端电压改变而不稳定。

为了获得稳定的输出电压，滤波电路的输出电压还应该经稳压电路进行稳压。

电源的组成电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。

电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换成为各种电路设备所需的交流电压。

整流电路：利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。

滤波电路：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。

稳压电源：利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压。

变压器容量、整流二极管的计算与选择=U0/=5v/≈.在考虑到变压器、绕据整流原理，因为U0=则可以得到U2组损耗（压降）和整流二极管的压降，在工程中必须再在上述基础上增加5%，即U2=*(1+5%)≈,整流二极管的承受最大的反向电压UD1=21/2U2≈因为稳压器的最大电流是3A，所以流过二极管的最大电流ID1=1/2Ii==;D2中的四个二极管的耐压值至少应该为,允许流过的最大电流为.由于变压器输入的电压是220V,而副线圈输出的电压时12V，故有N=U1/U2=220/12=由于线圈匝数比只能为一个整数，因此匝数比取18。