【正文】 種面包機，其能夠使用戶輕易地自動添加原料并選擇菜單選項，以使制面包機自始至終自動地經(jīng)歷各種面包制作階段，特別是對于某些類型的面包，例如低碳面包、無鼓質(zhì)面包或手工面團面包等。將來的面包機具有用戶可選擇地打開和關(guān)閉的活動頂蓋，并且具有允許用戶在整個面包制作過程中觀察該制面包機內(nèi)部狀況的視窗。 韓國申請的面包機專利中，發(fā)明的面包機裝滿面粉，水等等的混合袋的上端和下端連接到揉面滾筒的上端和下端，然后混合袋上下往復(fù)運動一個預(yù)定的時間，從而在混合袋里揉面團。在結(jié)束揉面團之后，混合袋自動地與上部揉面滾筒脫離，完全纏繞在下部揉面滾筒上，面團從混合袋里擠出進(jìn)入烤盤。之后，加熱器加熱烘烤室的內(nèi)部，從而使面團發(fā)酵和烘烤在一個預(yù)定的時間。制作面包的過程取決于讀取印在混合袋上的條形碼。條形碼包括根據(jù)一個特定制法的關(guān)于揉面時間，發(fā)酵時間，烘烤時間等信息。條形碼由條形碼掃描儀讀取并且所讀取的數(shù)據(jù)傳遞給在所讀取的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上控制揉面滾筒，加熱器等控制器。對于面包機的要求越來越高，除了上述的自動加果料和特別制作面包的方法外，對面包機制作時的安全考慮更是十分的在意，在雙重保護的前提下，還有對面包機外觀和機體的要求，要求造型獨特美觀、時尚且體積??；采用的材料耐高溫、不粘鍋、易清洗等，最好是面包內(nèi)加入生物酶，不用清洗，面包機便可自動保持干凈的表面；面包機可進(jìn)行語音識別，用聲音控制面包機的工作，當(dāng)停即停，適合行動不方便的人。相信未來的面包機會越來越智能化，適合各種人的需求。 主要研究本課題研究的面包機滿足一般用戶的的需求，使用方便，而且價格實惠。系統(tǒng)采用AT89S52單片機為主控芯片，Pt100熱電阻檢測面包桶內(nèi)的溫度，采用三線制的接線方法，精度高，以PID控制算法控制加熱器，實現(xiàn)恒溫加熱，主要是通過六個按鍵實現(xiàn)對時間預(yù)約，選擇快速烘烤和慢速烘烤，高精度壓力傳感器自動檢測原料質(zhì)量，單片機根據(jù)原料的不同控制繼電器的閉合來控制直流減速電機的轉(zhuǎn)動和攪拌的時間，實現(xiàn)均勻攪拌的目的；面包發(fā)酵的判斷使用溫控法，當(dāng)面包桶內(nèi)溫度上升到35℃時，發(fā)酵完成后直接進(jìn)入下一個制作階段，溫控法簡單精確；面包制作完成后能自動保溫并通過LED四聯(lián)共陽數(shù)碼管顯示保溫的時間；當(dāng)溫度超過220V時面包機自動斷電，面包制作完成后機體發(fā)出提示音。第2章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)總體設(shè)計方案家用面包機是用單片機技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對溫度進(jìn)行采集并作A/D轉(zhuǎn)換，再傳輸給單片機。以加熱器為執(zhí)行器件，通過PID控制算法程序來完成對面包桶內(nèi)溫度的控制。選用AT89S52單片機為中央處理器，壓力傳感器檢測原料的質(zhì)量，將采集的質(zhì)量信號給單片機，單片機控制電機轉(zhuǎn)動的速度和時間；在發(fā)酵和烘烤階段，通過溫度傳感器對面包桶內(nèi)溫度進(jìn)行采集，采集到的溫度信號傳輸給單片機，得到采集溫度與設(shè)定溫度的偏差，PID根據(jù)偏差的比例積分微分來形成控制量，去控制加熱器，使對象輸出趨于給定，使加熱器恒溫加熱；通過鍵盤預(yù)約時間和選擇烘烤方式，用匯編語言完成軟件編程。 系統(tǒng)框圖及各電路組成面包機控制系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集電路，電機攪拌電路，加熱電路，提示音電路，電源穩(wěn)壓電路和時鐘電路。其系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖21所示。 圖21 系統(tǒng)控制框圖電源穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓芯片和相應(yīng)的電容組成，提供給單片機和芯片所需的穩(wěn)定電壓，以防止波動和干擾帶來的誤差。數(shù)據(jù)采集電路：數(shù)據(jù)采集電路包括溫度傳感器電路，壓力傳感器電路。溫度傳感器電路檢測發(fā)酵和烘烤時的溫度，壓力傳感器檢測原料的質(zhì)量。電機攪拌部分：主芯片接到壓力傳感器的信號后，控制電機的轉(zhuǎn)速和時間，電動機帶動攪拌棒轉(zhuǎn)動從而攪拌原料進(jìn)行和面。加熱電路：采用云母電熱絲加熱板，主芯片經(jīng)過驅(qū)動電路控制加熱絲。加熱絲在發(fā)酵和烘烤時工作，和溫度檢測電路形成回路控制面包桶內(nèi)的溫度。顯示電路：顯示電路由四聯(lián)共陽數(shù)碼管LG5641BH、三極管和電阻組成，顯示各階段工作的時間。鍵盤電路：鍵盤采用獨立式鍵盤，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)判斷哪個按鍵被按下，從而實現(xiàn)不同的功能。時鐘電路：時鐘電路由DS1302芯片和單片機串行通信，計時準(zhǔn)確且功耗低。提示音電路：采用壓電陶瓷蜂鳴器和TTL集成電路7406低電平驅(qū)動，在壓電蜂鳴器2條引線加上近5V的直流電壓，由壓電效應(yīng)而發(fā)出蜂鳴音。軟件部分：軟件主要包括主程序、溫度控制程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、中斷程序、鍵盤和顯示程序。 芯片選擇 放大器在溫度測量電路中，由于測量輸出信號較小，且溫度變化范圍大，本設(shè)計選用了LM358對采集來的信號進(jìn)行放大，LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，供電范圍很大，可以從3～30V，并且可以用單電供應(yīng)，也可以用雙電供應(yīng)十分方便；LM358具有低耗電電流的優(yōu)點，；具有電壓公共輸入端，包括接地，并且允許直接接地；具有低輸入偏移和補償量（輸入補償電壓3mV、輸入補償電流2nA、輸入偏流2nA）；共模輸入電壓范圍寬，在溫度檢測時，由于溫度的變化大，使得溫度傳感器的輸出范圍大，相比較其他放大器，LM358更加適合,在設(shè)計中，也用到了它的減法作用。 時鐘芯片DS1302芯片是美國DALLAS公司推出的低功耗實時時鐘芯片，它采用串行通信方式，只需3條線便可以和單片機通信，并且其片內(nèi)均含RAM，可增加系統(tǒng)的RAM，DS1302 的時鐘校準(zhǔn)比較容易。DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時，功耗小于1mW。如圖22所示，DS1302 有兩個電源輸入端，其中的一個用來做備用電源，這樣避免了由于突然停電而造成時鐘停止，因此它非常適合于長時間無人職守的監(jiān)測控制系統(tǒng)或需經(jīng)常記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及對應(yīng)時間的場合。圖22 DS1302引腳圖LED數(shù)碼管時鐘電路采用AT89S52單片機和DS1302實時時鐘芯片，使用5V 電源進(jìn)行供電，采用24小時計時方式，時、分用四位數(shù)碼管顯示，其中小時、分之間用冒號分開，使用兩個按鍵進(jìn)行調(diào)時，調(diào)整過程中被調(diào)節(jié)的分鐘或時鐘將進(jìn)入閃亮狀態(tài)，看上去非常直觀，另外，本設(shè)計還具有快速調(diào)時功能，當(dāng)按鍵一直被按下時，便進(jìn)入快速調(diào)時狀態(tài)。由于本時鐘電路的計時是由芯片DS1302來完成的，計時準(zhǔn)確，單片機通過串行通信來控制DS1302工作，同時進(jìn)行鍵盤和顯示的控制。 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832是一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達(dá)256級，非調(diào)整誤差為177。1LSB，在本課題中，系統(tǒng)的精度為177。1℃，溫度范圍為0～200℃，最大引用誤差為1/200=，此A/D轉(zhuǎn)換器的精度為5/2=，輸入電壓范圍為0～5V，小于系統(tǒng)的最大引用誤差，所以選用8位A/D轉(zhuǎn)換器即可。ADC0832其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差。轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便，通過D0和D1端口數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易地實現(xiàn)通道功能的選擇。 擴展芯片在硬件電路中，由于單片機的接口不夠用，為此使用了擴展芯片，Intel8155H芯片內(nèi)包含有256B的RAM存儲器（靜態(tài)），RAM的存取時間為400ns。2個可編程的8位并行口PA和PB，1個可編程的6位并行口PC，以及1個14位減法定時器/計時器。PA口和PB口可工作于基本輸入/輸出方式或者選通輸入/輸出方式。8155H可直接與MCS51單片機相連，不需要增加任何硬件邏輯。由于8155H既有I/O口又具有RAM和定時器/計時器，因而選用作本課題的外圍接口芯片。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 面包機功能面包生產(chǎn)工藝中，對溫度的控制非常嚴(yán)格，在各個階段所需的溫度不同，且受面包輔料成分多少、面包的形狀、大小等因素的影響，因此面包機最主要的目的是對面包桶內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，除此之外還實現(xiàn)下述功能：（1）電機轉(zhuǎn)動，攪拌面團，額定功率40W （2）具有預(yù)約功能，任意設(shè)定開機時間（3）具有LED 數(shù)碼顯示各階段工作的時間（4）整體導(dǎo)電薄膜的輕觸式按鍵設(shè)計（5）超溫斷電保護并報警功能（6）系統(tǒng)斷電能保護設(shè)定數(shù)據(jù)（7）自動保溫，并顯示保溫的時間 電源穩(wěn)壓電路電源穩(wěn)壓電路是為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源的，當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動及負(fù)載電路發(fā)生變化時，為了保證數(shù)字電路芯片的邏輯電平不受影響，使面包機能正常的工作，要求電源電壓盡量保持穩(wěn)定，有必要使用穩(wěn)壓芯片。為了給數(shù)字部分的電路提供5 V的穩(wěn)定電源，選用的是美國德州儀器公司生產(chǎn)的芯片：UA7805和其它兩種芯片。UA7805的輸入電壓范圍是7～25 V；～ V。該芯片除了具有良好的穩(wěn)壓功能外，還包含過載保護電路、散熱電路、限流電路等，電源穩(wěn)壓電路如圖31所示。電源電路由變壓器、橋式整流器、二極管、濾波電容和集成穩(wěn)壓電路7807807812組成。變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)化成12V低壓交流電壓，整流電路將低壓交流電壓整流成全波直流脈動電壓。該全波直流脈動電壓與濾波電容C1和C2相連，形成較平滑的直流電壓。該直流電壓送入三端穩(wěn)壓器7812的輸入端Vin后，在輸出端形成12V直流穩(wěn)定電壓，供AT89S52單片機使用；12V電壓不能直接接穩(wěn)壓器7805，需接一個穩(wěn)壓器7809后才能接7805，否則會燒壞穩(wěn)壓器，這樣形成的12V直流穩(wěn)定電壓送入三端穩(wěn)壓器7809，在輸出端形成9V直流穩(wěn)定電壓，經(jīng)過電容和7805后形成5V穩(wěn)定電壓，供單片機和其他電路使用，其中的電容都起到濾波的作用。在電源部分設(shè)計一個開關(guān)S1，控制面包機的電源，并有一個電源指示燈LED1，當(dāng)開關(guān)S1斷開時，電源關(guān)閉，指示燈不亮，當(dāng)開關(guān)S1閉合時，電源接通，單片機等其他電路可以工作。圖31 電源穩(wěn)壓電路圖 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計 溫度采集電路溫度傳感器的種類比較繁雜，各種不同的溫度傳感器由于其構(gòu)成材料、構(gòu)成方式及測溫原理的不同，使得其測量溫度的范圍、測量精度也各不相同。因此在不同的應(yīng)用場合，應(yīng)選擇不同的溫度傳感器。Pt100型鉑電阻，在200～850℃范圍內(nèi)是精度最高的溫度傳感器之一。與熱電偶、熱敏電阻相比較，鉑的物理、化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強，離散性很小，精度最高，靈敏度也較好。這些特點使得鉑電阻溫度傳感器具有信號強、精度高、穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好的特點。由于在本系統(tǒng)中，測溫范圍較大，在室溫到200℃之間，且要求檢測精度高、穩(wěn)定性好，因此選用鉑電阻作為本溫度控制系統(tǒng)的溫度傳感器。鉑電阻溫度傳感器利用金屬鉑在溫度變化時自身阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，當(dāng)被測介質(zhì)中存在溫度梯度時，所測得的溫度為感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。Pt100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，最小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA；Pt100溫度傳感器具有抗振動、穩(wěn)定性