【正文】 e soumilk could basically plete the wet soy milking, dry soy milking, grinding, warming, fixed time milking, keep warming and displaying function with higher intelligence level Key words： AT89C52； Soy Milk machine； Control system； 2 1 前言 引言 豆?jié){是一種老幼皆宜、價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的液態(tài)營養(yǎng)品，它所含的鐵元素是牛奶的 6 倍，所含的蛋白質(zhì)雖不如牛奶高，但在人體內(nèi)的吸收率可達(dá)到 85%，因此有人稱豆?jié){為 “ 植物牛奶 ” 。 作為一種新型的家用飲料機(jī)，豆?jié){機(jī)以黃豆為原料，直接加工成熟的熱豆?jié){。有網(wǎng)分為細(xì)網(wǎng)和五谷精磨器，但均不好清洗。 豆?jié){機(jī)由粉碎黃豆的電機(jī)、豆?jié){加熱器和控制電路三大部分組成。 可見，只要按下啟動(dòng)按鍵，豆?jié){機(jī)就開始工作，一會(huì)兒就能喝到既美味又營養(yǎng) 的 3 豆?jié){。杯體有的用塑料制作，有的用不銹鋼制作，但都是符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼或聚碳酸脂材質(zhì)。 機(jī)頭 :機(jī)頭是豆?jié){機(jī)的總成，除杯體外，其余各部件都固定在機(jī)頭上。伸出下蓋的下部有電熱器、刀片、網(wǎng)罩、防溢電極、溫度傳感器以及防干燒電極。 打漿電機(jī)： HC6331 單相 串勵(lì)電 動(dòng)動(dòng)。它的外徑 5 mm，有效長度 15 mm，處在杯體上方。外殼外徑 6 mm，有效長度 89 mm，長度比防溢電極長很多，插入杯體底部。 4 網(wǎng)罩 :用于盛豆子，過慮豆?jié){。當(dāng)給豆?jié){機(jī)加熱完畢后，需要啟動(dòng)動(dòng)打漿電機(jī)開始打漿，這里我想選用的是單相串勵(lì)電機(jī)，因?yàn)榇畡?lì)電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、調(diào)速方便、體枳小、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn) ,在家用電器中普遍使用。 啟動(dòng)磨漿電機(jī)開始磨漿，磨漿電機(jī)按間歇方式打漿：運(yùn)轉(zhuǎn) 15 秒 后停止運(yùn)轉(zhuǎn)，間歇 5 秒后再啟動(dòng)打漿電機(jī)，如此循環(huán) 5 次。 PIC 單片機(jī)（ Peripheral Interface Controller）是一種用來開發(fā)的去控制外圍設(shè)備的集成電路。 PIC 單片機(jī)采用 Harward 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，低電壓工作，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)能力。 51 系 列單片機(jī)可靠性高，便于擴(kuò)展，體積小，功率低，價(jià)格便宜，易于產(chǎn)品化。 AVR 單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：簡便易學(xué)，費(fèi)用低廉，高速、低耗、保密， I/O 口功能強(qiáng)，具有 A/D 專函等電路，有功能強(qiáng)大的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器及通訊接口。 AT89C52 單片機(jī)的簡介 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置 6 通用 8位中央處理器和 Flash存儲(chǔ)單元， AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中 有著廣泛的應(yīng)用。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。 在本設(shè)計(jì)中溫度傳感器，磨漿及加熱電路，沸騰檢測電路及報(bào)警電路等和單片機(jī)連接時(shí)，只用了 P1 和 P3 口，首先通過單片機(jī)屮的 CPU 將 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(jī)開始工作。報(bào)警電路和單片機(jī)端口組合時(shí) ，單片機(jī)的端口同樣也是作為一個(gè)輸出端口來使用的 [6]。它和分立的晶體管電路比較，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運(yùn)行速度快，且調(diào)試方便、使用靈活 ,易于進(jìn)行大量自動(dòng)化生產(chǎn) [7]。 電源變壓器：將電網(wǎng)提供的 220V交流電壓轉(zhuǎn)換成為各種電路設(shè)備所需的交流電壓。 電源的選用 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的穩(wěn)壓器。 78XX 系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電版壓集成穩(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 。 在此設(shè)計(jì)中我選用的是 78XX 系列 中 的 7805，它能夠提供多種同定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。 電源工作原理 整個(gè)電源電路如圖 2 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。 9 圖 2 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的電源電路 Fig2 Soy milk control system power supply circuit 溫度檢測電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)豆?jié){機(jī)正常工作時(shí)，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(gè)溫度傳感器來檢測水溫，這里我選用的是肥 DS18B20 智能溫度傳感器，選擇它是因?yàn)樗臏y溫系統(tǒng) 簡單，測溫 精度高，連接方便 ,占用口線少，轉(zhuǎn)換速度快，與微處理器的接口簡單 , 給硬件設(shè)計(jì)工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本 [9]。閑時(shí)使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 “ — “ 線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 [11]。釆用寄生電源供電方式是 VDD 和 GND 端均接地。 加熱及磨漿電路的設(shè)計(jì) 加熱電路的作用是通過加熱管把磨成粉沫的黃豆煮熟，本設(shè)計(jì)使用的加熱器的功率為 800W；磨漿電路的作用是通過電機(jī)把黃豆攪拌成粉沫，電機(jī)選 用 的是單相串勵(lì)電機(jī) HC6331， 該款 串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 作為豆?jié){機(jī)專用電機(jī)， 具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、調(diào)速方便、體枳小、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn)，在家用電器中普遍使用。同理，繼電器閉合使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)把黃豆攪碎。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 20 秒后 ,單片機(jī) 腳變?yōu)榈碗娖?，使三極管 T3 截止，繼電器觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止打漿，間歇 10 秒后，單片機(jī) 腳又恢復(fù)為高電平，從而繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，如此循環(huán) 5 次后打漿結(jié)束 [13]。 PI、 P2分別是水位檢測傳感器和沸騰溢出傳感器，為了減少成本，這里采用探針來代替這兩個(gè)傳感器，使用中將裝植物的金屬杯接控制電路的公共點(diǎn)“地”，探針分別通過傳輸線與單片機(jī)的 ， 端連接。 用同樣的 方 法檢測豆?jié){是否沸騰溢出。 圖 7 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的缺水及沸騰溢出電路 Fig7 Soy milk and boiling water control system overflow circuit 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 報(bào)警電路的作用是通過 揚(yáng)聲 器發(fā)出聲音信號(hào)， 來提醒我們豆?jié){機(jī)目前的運(yùn)行狀態(tài)。 但是這里我們不要求對音質(zhì)有要求，只需選擇一個(gè)電容式低頻揚(yáng)聲器即能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求 [15]。 當(dāng)加熱完成后，單片機(jī) 腳自動(dòng)輸出一個(gè)高電平 ,通過電阻 R2 使三極管 T4 飽和導(dǎo)通，于是 揚(yáng)聲 器 B1 發(fā)出 悅耳音樂聲 ，提醒主人豆?jié){ 已經(jīng)煮好 。 其部分引腳功能如下： V0：液晶顯示器對比度調(diào)整，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，但是對比度過高會(huì)產(chǎn)生鬼影，使用的時(shí)候可以通過一個(gè) 10K 的點(diǎn)位器調(diào)節(jié)對比度。 E：使能端，等 E 端由高電平跳躍變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。首先， +5V 電壓對 E1 進(jìn)行充電，使單片機(jī) RST (復(fù)位〉端瞬間變成高電位 ,從而使單片機(jī)硬件復(fù)位。按下按鈕 SW1，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)后， CPU 將以訪叫 P0. 0 端電位的形式來判斷檢查豆?jié){機(jī)中是否有水，以及檢查水位是否符合要求。當(dāng)水位符合要求后， CPU 就令 口由低 電位變成高電位，使了 T2 導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繼電器 JR2 動(dòng)作，通過 JR1 的觸點(diǎn)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 攝氏度，這種加熱也稱之為預(yù)加熱， 18 主要是為了防止在以后粉碎黃豆等物吋，避免產(chǎn)生大量的泡沫。 令 口輸出高電位，使 T3 導(dǎo)通 ,驅(qū)動(dòng)繼電器 JR1 吸合 ,再接通粉碎電機(jī)的工作電源，使粉碎電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀片高速切削，實(shí)施對粉碎物的粉碎，為了減少電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量，粉碎電機(jī)每粉碎 15 秒就休息 5 秒，然后再開始第二輪 打漿 ，這種工作過程共循環(huán) 5 次，然后結(jié)束 打漿 過程。這種智能控制設(shè)汁，可以保證得到滿意的豆?jié){加工效果。 當(dāng) 豆?jié){煮好 ,揚(yáng)聲器發(fā)出悅耳音樂聲后，即進(jìn)入保溫程序，溫度傳感器 DS18B20 定時(shí)對豆?jié){進(jìn)行溫度檢測，當(dāng)檢測到豆?jié){溫度低于 60 攝氏度時(shí)， CPU就令 口由低電位變成高電位，使了 T2 導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繼電器 JR2 動(dòng)作，通過 JR1 的觸點(diǎn)作用將電熱器與 220V 電源接通，于是加熱管對 豆?jié){ 開始加熱， 熬煮時(shí)間為 20 秒。保溫程序不斷循環(huán)，使豆?jié){保持一個(gè)適宜的溫度 [20]。 總之 ,此設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89C52 作為核心的控制元件，配合其他器件，使豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、性能可靠、電路簡單 、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有比較高的智能化水平。然后，還要感謝寢室的同學(xué)們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵(lì)，也是他們陪我度過這四年的生活。 附錄 附錄 1：豆?jié){ 機(jī)控制系統(tǒng)的源代碼 22 附錄 1： 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的源代碼 DQ EQU 18B20 輸入端 BZW EQU 7EH JR EQU ； 加熱電阻絲 DJ EQU ； 電機(jī) P1 EQU ；水位檢測 P2 EQU ；沸騰檢測 SB1 EQU ；啟動(dòng)按鈕 LED EQU ；指示燈 SPEAKER EQU ；揚(yáng)聲器 ORG 0000H JMP MAIN ORG 000BH JMP TIME ORG 0030H； ****初始化程序 **** MAIN： MOV P1， 0FFH MOV P0， 0FFH MOV P2， 0FFH MOV P3， 0FFH CALL D15MS MOV TMOD， 01 MOV THO， 3CH MOV TLO， 0B0H SETB EA SETB ET0 23 JB SB1,$ CALL D15MS JNB SB1,$ CALL D15MS PDBJ: JNB K1,BJ1 MOV 46H,2 BJ4: SETB CALL D1S CLR CALL D1S DJNZ 46H,BJ4 LJMP PDBJ BJ1: CLR SETB TR0 CLR LED