【文章內(nèi)容簡介】 計以至于完成整個豆?jié){機控制系統(tǒng)的設(shè)計。豆?jié){第一次沸騰后，本機防溢功能自動啟動，進入延煮過程。電熱器間歇加熱，使豆?jié){充分煮熟并防止溢出。防溢延煮約 8 分鐘結(jié)束 。工作結(jié)束后，機器發(fā)出聲光報警，提示豆?jié){已經(jīng)做好。此時關(guān)閉開關(guān)、拔下電源插頭后，即可準(zhǔn)備飲用豆?jié){。 注：豆?jié){機的防干燒功能在工作過程中，自動啟動。 按照上述對豆?jié){機控制系統(tǒng)的要求，完成豆?jié){機控制系統(tǒng)設(shè)計的流程圖后，對單片機進行軟件設(shè)計的編程來配合硬件的設(shè)計以至于完成整個豆?jié){機控制系統(tǒng)的設(shè)計。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第四章 豆?jié){機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 電源電路設(shè)計 電源是各種電子設(shè)備必不可少的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源 分線性電源和開關(guān)電源兩大類。隨著集成電路飛速發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實現(xiàn)集成化市場上已有大量生產(chǎn)各種型號的單片機集成穩(wěn)壓電路。它和分立晶體管電路比較，具有很多突出的優(yōu)點主要體現(xiàn)在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運行速度快，且調(diào)試方便、使用靈活，易于進行大量自動化生產(chǎn)。 電源的作用 各種電子電路都要求用穩(wěn)定的直流電源供電，由整流濾波電路可輸出較為平滑的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載改變時，將會引起輸出端電壓改變而不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，濾波電路的輸出電壓還應(yīng)該經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓。 電源的組成 電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。 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。 整流電路：利用單向?qū)щ娖骷⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動直流電路。 濾波電路：利用儲能元件（電感或電容）把脈動直流電轉(zhuǎn)換成比較平坦的直流電。 穩(wěn)壓電源：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定的過程稱為穩(wěn)壓。 變壓器容量、整流二極管的計算與選擇 據(jù)整流原理，因為 UO=，則可以得到 U2=UO/=5v/≈ 。 在考慮到變壓器、繞組損耗 （壓降）和整流二極管的壓降，在 T程中必須再在上述基礎(chǔ)上增加 5%，即U2=5. 56*(1+5%)≈ ，整流二極管的承受最大的反向電壓 UDl=21/2U2≈ ，因為穩(wěn)壓器的最大電河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 流是 3A，所以流過二極管的最大電流 ID1=1/2Ii==； D2中的四個二極管的耐壓值至少應(yīng)該為8. 24V，允許流過的最大電流為 。 由于變壓器輸入的電壓是 220V ， 而 副 線 圈 輸 出 的 電 壓 時 12V ， 故 有 線 圈 匝 數(shù)N= 2/1UU = 12/220 == 。 變 壓 器 副 邊 的 有 效 值 :I2=*=. 變 壓 器 的 容 量 ：S=UI=*=。 電源工作原理 整個電源電路如圖 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。當(dāng)電源接入 220V 交流電， TR1 開始對 220V 交流電進行降壓，從次級輸出 12V左右的低壓交流電，從而適應(yīng)電路的使用要求。整流硅對次級輸出的交流電進行橋式整流，再由 E C2 進行濾波，已形成較平滑的直流電，送給三端集成正輸出穩(wěn)壓器 78L05 進行穩(wěn)壓調(diào)整。經(jīng) 78L05 穩(wěn)壓作用后輸出 +5V 的直流電壓，經(jīng) EC3 濾波后輸出紋波很低的 +5V 電壓，作為單片機的工作電源，以保證單片機工作時的穩(wěn)定和可靠。 圖 豆?jié){機控制系統(tǒng)的電源電路 橋式整流電路簡介 橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。橋式整流電?圖如圖 ，它的 工作原理如下 :輸入 為正半周時 ， 對 D D3加正向電壓 ， Dl、 D3 導(dǎo)通 。對 DD4 加反向電壓 ,D D4 截止。電路中構(gòu)成 ab、 D R、 D3 通電回路 ， 在 R上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓 ,輸入 為負(fù)半周時 ， 對 D D4 加正向電壓 ， D D4 導(dǎo)通 ； 對 D D3 加反向電壓 ， D D3 截止。電路中構(gòu)成 ab、 D R、 D4 通電回路 ,同樣在 R上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。 圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 如此重復(fù)下去 ,結(jié)果在 R 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖 中還不難看出 ， 橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值 ， 比全波整流電路小一半。 橋式整流是對二極管半波整流的一種改進 。 半波整流 利用二極管單向?qū)ㄌ匦裕谳斎霝闃?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負(fù)半部分則損失掉 。 橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 穩(wěn)壓器的選用 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。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點，在各種電源電路 中得到了普遍的應(yīng)用。常用的集成穩(wěn)壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、雙列直插式封裝等。在電子制作中應(yīng)用的較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。 78XX 系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(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 。它的工作原理：取樣電路將輸出電壓按比例取出，送入比較放大器與基準(zhǔn)電壓進行比較，差值被放大后去控制調(diào)整管，以使輸出電壓保持穩(wěn)定。它的內(nèi)部含有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，采用了噪聲低、溫度飄逸 小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。 78XX 系列集成穩(wěn)壓器為三端器件，一腳為輸入端，一腳為接地端。一腳為輸出端，使用十分方便。 在此設(shè)計中我選用的是 78XX 系列中的 78L05，它能夠提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范同廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達(dá) 1A，雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。在本設(shè)計中就是利用它把 12V 的直流電壓變成 5V 的穩(wěn)定電壓給單片機提供電源，以確保正常工作。 穩(wěn)壓器簡介 78L05 是一種固定電壓 (5V)三端集成穩(wěn)壓器 ,其適用于很多應(yīng)用 場合 .象牽涉到單點穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的在 卡調(diào)節(jié) .此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源 ,如可驅(qū)動輸出電流高達(dá) 100 毫安的穩(wěn)壓器 。圖 為幾種三端集成穩(wěn)壓器。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 . 圖 其卓越的內(nèi)部電流限制和熱關(guān)斷特性使之特別適用于過載的情況 。 當(dāng)用于替代傳統(tǒng)的齊 納二極管 電阻組的時候 ， 其輸出阻抗得到有效的改善 ,其偏置電流大大減少 。 78L05 特性 ： * 三 端穩(wěn)壓器 ； * 輸出電流可達(dá)到 100mA； * 無需外接元件 ； * 內(nèi)部熱過載保護 ； * 內(nèi)部短路電流限制 ； * 從 2020 年底開始，提供的各類封裝形式 ， 均為無鉛封裝產(chǎn)品。 78L05 應(yīng)用須知 ： * 如果穩(wěn)壓器離電源濾波器有一段距離 ,Cin 是必需的 ； * Co 對穩(wěn)定性而言是可有可無的 ,但的確能夠改善瞬態(tài)響應(yīng) 。 78L05 典型線路圖 （圖 ） : 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 注 :（ 1）為確定輸出電壓值 ， 請選擇電壓值后綴（ xx) (2)為獲得最佳的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng) ， 建議使用旁邊電容并盡量可能挨著電路安裝。 單片機的選用 單片機的種類較多，本設(shè)計選用的是 AT89C52 芯片控制 . AT89C52是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的屬于 51 系列單片機的一個型號。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可為提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 單片機的簡介 （ 1） AT89C52 主要性能參數(shù)： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ， 8k可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 32 個雙向 I/O 口， 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 ， 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 ， 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 ， 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 ， 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 ， 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 （ 2） AT89C52 的引腳功能： AT89C52 是 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8XC52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制 ，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。 AT89C52 的引腳圖如圖 1 所示， 主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中 ， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR輸入端， 10 腳和 11腳定義為 I2C總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。 圖 1 單片機 AT89C52 的引腳圖 在本設(shè)計中溫度傳感器，磨漿及加熱電路，沸騰檢測電路及報警電路等和單片機連接時，只用了 P1 口和P3 口，首先 通過 單片機中的 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，單片機開始工作。在對水位進行檢測時， 和 都是作為輸入端，單片機的 CPU 就是通過檢測這兩個端口的高低電位來對水位和沸騰溢出進行檢測的。加熱時，因為溫度傳感器為單線智能數(shù)字傳感器， 口只是作為常用的輸入端口和 CPU 進行數(shù)字傳輸。當(dāng)進行加熱和打漿時， 和 作為輸出端口，與三極管組成一個驅(qū)動控制電路，當(dāng)程序給一個加熱或打漿信號時，這兩個端口相應(yīng)的變成高電位使三極管飽和導(dǎo)通繼而驅(qū)動繼電器工作。報警電路 和單片機端口組合時，單片機的端口同樣也是作為一個輸出端口來使用的。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 溫度檢測電路的設(shè)計 當(dāng)豆?jié){機正常工作時，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，所以這就需要一個溫度傳感器來檢測水溫，這里我選用的是 DS18B20 智能溫度傳感器，選擇它是因為它的測溫系統(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)計工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本。 溫度傳感器 DS18B20 簡介 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比 ，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms 和 750 ms內(nèi)完成 9位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫 ,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 （ 1） DS18B20 的特性 獨特的單線接口，只需一個接口引腳即可通信 多點能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化 不需要外部元件 可用數(shù)據(jù)線供電 不需要備份電源 測量范圍從 55℃至 +125℃，增量值為 ℃。 以九位數(shù)字值方式讀出溫度 在一秒（經(jīng)典值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 用戶可以定義的，非易失性的溫度變換為數(shù)字 告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之 外的器件（溫度警告情況） 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)