【正文】 用戶首先通過撥碼開關(guān)選擇杯量，輸入給 和 口，這時(shí) P1 口得到一個(gè)初始值，讓其與 16進(jìn)制數(shù) C0進(jìn)行按位與，得到用于。流量計(jì)通過 1L水時(shí)發(fā) 出 4380 個(gè)脈沖。 我們把流量計(jì) 1接單片機(jī) T1 口，計(jì)時(shí)端口，此流量計(jì)用來(lái)控制進(jìn)入加熱鍋爐加熱水的水量，每次我們讓進(jìn)入容器待加熱的水為 400ml，這樣的話相當(dāng)于計(jì)數(shù) 1752 個(gè)脈沖數(shù)，等計(jì)數(shù)器到達(dá) 1752 數(shù)值后置 F1 為 1，電磁換向閥斷電，泵不再往鍋爐內(nèi)壓水。 溫度傳感器接線電路如圖 20 所示。考慮到實(shí)際應(yīng)用中寄生電源供電方式適應(yīng)能力差且易損壞，此處采用電源供電方式，I/O 口接單片機(jī)的 口。采用寄生電源供電方式時(shí) VDD端接地。另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。 圖 19 單片機(jī)復(fù)位電路 傳感器數(shù)據(jù)采集電路 中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 28 頁(yè) 傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電。上電瞬間， RC 電路充電， RST 引線端出現(xiàn)正脈沖，只要 RST 端保持 10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。 圖 18 單片機(jī)時(shí)鐘電路 4）單片機(jī)的復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)中 AT89C51 是采用上電自動(dòng)復(fù)位方式。最常用的是在 XTAL1和 XTAL2 之間接晶體振蕩器與電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖 18 電路所示為單片機(jī)最常用的時(shí)鐘振蕩電路的接法，其中晶振可選用振蕩頻率為 6MHz 的石英晶體。由于外部時(shí)鐘方式用于多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，所以此處選用內(nèi) 部時(shí)鐘方式。單片機(jī)內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU 停止工作。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 DS18B20 的管腳排列如圖 17 所示 : 圖 17 DS18B20的管腳排列 各部分電路說(shuō)明 單片機(jī)控制部分 1） 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 是反向放大器的輸入端和輸出端。 DS18B20 采用 3腳 PR－ 35 封裝或 8腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 16 所示。 3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS1820 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 它的特點(diǎn)有如下幾點(diǎn)： 1）接口方式為單線接口， DS1820 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS1820 的雙向通訊 ,在使用中不需要任何外圍元件。 DS18B20 溫度傳感器在美國(guó) DALLAS 公司研制的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片的基礎(chǔ)上，經(jīng)過焊接，外部加不銹鋼的保護(hù)管封裝而成，優(yōu)點(diǎn)是耐磨耐碰，占用空間小，使用 起來(lái)方便，多樣化的封裝形式，在各種狹小空間設(shè)備數(shù)字控制和測(cè)溫領(lǐng)域都十分試用。 溫度傳感器 89C51 單片機(jī)內(nèi)部沒有數(shù)模轉(zhuǎn)換器，如果選用一般的模擬量溫度傳感器還需要添加 A/D轉(zhuǎn)換器把傳感器的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量給單片機(jī)識(shí)別并處理。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體 繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。 ULN 是集成達(dá)林頓管 IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管 ,它的輸出端允許通過電流為 200mA，飽和壓降 VCE 約 1V 左右，耐壓BVCEO 約為 36V。 圖 15 ULN2021驅(qū)動(dòng)芯片引腳圖 封裝外形圖 ULN2021 內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。 由于單片機(jī)本身輸出地信號(hào)太微弱，此電路中需要用 ULN2021 芯片驅(qū)動(dòng)繼電器開閉和電磁線圈通電。 ULN2021 是大電流驅(qū)動(dòng)陣列 ,多用于單片機(jī)、智能儀表、 PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。 接口電路如圖 14 所示： 圖 14 流量計(jì)接口電 路 如上圖所示，霍爾式 8030 流量計(jì)有三個(gè)口， 1口接電源， 3 口接地， 2口接單片機(jī)計(jì)數(shù)端口，向單片機(jī)單向輸送信號(hào)。 中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 24 頁(yè) 圖 13 霍爾式 8030流量計(jì) 它的基本特性為： 1）環(huán)保型設(shè)計(jì)，食品級(jí) POM 材質(zhì)，小巧實(shí)用，可任意角調(diào)節(jié)； 2）雙端為 G1/4 外牙式結(jié)構(gòu)，連接更方便； 3）霍爾元件為日本進(jìn)口，靈敏可靠； 4）流量范圍： ，工作電壓： DC318V，額定電壓 DC5V； 5）輸出電壓 (額定 DC5V）：高電平 以上，低電平 以下；脈沖輸出占空比50177。 本設(shè)計(jì)選擇霍爾式 8030 流量計(jì)。 f=8． 1q3 式中： f— 脈沖信號(hào)頻率， H2 q— 水流量， L／ min 由水流量傳感器的反饋信號(hào)通過控制器判斷水流量的值。由于霍爾元件的輸出脈沖信號(hào)頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比，根據(jù)水流量的大小啟動(dòng)燃?xì)鉄崴?。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時(shí)通上 5V的直流電壓并使電流方向與磁 場(chǎng)方向正交。它的引腳如圖 12。在單片機(jī)的各種系列中，選擇 AT89C51單片機(jī)?？偠灾鼈兊膮^(qū)別是使用的領(lǐng)域不同，基本控制原理大體相同。單片機(jī)自身保護(hù)差， PLC自身保護(hù)強(qiáng)。缺點(diǎn)是成本相對(duì)較高。一個(gè)采用單片機(jī)制作的主控板不經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際驗(yàn)證很難形成一個(gè)真正的產(chǎn)品。 控制系統(tǒng)硬件的選擇與簡(jiǎn)介 硬件的選擇 中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 22 頁(yè) 一般來(lái)說(shuō)要實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的過程， PLC 與單片機(jī)均 可以實(shí)現(xiàn)。 輸入電壓和輸出電壓相差不得小于 2V 左右，一般在 5V 左右。 中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 21 頁(yè) 78XX 系列典型線路如圖 11所示： 圖 11 78XX系列典型線路圖 使用時(shí)，需要在輸入端和輸出端并聯(lián)兩個(gè)電容， C1 用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩，一般選擇 ，此處選擇 。一腳為輸出端，使用十分方便。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)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 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、 18V、 24V等規(guī)格，最大輸出電流為 。供給磨豆電機(jī)和泵電機(jī)使用。原理圖如圖 9 所示： 中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 20 頁(yè) 圖 9 直流 12V降壓整流濾波電路圖 獲得 24V 的電壓時(shí)，首先降壓得到 30V 的交流電，此時(shí)降壓比（即線圈匝數(shù)比）i2=220/30=。穩(wěn)壓器 選擇 W7812，將 15V的波動(dòng)電壓穩(wěn)定在 12V。 （ 2） 12V 與 24V 電源 與獲取 5V的電源電壓方法原理類似，獲得 12V 與 24V 的直流電源同樣是降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓的過程。對(duì)于電路里的元器件，選擇推薦使用的 1000uF 和 470uF 的電容，濾波電容選擇 和 1uF的電容。線圈的匝數(shù)比為 i1=220/8=出地交流電進(jìn)行橋式整流，再由電容器對(duì)其濾波，形成較平滑的直流電，送給三端集成正輸出穩(wěn)壓器 W7805 進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)整。 電源工作原理 （ 1） 5V 電源 圖 8 直流 5V降壓整流濾波電路 整個(gè)電路電路如圖 8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。 濾波電路：利用儲(chǔ)能元件電容器把脈動(dòng)直流電轉(zhuǎn) 換成比較平坦的直流電。 電源變壓器可以將將電網(wǎng)提供的 220V 交流電降低到與所需目標(biāo)電壓相近的電。濾波電路的輸出電壓還應(yīng)該經(jīng)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。 電源的作用與組成 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(dòng)或負(fù)載改變時(shí)，將會(huì)引起輸出電壓改變而不穩(wěn)定。 12V 的元器件是送粉電機(jī)。 中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 19 頁(yè) 在本次設(shè)計(jì)中，我們需要有穩(wěn)定的直流 5V，直流 12V，直流 24V 的電源電壓。近年來(lái)，集成電路快速發(fā)展，相應(yīng)地 穩(wěn)壓電路也飛速實(shí)現(xiàn)了集成化。 電源 電源是所有的電子設(shè)備不可缺少 的組成部分，它的性能的好壞直接影響到電子設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而關(guān)系到電子設(shè)備能否安全有效的工作。 5s 后，電磁換向閥 4 和5得電，廢棄的水流出來(lái)。當(dāng)流量計(jì) 2檢測(cè)到流過的熱水到達(dá)所設(shè)定的水量時(shí)，電磁換向閥 2 得電，熱水不再進(jìn)入釀造器。開機(jī) 15s 后，磨豆電機(jī)和磨粉電機(jī)停止，此時(shí)磨好的一定粒度的咖啡粉已經(jīng)被送入到釀造器的濾紙上等待釀造。為了避免加熱電阻的干燒，設(shè)定 2s 后清水進(jìn)入鍋爐和容器再接通加熱電阻。按下啟動(dòng)鍵，咖啡機(jī)開始工作。打開豆倉(cāng)蓋，放入適量的烘焙好的咖啡豆。 基本原理圖如下圖 7 所示： 中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 18 頁(yè) 圖 7 自動(dòng)咖啡機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 全自動(dòng)咖啡機(jī)控制裝置是在單片機(jī)的程序控制下進(jìn)行工作的。兩個(gè)箱體的末端凸出一部分圓弧，有利于保持容器的密閉性。換好后拉下箱體，插上“清洗按鈕”即可。釀造完畢后，可以拔出“清洗按鈕”，右端可滑動(dòng)箱體由于受到彈簧拉力的作用被拉到上方，露出濾紙和濾渣，濾網(wǎng)綁在箱體四個(gè)角落上，濾紙覆 蓋在濾網(wǎng)上，可以直接拿出濾紙，換上一張新的濾紙即可下次沖泡。因此成水量在 600ml 以上。 8s 后單片機(jī) 控制電磁換向閥得電，釀造好的咖啡從下出水口流出。連接方式為快裝，口徑８ｍｍ，開啟壓力為 ，反向逆壓為１ .０Ｍ Pa。連接方式為螺紋連接。 4）溢流閥的選擇 本設(shè)計(jì)中溢流閥旁接于泵的出口，保證回路壓力不會(huì)過大。 3）電磁換向閥的選擇 本設(shè)計(jì)中運(yùn)用到的電磁換向閥較多，其開啟大都由單片機(jī)控制電路來(lái)控制。 在結(jié)構(gòu)形式上，我們選擇 ST3（直流式 T 型過濾器），連接形式代碼采用 1（內(nèi)螺紋連接），材料類別代碼采用 L（鋁合金），標(biāo)準(zhǔn)代碼 H（接管尺寸采用 GB 標(biāo)準(zhǔn)，法蘭采用 HG標(biāo)準(zhǔn)），壓力等級(jí)代碼。 2）過濾器的選用： 過濾器是除去液體中少量固體顆粒的小型設(shè)備，可保護(hù)壓縮機(jī)、泵、儀表和其他設(shè)備的正常工作，當(dāng)液體進(jìn)入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后，其雜質(zhì)被阻擋，而清潔的濾液則由過濾器出口排出，當(dāng)需要清洗時(shí)，只要將可拆卸的濾筒取出，處理后重新裝入即可，維護(hù)十分方便。當(dāng)整定壓力小于 時(shí)，最大啟閉壓差為 。 ②表中的工作壓力，對(duì)于脈沖式安全閥系指沖量接出地點(diǎn)的工作壓力，對(duì)其他類型的安全閥中國(guó) 礦業(yè)大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第 16 頁(yè) 系指安全閥裝置地點(diǎn)的工作壓力。根據(jù)《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第 143 條 額定蒸汽壓力 小于等于 的安全閥 + + 注：①任何鍋爐上都必須有一個(gè)安全閥。安全閥作為壓力容器、鍋爐、壓力管道的超壓保護(hù)裝置，對(duì)它的要求是比較全面的。 其他液壓元件的選擇 1）蒸汽安全閥： 安全閥是一種自動(dòng)閥門，它不需要借助任何外力而時(shí)利用介質(zhì)本身的力來(lái)排出一定數(shù)量的流體，以避免壓力超過額定的安全值。其電壓為 24V，功率為 150W,額定轉(zhuǎn)速 1450r/min,扭矩 10N m 對(duì)于要配合功率為 130w，額定轉(zhuǎn)速為 1450r/min,扭矩為 排量： ： 額定轉(zhuǎn)速 1450r/min 容積效率為 70% 驅(qū)動(dòng)功率為 質(zhì)量 則 理論流量 Qt=nv/60 =1450 n液壓泵的額定轉(zhuǎn)速（ r/min）； v液壓泵的排量（ ml/r）； Qt液壓泵的理論流量（ /s）； 故 實(shí)際流量 Q=Qt = = /s 容積效率 則 輸出功率 P=Q p= = 再 T 我們對(duì)咖啡機(jī)內(nèi)部液壓泵的基本要求是： 泵的出口壓力最大為 15個(gè)大氣壓，揚(yáng)程不小于 1m?？紤]到使用在咖啡機(jī)中，質(zhì)量要輕，還要經(jīng)濟(jì)，在這里我們選擇齒輪泵。 泵的選擇與計(jì)算 液壓泵在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的作用是依靠電機(jī)把原動(dòng)機(jī) 輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體介質(zhì)的壓力能，是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。待熱水與咖啡粉在釀造器 18 充分萃取釀造 8s 后，電磁換向閥 19 得電，泡制好的咖啡從下通道流出。鍋爐上方置有蒸汽安全閥，防止鍋爐內(nèi)蒸汽壓力過大， 損壞鍋爐以致毀壞咖啡機(jī)，可以控制爐內(nèi)壓力基本恒定。為使水質(zhì)更優(yōu)質(zhì)，內(nèi)置過濾器 11。進(jìn)水 400ml 后，控制中心會(huì)發(fā)出信號(hào)使泵停止抽水。從水箱 1中抽出純凈水經(jīng)過過濾器 1過濾，分為兩路，一路經(jīng)過電磁換 向閥 1 進(jìn)入鍋爐體內(nèi)，作為加熱水的介質(zhì)，其在鍋爐內(nèi)水達(dá)到一定量后自動(dòng)斷電停止繼續(xù)抽入。 調(diào)節(jié)數(shù)值見表 2。按照 GB/T 1922021，選擇外螺紋公稱直徑為 50mm，螺距為