【正文】 ...... 26 附 錄 ................................................................................................................................. 27 致謝 ................................................................................................................................... 42 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 1 第一章 緒論 豆?jié){機 設計 背景 隨著全社會對環(huán)保健康理念的提升， 人們消費觀念的轉(zhuǎn)變 ,以及全社會對于環(huán)境問題越來越多的關注，綠色食品已經(jīng)逐漸取代一些傳統(tǒng)產(chǎn)品，成為了現(xiàn)代人新的追求風尚， 人們對健康飲品的需求逐漸增加。 人們對于豆?jié){機需求的持續(xù)上升，豆?jié){機行業(yè)的發(fā)展也日趨成熟， 2021 年之后，許多品牌開始進入豆?jié){機行業(yè)，其中包括其他家電領域的國內(nèi)外知名品牌，諸如美的，東芝，蘇泊爾，歐科 ，步步高，萊克等。美的公司從 2021 年上半年開始進入豆?jié){機市場，以創(chuàng)新、時尚、健康為主題，推出了 15 款新品豆?jié){機，并研發(fā)革新了無網(wǎng)易清洗和免泡豆等新技術，從很大程度上推動了我國豆?jié){機的設計制造與發(fā)展。主要是以黃豆為主，加工成可直接飲用的健康飲品。 豆?jié){機主要由粉碎黃豆的電機、豆?jié){加熱器和控制電路三大部分組成。其過程是：先進行水位檢測，符合設定的要求后電加熱器開始對水進行加熱，當水溫達到 80℃左右，豆?jié){機開始自動啟動電機開始打漿，打漿電機按間歇方式進行打漿。 當豆?jié){溫度達到預定值時豆?jié){上溢，當豆?jié){沫接觸到防溢電極時，則停止加熱 ，發(fā)出報警信號。 全過程操作者只需按下啟動按鍵并選擇功能后，豆?jié){機就開始工作，等待大概 十幾分鐘我們就能喝到既健康又營養(yǎng)的豆?jié){。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 2 豆?jié){機工作原理 本設計原理如圖 所示： 圖 豆?jié){機工作原理圖 如圖 ，溫度傳感器、防溢電路、放干燒電路、時鐘電路、復位電路、按鍵、均屬于輸入部分。其中復位電路屬于復位系統(tǒng)，按鍵屬于工作功能選擇鍵。打漿過后，再次對豆?jié){進行加熱， 如此循環(huán)若干次后豆?jié){機將發(fā)出報警信號，提示豆?jié){已經(jīng)做好。 提示用戶關閉電源 。如圖 所示 ， 其工作原理是 首 先 進行 加熱，加熱到一定溫度后，開始 打 漿，打 漿 完成 后， 再次 開始加熱， 加熱 完成后 ，報警提示。如 圖 所示 ， 其工作原理是豆?jié){機 通電 后直接按 “ 啟動 ” 鍵， 加熱 電路 對 豆?jié){機進行加熱， 加熱完成之后 ，開始打漿；打漿電機按間歇 性 方式打漿：打漿結(jié)束后開始對豆?jié){加熱， 如此循環(huán)若干次后，發(fā)出警報提示豆?jié){已經(jīng)做好。當豆?jié){沫接觸到防溢電極時，停止加熱， 提示用戶豆?jié){已經(jīng)溢出，要求關閉電源。電機負責粉碎打漿 ,加熱管進行加熱煮漿 ,感溫探棒進行水溫測量 ,水位傳感器進行水位測量，防溢電極防止豆?jié){加熱溢出 ,采用蜂鳴器報警 ,控制面板根據(jù)命令和輸入狀態(tài)信號 ,控制各個部件按程序進行加熱、粉碎等系列工作全自動完成。在整個工作過程中 ,對水位實時檢測 ,嚴防無水干燒。當重新將豆?jié){機放入水中后，回復以前工作狀態(tài)。串激電機工作可以 將豆粒徹底粉碎。 為了提高工作效率 ,充分利用粉碎間歇時間進行豆?jié){加熱。加熱分為“粉碎前預加熱”、“粉碎間歇加熱” 兩 個過程。 間歇性加熱是讓打碎的豆子充分煮熟。命令輸入四種模式來選擇用戶所選擇的配置模式，通過按鍵操作。各個部分電路在單片機的統(tǒng)一控制下，有序進行，這樣就可以完全實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)設計。 8031 芯片內(nèi)部無 ROM,需要外擴程序存儲器 ,由此造成電路焊接的困難，而且8031 還需要較多的外圍芯片支持 ,從而造成成本較高 ,性價比低。 AT89C51 芯片成熟應用廣泛，而且單片機內(nèi)部有 ROM,且片內(nèi) ROM 全部采用Flash ROM,它能 在 3V的超低壓工作 ,與 MCS51 系列單片機完全兼容。 單片機最小系統(tǒng)電路 單片機最小系統(tǒng)原理電路圖如圖 所示： 圖 單片機最小系統(tǒng)原理圖 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 6 單片機是整個系統(tǒng)的核心部分，對系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用，并進行復雜的信號處理，產(chǎn)生測試信號及控制整個檢測過程。單片機運行速度一般和系統(tǒng)匹配即可。單片機內(nèi)部存儲器容量，外部可以擴展的存儲器 (包括 I/O口 )空間 (3)單片機內(nèi)部資源。 (4)可用性。 (5)特殊功能。 從硬件角度來看，與 MCS51 指令完全兼容的新一代 AT89C51 系列機，比在片外加 EPROM 才能相當?shù)?8031 單片機抗干擾性能強，與 87C51 系列單片機的性能相當，但功耗小。本系統(tǒng)選用 ATMEL 生產(chǎn)的 AT89C51 單片機，其特性如下 : (1)4K 字節(jié)可編程閃速程序存儲器， 1000 次循環(huán)寫 /擦 (2) 全靜態(tài)工作 :0Hz24MHz (3) 三級程序存儲器鎖定 (4) 128 X8 位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器， 32條可編程 I/O 口 (5) 兩個六位定時器 /計數(shù)器，六個中斷源 (6) 可編程串行通道，低功耗閑置和掉電模式 由以上性能參數(shù)可以看出 AT89C51 單片機的功能非常強大，性能穩(wěn)定可靠，功耗很低。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 7 AT89C51 單片機簡介 單片機主要完成系統(tǒng)的控制 和信息處理功能。 表 AT89C51 引腳說明 Vss 接地端 Vcc 電源端，接＋ 5V XTAL1 接外部晶振的一個引腳 XTAL2 接外部晶振的另一個引腳 RST/Vpd 1）復位信號的輸入 2） Vcc 斷 電后，此引腳可以接備用電源 ALE/PROG 地址鎖存器允許 PSEN 程序存儲器允許。因此，可以用并口來傳輸顯示電路中 LED 的段選碼和位選碼，也可以用并口中的某一位完成 DS18B20 的數(shù)據(jù)讀取。 （ 1） P0 口的每一位均由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸出控制電路組成，其工作狀態(tài)受輸出控制電路的控制。在外部擴展存儲器時， P0口必須做地址 /數(shù)據(jù)總線用，先輸出低 8 位地址到外部地址鎖存器，后輸出 /輸入數(shù)據(jù)或指令代碼，分時復用。 （ 2） P1 口是一個 8位準雙向并行 I/O接口，做通用 1/O 用。特別在位操作方式下， P1口可以進行每位單獨輸出 /輸入操作。 P2 口由內(nèi)部硬件控制，當作為通用 I/O 口時是一個準雙向 1/O 口 。在擴展外部存儲器或接口時，由于訪問外部存儲器的操作是連續(xù)不斷的，所以不能再擴展為通用 I/O 口。因此可以根據(jù)訪問外部地址的頻繁程度， P2 口在其間仍可作為通 I/O， （ 4） P3 口做通用 I/O 使用時，和 P1, P2 口類似。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 9 晶振電路 設計 晶振電路如圖 所示 ： 圖 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 30μ F。 晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。 水位及溫度檢測電路的工作過程是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來控制自動豆?jié){機缺水干燒及沸騰溢出等問題。用如圖 所示三個按鍵來模擬檢測水位及溫度是否達標 。提示用戶關閉電源。其特點和優(yōu)勢如下所示： 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 11 1. 具有十分 獨特的單線接口方式 。 3. 工作電源 : 3~5V/DC 。 加熱 電路 設計 加熱 電路如圖 所示： 圖 加熱 電路 加熱電路的工作原理：單片機發(fā)出信號，通過 MPS8098 三極管進行放大信號，然后啟動繼電器，繼電器獲得電流后吸附鐵片，從而形成加熱電流回路，此時加熱電路開始工作。由于加熱器工作時功率較大，會產(chǎn)生較大的電流，因此，設計中采用了一個繼電器來進行隔離開關，進一步提高了系統(tǒng)的耐用性和有效性。 加熱 電路中的核心元器件是電熱管。其結(jié)構： 在金屬管中放入發(fā)熱絲（電阻絲）并在其周圍填充具有 良好導熱性和絕緣性的絕緣粉末（ MgO）。 此外， 由于電熱管 價格便宜，使用方便， 安全無污染 ， 所以 被廣泛使用在各種 需要進行 加熱的 場合 。 安全性能方面，在打漿電路的設計中，采用繼電器來控制電機的運轉(zhuǎn)和斷開，此外，單片機的 I/O 口加入了 NPN 三極管進行驅(qū)動，從而能夠有效地控制電機的運行。反之，當單片機輸出低電平時，電機則停止工作，這樣就可以實現(xiàn)間歇性打漿 。因此，選用什么型號的電機顯得尤為重要。 本設計中，采用 54 系列交流串激電機 作為打碎電機。 因此，在豆?jié){機程序設計 的 時候就要注意 設置間歇性打漿方式，并且每次打漿時間為一分鐘左右。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、 PDA 移動通信工具等眾多領域。四種工作模式分別是： 全豆豆?jié){工作方式，五谷豆?jié){工作方式，營養(yǎng)米糊工作方式，水果蔬菜工作方式。當系統(tǒng)出現(xiàn)，溢出水位錯誤，或者溫度過高錯誤和欠水位錯誤時，液晶顯示屏將顯示出具體是哪一種錯誤情況的發(fā)生。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 14 報警電路 設計 報警電路如圖 所示： 圖 報警電路 報警電路的原理是通過蜂嗚器發(fā)出聲音信號，提醒豆?jié){已經(jīng)煮好了。 如圖 ，報警電路由單片機 AT89C51 與蜂鳴器。 通過事先編寫的程序，在單片機的控制下，系統(tǒng)開始工作，當加熱完成后，單片機自動輸出一個高低平，使蜂鳴器導通，于是蜂鳴器發(fā)出報警，提醒豆?jié){加熱完成。 本設計需要用到單片機中斷當中的 T0 計時器來用作為系統(tǒng)時間控制的基準， T0 計時器需要配合一個中斷服務子程序來完成精確的計時功能。為 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 16 解決這個問題，采用了中斷技術。 豆?jié){機工作方式 框 圖 豆?jié){機工作方式 框 圖如圖 所示： 通 電功 能 選 擇初 始 化全 豆 豆 漿營 養(yǎng) 米 糊五 谷 豆 漿蔬 菜 果 汁報 警 結(jié) 束開 始 工 作 圖 豆?jié){機工作方式流程圖 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 17 為了滿足用戶對不同種類健康飲品的需求，本設計設置了四種工作方式來實現(xiàn)用戶對各 類原理進行加工。 具體框圖如圖 所示： 通 電功 能 選 擇初 始 化全 豆 豆 漿報 警 結(jié) 束加 熱 五 分 鐘 ， 打 漿一 分 鐘 ， 循 環(huán) 三 次 圖 4.. 全豆豆?jié){工作方式框圖 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 18 五谷豆?jié){工作方式 由于有大米，小米等各種較硬的顆粒谷物的特性，因此在設計五谷豆?jié){工作方式中，采取的工作方式是：先加熱 7 分鐘，然后打漿 1 分鐘，間隔半分鐘，再打漿 1 分鐘?？偣布訜?2 次，打漿 4 次 。然后繼續(xù)加熱 5 分鐘，然后再打漿一次 1 分鐘，間隔半分鐘，再打漿一次 1 分鐘。總共加熱 3 次，打漿 5 次。具體工作方式如圖 所示： 通 電功 能 選 擇初 始 化全 豆 豆 漿報 警 結(jié) 束打 漿 1 分 鐘 ， 間 隔 半分 鐘 ， 循 環(huán) 三 次打 漿 1 分 鐘 圖 蔬菜水果工作方式框圖 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 21 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 四種工作方式調(diào)試 所示： 圖 全豆豆?jié){工作模式 如圖 所示，豆?jié){機正在進行全豆 豆?jié){ 模式的工作，現(xiàn)在進行的步驟是打漿階段， D2 指示燈亮起。液晶顯示屏顯示出了正在進行的工作方式 全豆 。此時 打漿 工作暫停， D2 指示燈滅了。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 23 3. 營養(yǎng)米糊 方式 的調(diào)試結(jié)果如圖 所示： 圖 營養(yǎng)米糊 工作模式 如圖 所示，豆?jié){機正在進行 營養(yǎng)米糊 工作方式。 此時加熱模式暫停 ， D1 指示燈熄滅 。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 24 4. 蔬菜水果方式 的調(diào)試結(jié)果如圖 所示 圖 蔬菜水果工作模式 如圖 所示，豆?jié){機正在進行 蔬菜水果工作方式。 由于該模式下不進行加熱 ， 所以 D1 指示燈熄滅 。