豆浆机控制板设计开发

豆浆作为一种经济健康食品，越来越受到人们的欢迎。本文介绍以AT89C2051单片机为核心控制部件的智能型全自动家用豆浆机，可选择单独粉碎、单独煮浆或全自动运行，采用模糊控制技术，集打浆、煮浆、保护、警示于一体，可方便、快捷地制作出卫生健康、合乎个人口味的熟豆浆。

一、智能型豆浆机的结构与工作原理

豆浆的加工主要包括粉碎打浆和加热煮浆两个过程。传统的加工方式这两个过程是分开的，即先进行粉碎而后再加热。这里面存在着制作工艺复杂、出浆率不高、加热易溢出及加热时间不好掌握等问题。智能型豆浆机采用微电脑模糊控制技术，模拟人工操作，全自动控制打浆和煮浆，使复杂的传统制作工艺变得简单易用。

我们设计的智能型豆浆机主要由高速串励电机、加热管、网罩、感温探棒、防溢电极、单片机控制面板、控制按钮以及声光报警器件等几部分组成。高速串励电机负责粉碎打浆，加热管进行加热煮浆，感温探棒进行水温测量，防溢电极防止豆浆加热溢出，采用蜂鸣器和双色灯进行声光报警，控制面板根据命令和输入状态信号，模糊控制各个部件按程序进行加热、粉碎等系列工作全自动完成。

根据反复试验所得到的结果，我们确定了制作豆浆的最佳工艺流程，并结合豆浆机各个部件的特性，确定了以下设计方案：
(1)粉碎。串励电机工作转速可达到12kr/s左右，大约1min时间便可将豆粒彻底粉碎。但由于该电机不可长时间连续运转，所以粉碎时间分为4个15s完成，间歇停机15s。为了提高工作效率，充分利用粉碎间歇时间进行豆浆加热。

(2)加热。加热分为“粉碎前预加热”、“粉碎间歇加热”和“煮浆加热”三个过程。“煮浆加热过程”是从粉碎后加热的第一次沸腾开始计时，大约需要5min。“粉碎前预加热”是将水温加热至80℃，缩短粉碎后加热至豆浆沸腾的时间，防止粉碎后煮浆时间过长所易造成的糊锅现象，此外还有出浆率高、豆浆口味更佳的效果。

(3)命令输入。命令输入采用“启Π停”、“加热”、“粉碎”三个按键。豆浆机接通电源后或停止状态下按“启Π停”键进行全自动工作，按“加热”键则进行单独加热5min操作，按“粉碎”键则进行单独粉碎15s操作;在全自动、单独加热或单独粉碎等工作过程中，若按“启Π停”键将停止一切操作，恢复到起始状态。

(4)声光报警。为了便于人们监测整个工作过程，在工作状态切换时，有红绿灯的显示和蜂鸣提示，工作完毕声光报警十次。工作过程中如有危险操作，也进行声光报警。

(5)安全要求:上电后对水位进行判断，防止添水过多;在整个工作过程中，对水位实时检测，严防无水干烧。

(6)采用软硬件抗干扰技术，提高系统工作的稳定性。硬件上主要是采用滤波电路抑制干扰源，WDT监控电路防止因干扰造成的程序错乱和死机现象。软件上主要采用填码技术、指令冗余技术、设置模块入口标志和智能恢复现场等技术配合硬件增强系统的抗干扰能力。

二、豆浆机电路设计

硬件电路的设计主要包括电源部分、中央处理单元、监控电路、信号检测电路、控制电路和人机接口电路等六个部分。

(1)电源电路采用12.5V变压器变压，而后进行整流滤波，再通过7805稳压管得到+5V的工作电源。

(2)中央处理单元是以AT89C2051为核心的单片机最小应用系统。

(3)主要采用外部监控芯片IMP706，完成在上电、掉电期间或手动情况下产生复位信号。

(4)信号检测电路，Rx为感温探棒或豆浆溶液阻值。水温检测是由感温探棒在80℃左右阻值的跃变，通过比较电路分别生成高低电平，提供给中央处理单元水温信号;有水无水检测，由感温探棒外壳、加热管外壳、水(豆浆)构成回路的通断状态通过比较电路分别生成高低电平，提供给中央处理单元作为有水无水信号;溢出与否检测，由感温探棒外壳、防溢电极和豆浆构成回路的通断状态通过比较电路分别生成高低电平，提供给中央处理单元作为溢出与否信号。

(5)控制电路是通过三极管驱动来控制直流继电器通断闭合，从而实现对电机运转和加热管加热的控制。

(6)人机接口电路包括命令输入电路、指示灯显示电路和蜂鸣报警电路。

三、豆浆机控制程序设计

系统软件由MCS251汇编语言写成，由主程序、复位分析处理程序、命令输入程序、打浆程序、煮浆程序、状态显示与提醒程序等组成。利用AT89C2051内部定时器设定基本时间单位，由软件编程实现各个部件的工作次序和时间常数，通过对相应引脚置1或清0控制各个部件工作。在整个程序工作期间，都对水位进行判断，一旦水位低于警戒线，便进入报警程序，同时停止加热和粉碎操作。在全自动或单独打碎和加热工作过程中，若按启/停按键，则停止一切工作，直到有新的按键按下。

特别要说明的是利用监控电路的抗干扰软件设计，即复位后的分析处理、恢复现场技术。因为在实际工作中，由于电机为感性负载，进行打碎操作的启停瞬间将对系统造成极强的干扰，常造成程序紊乱甚至晶振停振的现象。此时，监控电路将给系统提供复位信号，迫使系统复位重新开始工作。为避免系统复位所导致的程序反复从开头运行的尴尬现象，需要有软件的智能恢复技术，使程序在系统复位后能够切入断点，继续正常工作。

总结

经反复测试表明，该智能型豆浆机使用方便，它能够对按键操作命令和无水干烧、加热溢出等现象实时做出判断和响应，监控电路也及时有效地对死机现象做出了反应，整个工作过程流畅顺利，它的运行达到了最初的设计要求。由于整个工作过程完全采用程序控制，可根据不同的硬件和要求，很容易通过调整相关的指令和时间常数等，实现最佳的运行效果。该产品已投入市场，受到了消费者的欢迎。

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