家用智能豆浆机-(编辑修改稿)

家用智能豆浆机-(编辑修改稿)内容摘要：

其大小因材料构成而异，最大甚至可达 5K/℃，因此在较大的温度范围内应用式（ ）时，将会与实测值之间存在一定误差。 本系统中使用的 NTC 热敏电阻的参数为： 25℃时的阻值为 22K， B 值为 4200，代入式（ 24）可以求得 RT为 时的温度为 75℃。 当温度小于 75℃时，热敏电阻的阻值大于 ，此时负端输入电压低于正端输入电压，输出为高电平，当温度高于 75℃时，热敏电阻的阻值小 ，此时负端输入电压高于正端输入电压，输出为低电平，停止加热，开始打浆。 75 度检测电路如图 23 所示： 图 23 75℃检测电路 山东轻工业学院 2020届本科生毕业设计（论文 ） 6 传感器的选用 要测量壶中水的温度，需要体积小的温度计，而热敏电阻传感器的结构简单，体积小，电阻小，电阻率高，热惯性小，所以选它作为豆浆机的测温计。 传感器的工作原理 金属的导电是靠自由电子在电场的作用下作定向运动，当温度升高时，自由电子的数目基本不增加，只有自由电子做无规则运动的动能增加了。 由此，在一定电场作用下，使自由电子作定向运动就会遇到更多的阻力，即电阻值增加了。 而半导体参加导电的是载流子（为自由电子和空穴两种异性电荷），由于半导体中的载流子数目要比原子的数目少几千倍到几万倍，相邻自由电子之间的距离是原子之间距离的几十倍到几百倍，所以在一般情况下它的电阻值很大。 当温度升高时，半导体中更多的价电子获得热能而激发，挣脱核束缚成为载流子， 因而参加导电的载流子数目增加了，所以半导体的电阻值随温度升高而急剧减小，且按指数规律下降，呈非线性。 单片机处理电路的设计与选用 随着科学技术的不断发展，采用单片机控制的产品已经十分普遍，涉及的领域也越来越广泛。 在家电领域中，如豆浆机，它以单片机为核心，在单片机控制下，完成从预热、打浆、煮浆和报警等过程全自动化，使豆浆营养更加丰富，口感更加香泽。 单片机的选用 单片机种类繁多，使用较多的是 MCS51 系列。 美国 Microchip 公司推出的PIC 系列 8 位单片机是业界率先采用的精简指令集计算机（ RISC— Reduced Instruction Set Computer ) 结构，是一种具有高性价比的嵌入式控制器。 PIC系列单片机具有高速度、低工作电压、较大的输入输出直接驱动能力（可直接驱动 LED 负载）、低价一次性编程 (OTP— One Time Programanable ) 技术、低功耗、小体积等优点。 在全球各地，目前都可以看到 PIC系列单片机在办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子、金融电子等领域中的广泛应用。 我选用 PIC16C54 单片机，内含 512 12 位 EPROM， 25字节通用 RAM， 18引脚，内部自振式看门狗（ WDT），支持低成本的 RC 振荡，体积小，价格低廉，适合小家电智能控制。 单片机作用及组成 单片机自动控制豆浆机完成从预热、打浆、煮浆和报警整个工序，避免了繁 琐的手工操作。 山东轻工业学院 2020届本科生毕业设计（论文 ） 7 PIC16C54 主要资源： 512 12 位 EPROM 25字节通用 RAM 12 根双向 I/O线 TMRO 定时 /计数器 上电复位 POR 电路 复位定时器 自振式看门狗 WDT PIC16C54 采用 8 位宽的数据总线和 12 位宽指令总线相互独 立的哈佛( Harvard ) 结构，与其它一些单片机相比，程序代码更紧凑，指令执行速度更快。 从引脚 OSC1 输入或振荡电路产生的时钟信号在内部经四分频产生四个不重叠的时钟 Q1， Q2， Q3， Q4。 程序计数器 PC 在每个 Q1节拍间加 1，指令在 Q4节拍从程序存储器中取出并锁存于指令寄存器中，在下一指令周期被译码并执行。 因此，在程序执行过程中，取指令与执行指令可重迭进行，即当一条指令被执行时，下一条指令已从程序存储器中读出。 其时钟指令时序如图 24所示： 图 24 时钟、指令时序 单片机的结构、引脚 及功能 （ 1） PIC16C84 单片机 结构如图 25 所示 图 25 PIC16C54 单片机结构 山东轻工业学院 2020届本科生毕业设计（论文 ） 8 （ 2）单片机的引脚： RA0RA3：可位控 4位双向 I/O 口，输入为 TTL 电平。 RB0RB7：可位控 8位双向 I /O 口，输入为 TTL 电平。 T0CKI：定时器 /计数器 TMR0 的外部触发计数信号输入端。 软件定 TMR0 为计数器时，此引脚上的信号上升沿或下降沿用于计数，可通过软件设置 OPTION寄存器相应的控制位选择触发边沿，当 TMR0 为内部时钟源时，该引脚当接 VDD或 VSS，以减少功耗。 MCLR：当为低电平时，单片机复位 VSS：地端 VDD：电源电压 OSC1：振荡信号输入端 OSC2: 振荡信号输出端 （ 3）单片机内部功能，如图 26所示： 图 26 PIC16C54 单片机内部功能 山东轻工业学院 2020届本科生毕业设计（论文 ） 9 缺水、沸腾溢出电路设计 缺水、沸腾溢出电路的作用及组成 ① 缺水、沸腾溢出电路的作用是以传感器作为信息采集系统的前端单元来控制豆浆机缺水时干烧和沸腾溢出等问题。 ② 缺水、沸腾溢出电路由碳膜湿敏传感器、单片机和电阻组成。 在绝缘的聚苯乙烯基片上制备两个电极，而后在电极之 间喷涂一层含有碳粉粒的有机胶状纤维素湿膜，便构成了碳膜湿敏传感器。 湿敏膜由下列材料组成： 1）碳粉粒。 碳粉粒的直径约为 ，主要用来构成连接两电极的导电网。 2）水溶性粘合剂。 粘合剂一般选用体积随温度变化而变化的粘接剂材料，如纤维乙醚等。 它的主要作用是用来固定碳粉粒。 3）湿润性可塑剂。 可塑剂的作用是使粘合剂的亲水性增加。 4）分散剂。 分散剂的功能在于使碳粉粒芬散均匀。 当碳膜湿敏电阻器吸湿后，由于体积增大使碳颗粒的密度降低，碳颗粒之间的距离增加，从而造成电阻值的增大；当干燥时，湿 敏膜脱水收缩，碳颗粒之间的距离减小，从而又使电阻值变小。 其碳膜湿敏传感器形状如图 27 所示： 图 27 碳膜湿敏传感器 缺水、沸腾溢出电路 工作原理 PG 是装在豆浆机搅拌壶底的参考地电极，经 R10（ 100Ω ）接地。 PW 是装在搅拌壶中部的缺水检测电极， PF 是装在搅拌壶顶部的沸腾溢出检测电极。 正常工作时， PW 和 PG 被水淹没， PW 和 PG 之间的电阻很小， RA0 脚输人低电平；若缺水， PW 露出水面，与 PG 之间的电阻很大，此时 RA0脚输人高电平，加热管、马达均不工作，从而实现缺水保护，同时蜂 鸣器发出急促报警声。 用软件检测RA0 脚的输人电平，便知豆浆是否缺水。 用同样方法可检测豆浆是否沸腾溢出。 豆浆沸腾之前， PF 远离水面， PF 和PG 之间的电阻很大， RA1 脚为高电平，当泡沫上升，接触到防溢电极时， PF 和山东轻工业学院 2020届本科生毕业设计（论文 ） 10 PG 之间电阻较小， RA1 脚转为低电平，用软件检测 RA1 脚的输人电平，便知豆浆是否沸腾溢出。 缺水、沸腾溢出检测原理如图 28所示。 图 28 缺水、沸腾溢出检测电路 报警电路设计 报警电路的作用是通过蜂鸣器发出声音信号，提示主人豆浆已经煮好。 声音信号电流从 单片机的 PB4脚输入到三极管 T4，使功率放大，以驱动蜂鸣器 B2发出声音。 报警电路如图 29所示： 图 29 报警电路 报警电路由单片机 PIC16C5电阻 R三极管 T与蜂鸣器 B2组成。 通过事先编写的程序，在单片机的控制下，系统开始工作，当加热完成后，单片机RB4 脚自动输出一个高电平，通过电阻 R4使三极管 T4饱和导通，于是蜂鸣器 B2发出报警声，提示主人加热完成。 磨浆及加热电路设计 磨浆电路的作用是通过电机，把豆子搅拌成粉沫。 加热电路的作用是通过加热管，把搅拌成粉沫的豆子加热煮熟。 单片机 输出电流经三极管放大，以此驱动继电器闭合，使电机转动，将豆子山东轻工业学院 2020届本科生毕业设计（论文 ） 11 搅拌成粉粒。 同理，使加热管把东西煮熟。 磨浆及加热电路由继电器 K K2，三极管 T T3，电阻 R1 R16，电容 C C7以及二极管 D D2，单片机 PIC16C54 组成。 当按下加热键 HEAT 时，赋给 RA3 一个低电平，软件检测到 PA3 变为低电平后，赋给单片机 RB6 脚一个高电平，使三极管 T2饱和导通，电流流过继电器 K1，使 K1 闭合，于是电机开始磨浆。 在系统程序控制下，打浆按间歇方式进行。 电机运转 20 秒后，单片机 RB6 脚变为低电平，使三极管 T2截止 ，继电器 K1断开，电机停止工作。 间歇 10秒后，单片机 RB6脚又恢复为高电平，从而继续驱动电机工作。 如此循环 5次后磨浆结束，单片机RB5 脚变为高电平，使三极管 T3饱和导通，从而让继电器 K2闭合，电阻丝 R(HEAT)开始工作对豆浆加热。 当豆浆加热至 75℃ 时，单线数字温度传感器 DS1820 将温度信号传给单片机，单片机检测到这个信号后，使 RB5 脚变为低电平，三极管T3截止，继电器 K2断开，电阻丝停止加热。 磨浆及加热电路如图 210所示： 图 210 磨浆及加热电路 电源电路设计 电源是各种电子设备必不 可少的组成部分，其性质的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及能否安全可靠的工作。 目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。 随着集成电路的飞速发展，稳压电源也迅速实现集成化，市场山东轻工业学院 2020届本科生毕业设计（论文 ） 12 电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 + u2 ﹣ + u1 ﹣ + u3 ﹣ + uI ﹣ + u0 ﹣ 上已经出现各种型号的单片机集成稳压电路。 它和分立的晶体管电路比较，具有很多突出的优点，主要体现在体积小、重量轻、耗电省、可靠性高、运行速度快且调试方便、使用灵活，易于进行大量自动化生产。 电源的作用及组成 （ 1）电源的作用： 各种电子电路都需要用稳定的直流电源供电，由整流滤波电路可以输出较为平滑的直流电压，但当电网电 压波动或负载改变时，将会引起输出端电压改变而不稳定。 为了避免这个问题，滤波电路的输出电压还应经稳压电路进行稳压。 （ 2）电源的组成： 电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。 稳压电源的组成框图如图 211 所示： (a) 稳压电源的组成框图 (b) 整流与稳压过程 图 211 稳压电源组成框图及整流与稳压过程 1） 电源变压器： 是降压变压器，它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 2） 整流电路： 利用单向 导电元件，把 50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3） 滤波电。