基于单片机的自动豆浆机控制电路设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于单片机的自动豆浆机控制电路设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

计以至于完成整个豆浆机控制系统的设计。 豆浆第一次沸腾后，本机防溢功能自动启动，进入延煮过程。 电热器间歇加热，使豆浆充分煮熟并防止溢出。 防溢延煮约 8 分钟结束。 工作结束后，机器发出声光报警，提示豆浆已经做好。 此时关闭开关、拔下电源插头后，即可准备饮用豆浆。 注：豆浆机的防干烧功能在工作过程中，自动启动。 按照上述对豆浆机控制系统的要求，完成豆浆机控制系统设计的流程图后，对单片机进行软件设计的编程来配合硬件的设计以至于完成整个豆浆机控制系统的设计。 河南工业职业技术学院毕业设计（论文） 5 第四章 豆浆机控制系统的硬件设计 电源电路设计 电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能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。 随着集成电路飞速发展，稳压电路也迅速实现集成化市场上已有大量生产各种型号的单片机集成稳压电路。 它和分立晶体管电路比较，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 各种电子电路都要求用稳定的直流电源供电，由整流滤波电路可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。 为了获得稳定的输出电压，滤波电路的输出电压还应该经稳稳压电路进行稳压。 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。 电源变压器：将电网提供的 220V 交流电压转换成为各种电路设备所需的交流电压。 整流电路：利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。 滤波电路：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。 稳压电源：利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压。 变压器容量、整流二极管的计算与选择 据整流原理，因为 UO=，则可以得到 U2=UO/=5v/≈。 在考虑到变压器、绕组损耗 （压降）和整流二极管的压降，在 T程中必须再在上述基础上增加 5%，即U2=5. 56*(1+5%)≈ ，整流二极管的承受最大的反向电压 UDl=21/2U2≈ ，因为稳压器的最大电河南工业职业技术学院毕业设计（论文） 6 流是 3A，所以流过二极管的最大电流 ID1=1/2Ii==； D2中的四个二极管的耐压值至少应该为8. 24V，允许流过的最大电流为。 由于变压器输入的电压是 220V ， 而 副 线 圈 输 出 的 电 压 时 12V ， 故 有 线 圈 匝 数N= 2/1UU = 12/220 ==。 变 压 器 副 边 的 有 效 值 :I2=*=. 变 压 器 的 容 量 ：S=UI=*=。 电源工作原理 整个电源电路如图 所示，控制电路采用变压器降压、晶体二极管整流等方法获得工作电源。 当电源接入 220V 交流电， TR1 开始对 220V 交流电进行降压，从次级输出 12V左右的低压交流电，从而适应电路的使用要求。 整流硅对次级输出的交流电进行桥式整流，再由 E C2 进行滤波，已形成较平滑的直流电，送给三端集成正输出稳压器 78L05 进行稳压调整。 经 78L05 稳压作用后输出 +5V 的直流电压，经 EC3 滤波后输出纹波很低的 +5V 电压，作为单片机的工作电源，以保证单片机工作时的稳定和可靠。 图 豆浆机控制系统的电源电路 桥式整流电路简介 桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。 桥式整流电路 图如图 ，它的 工作原理如下 :输入 为正半周时 ， 对 D D3加正向电压 ， Dl、 D3 导通。 对 DD4 加反向电压 ,D D4 截止。 电路中构成 ab、 D R、 D3 通电回路 ， 在 R上形成上正下负的半波整洗电压 ,输入 为负半周时 ， 对 D D4 加正向电压 ， D D4 导通 ； 对 D D3 加反向电压 ， D D3 截止。 电路中构成 ab、 D R、 D4 通电回路 ,同样在 R上形成上正下负的另外半波的整流电压。 图 河南工业职业技术学院毕业设计（论文） 7 如此重复下去 ,结果在 R 上便得到全波整流电压。 其波形图和全波整流波形图是一样的。 从图 中还不难看出 ， 桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值 ， 比全波整流电路小一半。 桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。 半波整流 利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。 桥式整流器利用四个二极管，两两对接。 输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 稳压器的选用 集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。 由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显著优点，在各种电源电路 中得到了普遍的应用。 常用的集成稳压器有：金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。 在电子制作中应用的较多的是三端固定输出稳压器。 78XX 系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、18V、 24V 等规格，最大输出电流为。 它的工作原理：取样电路将输出电压按比例取出，送入比较放大器与基准电压进行比较，差值被放大后去控制调整管，以使输出电压保持稳定。 它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度飘逸 小的基准电压源，工作稳定可靠。 78XX 系列集成稳压器为三端器件，一脚为输入端，一脚为接地端。 一脚为输出端，使用十分方便。 在此设计中我选用的是 78XX 系列中的 78L05，它能够提供多种固定的输出电压，应用范同广。 内含过流、过热和过载保护电路。 带散热片时，输出电流可达 1A，虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。 在本设计中就是利用它把 12V 的直流电压变成 5V 的稳定电压给单片机提供电源，以确保正常工作。 稳压器简介 78L05 是一种固定电压 (5V)三端集成稳压器 ,其适用于很多应用 场合 .象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在 卡调节 .此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源 ,如可驱动输出电流高达 100 毫安的稳压器。 图 为几种三端集成稳压器。 河南工业职业技术学院毕业设计（论文） 8 . 图 其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况。 当用于替代传统的齐 纳二极管 电阻组的时候 ， 其输出阻抗得到有效的改善 ,其偏置电流大大减少。 78L05 特性 ： * 三 端稳压器 ； * 输出电流可达到 100mA； * 无需外接元件 ； * 内部热过载保护 ； * 内部短路电流限制 ； * 从 2020 年底开始，提供的各类封装形式 ， 均为无铅封装产品。 78L05 应用须知 ： * 如果稳压器离电源滤波器有一段距离 ,Cin 是必需的 ； * Co 对稳定性而言是可有可无的 ,但的确能够改善瞬态响应。 78L05 典型线路图 （图 ） : 河南工业职业技术学院毕业设计（论文） 9 图 注 :（ 1）为确定输出电压值 ， 请选择电压值后缀（ xx) (2)为获得最佳的稳定性和瞬态响应 ， 建议使用旁边电容并尽量可能挨着电路安装。 单片机的选用 单片机的种类较多，本设计选用的是 AT89C52 芯片控制 . AT89C52是由 ATMEL 公司生产的属于 51 系列单片机的一个型号。 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为提供许多较复杂系统控制应用场合。 单片机的简介 （ 1） AT89C52 主要性能参数： 兼容 MCS51 指令系统 ， 8k可反复擦写 (1000 次） Flash ROM 32 个双向 I/O 口， 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 ， 时钟频率 024MHz 2 个串行中断 ， 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 ， 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 ， 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 ， 软件设置睡眠和唤醒功能 （ 2） AT89C52 的引脚功能： AT89C52 是 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8XC52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制 ，会聚测试图控制，红外遥控信号IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。 AT89C52 的引脚图如图 1 所示， 主要管脚有： XTAL1（ 19 脚）和 河南工业职业技术学院毕业设计（论文） 10 XTAL2（ 18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 VCC（ 40 脚）和 VSS（ 20 脚）为供电端口，分别接 +5V电源的正负端。 P0~P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中 ， P0 端口（ 32~39 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1的相应功能管脚相连接， 13 脚定义为 IR输入端， 10 脚和 11脚定义为 I2C总线控制端口，分别连接 N1 的 SDAS（ 18 脚）和 SCLS（ 19 脚）端口， 12 脚、 27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 图 1 单片机 AT89C52 的引脚图 在本设计中温度传感器，磨浆及加热电路，沸腾检测电路及报警电路等和单片机连接时，只用了 P1 口和P3 口，首先 通过 单片机中的 CPU 将 口变成高电位，使发光二极管 D4 发光显示，以示电源电路正常，单片机开始工作。 在对水位进行检测时， 和 都是作为输入端，单片机的 CPU 就是通过检测这两个端口的高低电位来对水位和沸腾溢出进行检测的。 加热时，因为温度传感器为单线智能数字传感器， 口只是作为常用的输入端口和 CPU 进行数字传输。 当进行加热和打浆时， 和 作为输出端口，与三极管组成一个驱动控制电路，当程序给一个加热或打浆信号时，这两个端口相应的变成高电位使三极管饱和导通继而驱动继电器工作。 报警电路 和单片机端口组合时，单片机的端口同样也是作为一个输出端口来使用的。 河南工业职业技术学院毕业设计（论文） 11 温度检测电路的设计 当豆浆机正常工作时，需要先加热到 80度左右的温度，然后停止加热继续下一步的工作，所以这就需要一个温度传感器来检测水温，这里我选用的是 DS18B20 智能温度传感器，选择它是因为它的测温系统简单，测温精度高，连接方便，占用口线少，转换速度快，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本。 温度传感器 DS18B20 简介 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。 与传统的热敏电阻相比 ，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～ 12位的数字值读数方式。 可以分别在 ms 和 750 ms内完成 9位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写 ,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。 因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。 他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 （ 1） DS18B20 的特性 独特的单线接口，只需一个接口引脚即可通信 多点能力使分布式温度检测应用得以简化 不需要外部元件 可用数据线供电 不需要备份电源 测量范围从 55℃至 +125℃，增量值为 ℃。 以九位数字值方式读出温度 在一秒（经典值）内把温度变换为数字 用户可以定义的，非易失性的温度变换为数字 告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之 外的器件（温度警告情况） 应用范围包括恒温控制，工业。