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1、目 錄 一、緒論 （一）課題的研究目的和意義 2 （二） 課題的背景和現(xiàn)狀 2 二、系統(tǒng)的整體結構設計 3 （一）機械部分的介紹 3 2.1.1水箱系統(tǒng) 3 2.1.2磨漿系統(tǒng) 4 2.1.3磨漿系統(tǒng) 5 （二）豆?jié){機的制漿工藝及控制系統(tǒng)主要功能簡介 5 2.2.1制漿工藝流程 5 2.2.2商用豆?jié){機控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能 6 （三） 控制系統(tǒng)的設計思路 6 三、控制系統(tǒng)的硬件設計 7 （一）時鐘電路設計 7 （二）存儲電路設計 8 （三）鍵盤/顯示電路設計 8 （四）USB接口電路設計 9 （五）電機電流檢測電路設計 9 （六）液位檢測電路設計

2、10 （七）電源電路設計 10 （八）電器隔離部分電路設計 10 四、控制系統(tǒng)的軟件設計 11 （一）制漿工藝流程的程序設計 11 4.1.1軟件環(huán)境介紹 12 4.1.2電機電流過載保護的程序設計 12 （二）上位機界面的軟件設計 12 （三）授權調試參數(shù)的設計 12 五、系統(tǒng)的安裝與調試 13 （一）整體設備安裝 13 （二）調試及結果 13 六、總結與展望 14 （一）總結分析 14 （二）未來展望 14 致謝 16 參考文獻 17 基于單片機的豆?jié){機控制系統(tǒng)設計說明 摘要：豆?jié){逐漸成為人們生活中的重要飲食，對人體健

3、康有很大的好處。以前是采用傳統(tǒng)的石磨方式來磨出豆?jié){，如今，人類已經發(fā)明出豆?jié){機，制造工藝的技術也越來越成熟。現(xiàn)如今，我國的豆?jié){機的生產展現(xiàn)出多樣化的趨勢，市場份額也在逐漸增長。就我國市場上銷售的額豆?jié){機來看，其主要的控制系統(tǒng)所使用的中央處理部件就是PLC，這一設計具有可靠性和穩(wěn)定性的特性，相對而言，制造成本也就要高一些。 因此，對不同客戶不同需求的滿足角度出發(fā)，本篇論文以降低豆?jié){機的生產成本為目的，設計研發(fā)了一款以單片機為核心的商用豆?jié){機控制系統(tǒng)。在硬件的設計上，我們設有時鐘、儲存、顯示、USB接口、液位檢測、電流檢測、電氣隔離等電路。以節(jié)約成本為設計基礎，在最大限度上保障了系統(tǒng)的可

4、靠性和穩(wěn)定性。另外，該系統(tǒng)還有一個很突出的特點，就是可以很輕便的對外租賃，我們將租賃時限寫入豆?jié){機控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了對商用豆?jié){機的租賃時間的控制，時間到了就無法繼續(xù)使用。 關鍵詞：商用豆?jié){機；USB接口；對外租賃 Design Explanation of Control System of Soybean Milk Machine Based on Single Chip Microcomputer Abstract: Soybean milk has gradually become an important diet in people's lives， which is of

5、great benefit to human health. In the past， the traditional stone milling method was used to grind Soybean milk. Nowadays， human beings have invented soybean milk machine， and the manufacturing technology is becoming more and more mature. Nowadays， the production of soybean milk machine in our count

6、ry shows a diversified trend， and the market share is also growing gradually. From the point of view of the soybean milk machine sold on the market in our country， the central processing unit of its main control system is PLC. This design has the characteristics of reliability and stability. Relativ

7、ely speaking， the manufacturing cost is higher. Therefore， in order to reduce the production cost of soybean milk machine， this paper designs and develops a control system of commercial soybean milk machine based on microcontroller. In hardware design， we have clock， storage， display， USB interface

8、， liquid level detection， current detection， electrical isolation and other circuits. On the basis of cost saving， the reliability and stability of the system are guaranteed to the greatest extent. In addition， the system also has a prominent feature， that is， it can be easily leased to other countr

9、ies. We write the lease time into the control system of soymilk machine， so as to achieve the lease time control of commercial soymilk machine， which can not continue to use when the time comes. Keywords:Commercial soymilk machine; USB interface; External leasing 一、緒論 豆?jié){逐漸成為人們生活中的重要飲食，對人體健康有很大的

10、好處。以前是采用傳統(tǒng)的石磨方式來磨出豆?jié){，如今，人類已經發(fā)明出豆?jié){機，制造工藝的技術也越來越成熟?，F(xiàn)如今，我國的豆?jié){機的生產展現(xiàn)出多樣化的趨勢，市場份額也在逐漸增長。就我國市場上銷售的額豆?jié){機來看，其主要的控制系統(tǒng)所使用的中央處理部件就是PLC，這一設計具有可靠性和穩(wěn)定性的特性，相對而言，制造成本也就要高一些。 作為一種既經濟又健康的食品，豆?jié){是越來越受到現(xiàn)代人們的歡迎了。本文將以單片機為核心控制部件的智能型全自動家用豆?jié){機做詳細的功能、電路設計等方面的介紹，本次課題所涉及的豆?jié){機在操作時可選擇單獨粉碎、單獨煮漿或全自動運行，所采用的模糊控制技術，集打漿、煮漿、保護、警示于一體，能夠方面快捷

11、的制作出美味可口又健康的豆?jié){。 因此，對不同客戶不同需求的滿足角度出發(fā)，本篇論文以降低豆?jié){機的生產成本為目的，設計研發(fā)了一款以單片機為核心的商用豆?jié){機控制系統(tǒng)。 （一）課題的研究目的和意義 通常狀況下，傳統(tǒng)的豆?jié){機是不能同時進行加熱和打磨兩種操作的，這樣的話，用戶想要喝到熱乎的豆?jié){就需要等待很長時間。因此，本文針這種傳統(tǒng)豆?jié){機的弊端，將豆?jié){機中的加熱和打磨兩個電路連接在一起，配用大功率的電機來提高豆?jié){機的工作效率，然后豆?jié){機在煮漿過程中，通過調節(jié)電機的工作效率來保證豆?jié){的口味，從而達到本次課題的設計目的。 本系統(tǒng)設計的是一個可以控制定時開關的商用可租賃豆?jié){機。目前市面上在售的都是一些定

12、時30min或15min而不能任意進行定時設置的豆?jié){機。然而本設計可以自行調節(jié)控制設置需要使用的時間，系統(tǒng)通過倒計時的方式進行時間的計算，當預先設置的時間達到時，單片機就會控制豆?jié){機自動開啟，這樣人們就不用每天早起來制作豆?jié){，節(jié)省了人們很多時間，尤其是對上班族來說又省時又省事。而且這款豆?jié){液也非常的節(jié)能，當豆?jié){煮熟以后他就會自動停止運作，然后進行保溫或者斷電。 （2） 課題的背景和現(xiàn)狀 一直以來，豆?jié){機在食品料理機市場一直占據著主導地位，但隨著近兩年中國國情的發(fā)展，國內市場對豆?jié){機需求顯然沒有之前那么旺盛了，導致現(xiàn)在的豆?jié){機市場占比在逐年下降。相比較另外兩個食品料理機的市場，榨汁機及攪拌機

13、卻是在逐步增長，并且該料理機的廠商也在不斷提升自身在整體市場的地位，這一現(xiàn)狀，使得食品料理機的主要產品類型之間有了很大的變動。 到2014年末，經過相關部門的計算，豆?jié){機在國內市場的累計銷量已經突破了1.4億臺。作為以城鎮(zhèn)市場為主的豆?jié){機產品，這意味著總共2億多戶城鎮(zhèn)家庭中已經有1億多戶購買了豆?jié){機，市場飽和度高達50%，這對于一個非生活必需品來說，顯然發(fā)展已經到達了極高的程度。 二、系統(tǒng)的整體結構設計 （一）機械部分的介紹 對于本文所設計的豆?jié){機的控制系統(tǒng)，我們首先對市場上的商用豆?jié){機的總體結構做了一個初步的研究和認識。制作豆?jié){所需要的材料是水喝泡好的黃豆，我們需要做的是將泡好的黃豆

14、和水一起放入豆?jié){機里面，然后啟動豆?jié){機，豆?jié){機就會用特制的旋轉刀片以很快的速度削割打磨黃豆，直到將黃豆打磨成豆?jié){，再將打磨好的豆?jié){加熱煮熟。根據這個豆?jié){機的運作流程，商用豆?jié){機的機械結構部分，設計了打磨豆?jié){系統(tǒng)，熬漿系統(tǒng)，和提供水源來泡黃豆制漿的水箱系統(tǒng)。 2.1.1水箱系統(tǒng) 在商用豆?jié){機的機械設計部分中，水箱系統(tǒng)是為該豆?jié){機提供水源的系統(tǒng)，他是由水箱、自動水閥、水位傳感器、溫度傳感器、電加熱器、水泵等部分組成的。各個部分的功能解釋如下： ①水箱 所采用的材質是不銹鋼，是用來盛放打磨黃豆時所需要的水的裝置，他根據豆?jié){的打磨產量的不同，水箱的容量也會有所不同。 ②自動水閥 他是一個水

15、箱的進水口裝置，他由電信號控制而打開或關閉閥門，豆?jié){機在工作時就會用塑料管將其與水源相連接，等到閥門打開時，就會將水注入到水箱中。 ③電加熱器 緊貼在水箱側壁的裝置，它的作用就是江水相中所裝入的水進行加熱作用。 ④水泵 它的作用是將水箱中的水源抽取到磨漿桶內，然后和黃豆進行混合，再進行打磨。 ⑤水位傳感器和溫度傳感器 水位傳感器是一個浮球型的傳感器，當頁面達到傳感器能感受到的位置時，浮球就會順勢浮起，使傳感器產生關閉的信號，水位傳感器由上水位和下水位傳感器兩者組合而成，分別指示水箱中的最高點和最低點兩處的水位界限。 溫度傳感器蠶蛹了90℃常閉雙金屬片突跳溫控器，他的工作原理是將雙

16、金屬片制作成碟形的部件，受熱產生并積累能夠位移的能量，一旦溫度達到90℃，就會克服抗度反響突跳，通過機構作用使觸電迅速分斷，從而自動斷開電路，當溫度降低時，雙金屬片又會突跳恢復，使觸電閉合，自動解除電源，從而達到溫度控制的目的。 2.1.2磨漿系統(tǒng) 在該豆?jié){機的機械部分中，磨漿系統(tǒng)由磨漿桶、石碾磨粉碎系統(tǒng)、電動網、磨漿桶頂防溢探頭、回漿管、抽漿管、電機等組合而成。該系統(tǒng)的各個部分功能介紹如下： ①磨漿桶 這是用來盛放水和黃豆的裝置，是金屬材質的，它的形狀像一個漏斗，上粗下細。 ②石碾磨粉碎系統(tǒng) 它位于磨漿桶的下部，主要部分是螺旋削割刀片，當電機轉動的時候，刀片也會隨之轉動，并且高速

17、運轉，將水和黃豆混合攪拌打碎打磨，最后制成豆?jié){。該系統(tǒng)還可以產生渦流，也就是產生抽取豆?jié){的動力，將豆?jié){抽取到電動閥處。 ③電機 它的作用是帶動削割刀片旋轉，打磨豆子。電機有兩種轉向，分別是正轉和反轉，可以帶動刀片順時針或逆時針旋轉，使豆子打磨得均勻徹底。 ④抽漿管、回漿管 抽漿管是由電動閥的一端連接至熬漿桶處的塑料管，作用是使磨好的豆?jié){流入熬漿桶，進行蒸煮。豆?jié){的抽取動力來自于石碾磨粉碎系統(tǒng)產生的渦流。 回漿管則是由電動閥的另一端連接至磨漿桶處的塑料管，作用是使豆?jié){流入磨漿桶，再次打磨。 ⑤電動閥 電動閥的兩端分別連接抽漿管和磨漿管，第三端連接至石碾磨粉碎系統(tǒng)。工作時，連接至抽漿

18、管的端口默認關閉，即豆?jié){從電動閥流向抽漿管的路徑是關閉的，此時豆?jié){被抽取至回漿管，從磨漿桶的頂部流回磨漿桶內繼續(xù)打磨。當電動閥打開時，豆?jié){從電動閥流向回漿管的路徑被關閉，此時豆?jié){被抽取至抽漿管，從熬漿桶的頂部流入熬漿桶內進行加熱。 ⑥磨漿桶頂防溢探頭 金屬探頭，實時檢測磨漿桶內液體的水位，防止桶內液體溢出。 2.1.3磨漿系統(tǒng) 在商用豆?jié){機的機械部分中，熬漿系統(tǒng)由熬漿桶、熬漿桶頂防溢探頭、加熱盤等組成。各個部分的功能如下: ①熬漿桶 圓柱形不銹鋼桶。由磨漿桶打磨好的豆?jié){，經過抽漿管流入該桶內進行蒸煮。根據豆?jié){單次產量不同，熬漿桶可分為15L, 30L和60L等尺寸型號。 ②加熱盤

19、 位于熬漿桶底部的圓形加熱盤，和熬漿桶底嚴密配合，加熱方式與電加熱管相同。需要注意的是，若沒有和熬漿桶嚴密配合，則會致使熬漿桶底的局部溫度過高，熔化熬漿桶底。 ③熬漿桶頂防溢探頭 原理同磨漿桶頂防溢探頭，防止桶內液體溢出。 （二）豆?jié){機的制漿工藝及控制系統(tǒng)主要功能簡介 2.2.1制漿工藝流程 1、自動預熱 打開自動水閥進水，待水箱水位達到上水位后關閉水閥。啟動電加熱器，開始加熱，待溫控器彈片斷開時停止加熱，表示水溫己達到設定溫度(90士5'C ). 2、自動磨漿 a.打開水泵，抽取水箱內的熱水至磨漿桶，達到規(guī)定的水位時關閉水泵，停止加水。 b.打開三通閥的抽漿閥門，此時回漿

20、閥門關閉。在規(guī)定的時間內，電機持續(xù)正轉或反轉打磨豆?jié){，豆?jié){被抽至熬漿桶。同時，開啟熬漿桶底部加熱盤，開始加熱熬漿桶。 c.關閉三通閥的抽漿閥門，此時回漿閥門打開，在規(guī)定的時間內，電機持續(xù)正轉或反轉打磨豆?jié){，豆?jié){經回漿管流回磨漿桶繼續(xù)打磨。 d.關閉電機。打開水泵，給磨漿桶內補水至規(guī)定的水位時關閉水泵，停止加水。 e.打開三通閥的抽漿閥門。在規(guī)定的時間內，電機持續(xù)正轉或反轉打磨豆?jié){，豆?jié){被抽至熬漿桶。 如此往復循環(huán)，直至磨漿桶內的豆子全部磨完。此時豆?jié){全部流入熬漿桶內，熬漿桶底加熱盤自開啟后持續(xù)加熱，蒸煮豆?jié){。 3、自動熬漿 第一次抽漿注入熬漿桶時，加熱盤開始工作。磨漿期間若豆?jié){沸騰

21、達到液位傳感器探頭位置則停止加熱;當液位離開探頭時，繼續(xù)加熱。自動磨漿過程結束后，繼續(xù)蒸煮豆?jié){。每當豆?jié){沸騰至液位傳感器探頭位置則停止加熱，過一段時間繼續(xù)加熱。如此反復幾次后，豆?jié){就可以飲用了。 4、自動清洗 首先開啟自動水閥，待水箱加滿水時關閉。水泵抽取水箱中的水注入磨漿桶，至液位傳感器探頭時停止加水。電機開始反轉，一段時間后，打開抽漿閥門，電機改為正轉，以徹底洗凈刀片中的殘渣。如此反復2-3遍。 除上述四種工藝流程外，還有自動保溫、自動加水、手動磨漿、手動加水及人工加水等流程。 2.2.2商用豆?jié){機控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能 (1)人機界面可指示當前工作狀態(tài)。如:磨漿、熬漿等。

22、(2)可以記錄和顯示豆?jié){機的工作次數(shù);可以顯示當前時間和制作豆?jié){的時間。 (3)按下人機界面的按鍵實現(xiàn)相應的功能。如:全自動制漿、自動清洗等。 (4)可用于租賃。一旦租賃時間到達，租賃的豆?jié){機就無法使用了。 (5)當電機電流過載時，系統(tǒng)可以自動判斷并切斷電路，從而使電機的損害無法進一步擴大。 (6)可清除豆?jié){機的工作次數(shù)及租賃時間的限制，即系統(tǒng)清零保養(yǎng)。 (7)自動熬漿、自動保溫等流程結束后，豆?jié){機自動報警告知用戶。 （3） 控制系統(tǒng)的設計思路 要實現(xiàn)上述豆?jié){機的工藝流程及其功能，需要考慮以下電路的設計:CPU的選擇，時鐘電路、存儲電路、鍵盤顯示電路、USB接口電路、電源電路、各

23、種檢測電路、報警電路及繼電器控制電路的設計。 (1)設計時鐘電路可以保證當前時間能夠準確實時的顯示，并為對外租賃豆?jié){機提供保障。 (2)設計存儲電路可以存儲制漿次數(shù)以及租賃的期限，也是對外租賃不可缺少的一部分電路。 (3)設計鍵盤/顯示電路是為用戶提供豆?jié){機的人機界面。 (4) USB接口電路設計的目的即是用來對外租賃的。上位機將設定好租賃期限的文件寫入U盤后，CPU需要讀取U盤中的文件。USB接口電路可以實現(xiàn)這一目的，從而達到對外租賃的限時效果。上位機軟件的設計將在第四章講述。 (5)該系統(tǒng)需用SV及12V直流電源供電。電源電路可以自行設計，也可以直接選用5V和12V兩路隔離輸出的

24、開關電源。 (6)設計各種檢測電路主要是為了實時檢測系統(tǒng)的水位、溫度以及電流的變化。這個檢測只需要檢測結果，無需檢測變化過程的快慢。因此，系統(tǒng)無需設計反饋電路，只需要設計成開關電路即可。 (7)當某個工藝流程結束時蜂鳴器鳴響，提醒用戶流程已結束，因此系統(tǒng)需要設計報警電路。 (8)由于單片機系統(tǒng)使用電壓為5V，而豆?jié){機的負載均為220V用電設備，所以二者之間需要進行電氣隔離。設計繼電器控制電路可以達到良好的隔離效果，使系統(tǒng)運行起來安全穩(wěn)定。 三、控制系統(tǒng)的硬件設計 （一）時鐘電路設計 商用豆?jié){機工作時需要實時顯示年、月、日、時、分、秒等時間信息，因此需要設計時鐘電路?？蛇x擇的串行時鐘

25、芯片有很多，如PCF8563, DS1302等。這些芯片因接口簡單、價格低廉、使用方便而被廣泛地采用。 本設計采用的是Dallas公司生產的DS 1302。它是一款具有涓流充電能力的實時時鐘芯片，具有以下性能特點[13]. (1)可以對2100年之前的年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調整。 (2)僅需三根線就可以與CPU之間簡單地采用同步串行的方式進行通信，三根線分別為:#RES(復位)、I/O(數(shù)據)、SCLK(串行時鐘)。串行v0口方式使得管腳數(shù)量大大減少。 (3)內部有一個31X8位暫存數(shù)據RAM寄存器。 (4)讀寫時鐘或RAM數(shù)據時，有兩種傳

26、送方式:單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送。其中多字節(jié)傳送最多以31個字節(jié)的字符組方式進行通信。 (5)外接32.768kHz晶振。 (6)工作電壓為2.0-5.5V. (7)雙電源管腳，VCCl為備用的涓流充電電源，VCC2為主電源。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電。當VCC2大于VCCl約0.2V以上時，VCC2給DS1302供電。反之，由VCC 1供電。因此，在主電源關閉的情況下，DS1302也能保證時鐘的連續(xù)運行。VCC 1可選用3.6V紐扣式充電電池作為備用電池，以保證時間連續(xù)。 (8)工作時功耗很低，保持數(shù)據和時鐘信息時功率小于1mw。 DS1302的控制字節(jié)的最高

27、有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為。，則不能把數(shù)據寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據，為1表示存取RAM數(shù)據;位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位。)如為。表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據被寫入DS1302，數(shù)據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS 1302的數(shù)據，讀出數(shù)據時從低位0到高位7。 （二）存儲電路設計 商用豆?jié){機需要記錄制漿的次數(shù)和租賃的時間，所以針對此，我們需要設計出存儲電路，該電路的特點如下： (1)

28、內部含有256個8位字節(jié)，即2KB存儲空間。16字節(jié)頁寫緩沖器。 (2)支持IZC總線數(shù)據傳送協(xié)議，有一個專門的寫保護功能。 (3) 1.8V到6.0V工作電壓范圍，低功耗CMOS技術，可保存數(shù)據100年。 (4)不僅占用了很少的vo線，體積也很小，還具有抗干擾能力強、數(shù)據掉電不丟失等特點。 （三）鍵盤/顯示電路設計 商用豆?jié){機的人機交互界面需提供按鍵、LED指示、數(shù)碼管顯示三部分功能，為此要設計鍵盤/顯示電路。其中有12個按鍵，用來控制所有的豆?jié){機工作流程;7個LED指示燈，用來指示豆?jié){機的工作狀態(tài);6位共陽極數(shù)碼管，用來顯示實時時間或制漿時間等。此部分是商用豆?jié){機的外觀部分，即用

29、戶直接看到的人機交互界面部分。因此設計上把這一部分與CPU電路板隔開分成兩塊電路板來做。 為了進一步降低成本，設計上沒有使用專用的鍵盤顯示驅動芯片，而是使用了2個74HC573鎖存器，其輸入和標準一CMOS輸出是兼容的。當鎖存器使能端為高電平時，輸入與輸出同步;當鎖存使能端變低電平時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據會被鎖存。 （四）USB接口電路設計 設計的商用豆?jié){機主要用于租賃，租賃期間豆?jié){機可正常使用，一旦超出租賃時間，豆?jié){機無法再啟動運行。而租賃時間不是一成不變的，需要實時寫入或擦除。這就需要外部設備來實現(xiàn)。U盤是如今比較方便攜帶和存儲數(shù)據的外部設備，因此設計上選用了U盤作為外部設備

30、。接下來是設計如何讀寫U盤中的數(shù)據。 設計上選用了南京沁恒公司生產的CH376芯片。CH376是文件管理控制芯片，用于單片機系統(tǒng)讀寫U盤或者SD卡中的文件。它具有如下特點： (1)支持USB設備方式和主機方式，并且內置了USB通訊協(xié)議的基本固件、處理海量存儲設備的專用通訊協(xié)議的固件、SD卡的通訊接口固件以及FAT 16和FAT32文件系統(tǒng)的管理固件，支持常用的USB存儲設備，包括U盤、USB硬盤、USB閃存盤、USB讀卡器和SD卡。兼容USB V2.O。 (2)支持三種通訊接口:8位并口、SPI接口及異步串口，單片機控制器可以通過上述任何一種通訊接口控制CH376芯片，存取U盤或SD卡中

31、的文件或者與計算機通訊。 (3)支持USB設備的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。 (4)外圍電路十分簡單，僅需要晶振、電阻和電容。 (5)自動檢測USB設備的連接和斷開，提供設備連接和斷開的事件通知。 (6)提供文件管理功能:打開、新建或刪除文件、枚舉和搜索文件、創(chuàng)建子目錄、支持長文件名。提供文件讀寫功能:以字節(jié)為最小單位或者以扇區(qū)為單位對多級子目錄下的文件進行讀寫。提供磁盤管理功能:初始化磁盤、查詢物理容量、查詢剩余空間、物理扇區(qū)讀寫。 (7)支持5V電源電壓和3.3V電源電壓以及3V電源電壓，支持低功耗模式。 (8)提供SOP-28和SSOP20無鉛封裝，SOP-28封裝的引腳基

32、本兼容CH375芯片。 （五）電機電流檢測電路設計 商用豆?jié){機所用的電機在長期的工作過程中可能會出現(xiàn)過載、短路等故障。這就需要電流檢測電路對偶然發(fā)生的故障做出判斷。 該設計中采用電流互感器獲取電機電流信號，經過整流電路后變?yōu)橹绷餍盘?，再進行濾波，得到的電壓值與參考電壓進行比較。若高于參考電壓，電壓比較器輸出低電平，說明電機電流過載，通過CPU的P3.4口迅速切斷電氣執(zhí)行回路，從而避免故障的進一步擴大。 （六）液位檢測電路設計 商用豆?jié){機需要實時檢測系統(tǒng)的液位情況，以保障其正常完成制漿工藝流程。該液位檢測只需檢測結果，即液位是否到達傳感器位置，無需檢測液位變化過程的快慢。因此，設計上不

33、用考慮引入反饋電路，只需將電路設計成由電平信號控制的開關量信號電路即可。 第二章介紹了液位檢測系統(tǒng)有兩種方式:一種是檢測上水位和下水位的浮球開關;另一種是磨漿桶和熬漿桶頂部的液位探頭。 前者在液位上漲托起浮球時，連接浮球的兩根信號線開關將閉合，即兩根信號線導通。后者利用液體(豆?jié){或水)做導體，當液位上漲接觸到探頭時，探頭所接信號線與盛放液體的桶壁所接信號線導通。設計整個豆?jié){機外殼接12V電源，當探頭接觸液面后即導通12V電壓。例如:熬漿桶液位探頭與液面接觸后，導通12V電壓，該電信號使光禍PC817的發(fā)光二極管導通，從而使光敏三極管的集電極與發(fā)射極導通。默認高電平的P3.7口接地，變?yōu)榈碗?/p>

34、平，產生的信號變化反饋至CPU產生動作。 這兩種方式設計的電路能夠很好的起到電氣隔離效果，且開關量信號對于硬件和軟件的設計都比較簡單。 （七）電源電路設計 商用豆?jié){機需要兩路相互獨立的電源:DCSV/lA, DC12V/3A。其中，SV電源給CPU等芯片及其電路供電，而12V電源則供電給繼電器及蜂鳴器使用。設計上為了減少焊接工藝的時間，縮短控制系統(tǒng)生產周期，提高電源電壓的穩(wěn)定性，直接選用了SV與12V隔離的開關電源。 （八）電器隔離部分電路設計 由于現(xiàn)場環(huán)境及制漿時電機的高速旋轉會產生強烈的信號干擾，設計時采取了二級電氣隔離來達到抗干擾的目的。12V電源正是第二級隔離電路所使用的電源

35、。借鑒PLC的繼電器原理，器(二級隔離)，設計上使用了光禍來驅動繼電器(一級隔離)，再由繼電器驅動交流接觸用更加穩(wěn)定可靠，使單片機的弱電信號與220V電壓之間樹立了兩道堅實的屏障，實際使隔離效果很好。 電氣隔離部分在商用豆?jié){機中起到至關重要的作用，所有繼電器的類型及型號需要依據用電器的額定電流進行選擇。首先需要了解商用豆?jié){機都有哪些用電設備及其額定功率。 (1)熬漿桶底部的加熱盤，額定功率3KW o (2)水箱壁帖附的電加熱器，額定功率3KW o (3)電機，額定功率550W. (4)水泵，額定功率18W. (5)自動水閥、電動閥、蜂鳴器、液位傳感器等額定功率均小于1 OW.

36、 由上面可以看出，較大功率的用電器有三個。其中電機需要正轉和反轉兩種方式，故設計上使用了4個交流接觸器來控制這3個用電器的開關。加熱盤和電加熱器功率很大，選用的是正泰公司生產的交流接觸器NC3-16-30-10 (KM2,KM3), 3個常開主觸頭和1個常開輔助觸頭，額定工作電流為16A，額定發(fā)熱電流為25A，足以滿足這兩個大功率用電器的需要。針對電機，設計選用了2個接觸式中間繼電器JZC1-22 (KM4,KM5 )，它具有2個常開觸點和2個常閉觸點，約定發(fā)熱電流為10A，可滿足電機的需要。 其它小功率型用電器使用繼電器的觸點作為開關即可，可以降低成本。設計上使用了匯科公司生產的繼電器

37、HK4100F-DC12V SHG，額定負載為3A/220V用電器，完全可以用于驅動豆?jié){機的小功率用電器。 四、控制系統(tǒng)的軟件設計 （一）制漿工藝流程的程序設計 前面講述了商用豆?jié){機控制系統(tǒng)的硬件設計。在此基礎上，本章進行控制系統(tǒng)的軟件的設計。軟件設計包括制漿工藝流程的程序設計、USB讀寫程序的設計以及上位機軟件的設計。本系統(tǒng)除了上位機軟件的設計，均在Keil uVision 3的環(huán)境下編程，采用C語言編寫。上位機軟件使用VC++6.0環(huán)境編寫。 4.1.1軟件環(huán)境介紹 商用豆?jié){機的程序設計是在Keil uVision3的編程環(huán)境下完成的。Keil uVision3是一款經典的基于W

38、indows的51單片機開發(fā)軟件，它具有使用方便、功能完善、界面友好等特點。能對源程序進行自動編譯、匯編、鏈接、調試、下載等操作，并且全部集中在一個項目管理器中。在此環(huán)境下，既可進行硬件調試也可進行軟件仿真，支持STC89C系列單片機，完全能夠滿足本系統(tǒng)的程序編寫。 4.1.2電機電流過載保護的程序設計 電機電流過載時需切斷電路保護電機，程序上使用了外部中斷程序使CPU迅速響應中斷。硬件上CPU的外部中斷接口INTO與比較器LM311的輸出端相連。當交流互感器輸入端電流過載時，硬件電路使LM311輸出端電平迅速拉低，CPU的P3.4/INTO端接收到下降沿后使程序進入外部中斷函數(shù)。 該硬

39、件設計有一弊端，即當交流互感器接收到干擾信號或電機電流產生毛刺使電流瞬間增大時，都可以使CPU的INTO電平拉低，而此時并非電機電流過載所致，故在程序設計上運用了一個算法，十分有效地避免了這種失誤性的判斷該算法的程序流程。 （二）上位機界面的軟件設計 為了方便將租賃信息寫入U盤以及方便經銷商管理和維護租賃用戶的各種信息等，系統(tǒng)設計了上位機的界面。 該上位機界面是依托VC++6.0開發(fā)環(huán)境，借助Windows MFC開發(fā)的一個對話框程序，用來完成豆?jié){機租賃用戶信息的管理和維護工作。該軟件包含用戶信息的編輯、查找、添加、刪除以及更新用戶信息等功能，同時含有將租賃信息匯入加密文件寫入U盤、

40、密碼保護和密碼授權等功能。該系統(tǒng)的設計，有效的實現(xiàn)了都加那估計租賃信息的管理和保護，為豆?jié){機的生產商提供了很大的便利。 （三）授權調試參數(shù)的設計 授權調試參數(shù)是指商用豆?jié){機在待機狀態(tài)下可以在人機界面按下相應的按鍵輸入密碼，授權調整豆?jié){機的時間、租賃日期，清除制漿次數(shù)等信息。由于承租人不知道豆?jié){機的授權密碼，故無法更改系統(tǒng)時間、租賃日期等信息，豆?jié){機就可以直接利用實時日期判斷租賃時間是否過期。如果不設計授權密碼，租戶自己就可以更改系統(tǒng)時間從而延長豆?jié){機的使用期限，這顯然是不合理的。若承租人沒有到期就提前退還豆?jié){機，經銷商可輸入密碼后清除租賃時間和制漿次數(shù)，使之成為“新機”。 五、系統(tǒng)的安裝

41、與調試 （一）整體設備安裝 經過前幾章的設計與準備，我們就可以在現(xiàn)場進行系統(tǒng)的安裝及調試工作了。商用豆?jié){機的機械外殼采用不銹鋼制材，堅固耐用。產品采購好合格的機械設備后，在其外殼內部的側面位置安裝了本系統(tǒng)的硬件線路部分。人機界面安裝在機器的正面，方便用戶操作。 安裝過程中應該注意主要有: (1)交流接觸器所用導線應盡量粗些，避免因突發(fā)的過大電流流過細導線發(fā)生火災等事故;而功率較小的設備盡量用細導線，以減少消耗在導線上的無用功率。 (2)交流互感器纏繞在電機主線上，即纏繞在中間繼電器KM4的線圈上，此時檢測到的電流才是整個電機的電流。 (3)人機交互界面的電路板與繼電器板的導線長度不

42、宜過長。因為電機轉動時會產生一定的干擾，導線過長則可能引發(fā)信號衰減或丟失。 (4)各個線路需連接緊密，固定導線的接口及端子要將導線擰緊?？刂凭€路部分要嚴格防止與水源接觸。 各個部分安裝好以后，就可以進行調試工作了。 （二）調試及結果 該設備已在現(xiàn)場進行了調試，并完成了預期的功能。現(xiàn)場調試過程中遇到了一些問題如下: (1)豆子沒有磨完就進入了熬漿階段。 在現(xiàn)場調試時，磨漿桶內每次都放入3斤泡好的黃豆打磨，但由于黃豆的浸泡時間不同，黃豆需打磨的時間也就不同，因此經常會出現(xiàn)豆子打磨不完的情況。通過多次試驗及程序的多次改動(如調整打磨時間、進水次數(shù)、電機正反轉等)，現(xiàn)在的3斤黃豆基本可以打

43、磨完全后再進入熬漿階段了。 (2)豆?jié){溢出桶外。 調試過程中遇到豆?jié){溢出桶外的問題，仔細觀察發(fā)現(xiàn)是熬漿桶頂部探頭高度不合適引起的。探頭高度太高導致豆?jié){急劇沸騰后才能接觸到它，此時再關閉熬漿桶底部加熱盤為時己晚，豆?jié){必然溢出桶外。實際上豆?jié){早己沸騰，所以探頭無需過高。經過多次試驗，探頭移至合適的位置后最終定型。 (3)水箱加熱與否。 該產品起初設置了水箱加熱的功能，此次調試也著重試驗了水箱加熱是否必要。經過調試發(fā)現(xiàn)，將水箱中的水加熱后打磨出來的豆?jié){并不如水箱不加熱的口感好。因此，設計上分了兩款產品，在用戶選型時根據地區(qū)溫度差異選擇是否具有水箱加熱功能的款型。 還有一些問題，基本上均為實

44、驗階段經驗不足并可以通過大量實驗后避免的，幾乎沒有出現(xiàn)電氣方面類似于短路、過載等方面的問題。調試的結果說明整個控制系統(tǒng)在較長的工作運行時間內表現(xiàn)出了較高的可靠性。 六、總結與展望 （一）總結分析 本文根據國內現(xiàn)有豆?jié){機的市場及發(fā)展現(xiàn)狀，設計了一款以單片機為核心的商用豆?jié){機。首先從豆?jié){對人的益處為起點，提出了設計豆?jié){機的目的及意義;隨后從系統(tǒng)的硬件和軟件設計方面分析研究了本課題設計的商用豆?jié){機控制系統(tǒng)的內容，闡述了系統(tǒng)的原理、制漿工藝的流程以及實現(xiàn)的方法。其中，機械部分及各硬件電路部分器件的選購、設計、安裝和調試均在規(guī)定時間內圓滿完成。 硬件設計包含了CPU芯片的選擇、時鐘電路的

45、設計、存儲電路的設計、鍵盤/顯示電路的設計、USB接口電路的設計、電機電流檢測電路的設計、液位檢測電路的設計、電源電路的設計、電氣隔離部分電路的設計等。軟件設計包含了制漿工藝流程程序、USB讀寫程序、上位機界面程序設計等。通過Keil uVision3的軟件編寫了系統(tǒng)的總程序，利用VC++ 6.0開發(fā)環(huán)境編寫了上位機的界面。同時設計了鍵盤復用，對豆?jié){機的參數(shù)進行了授權調試，簡化了硬件。 最后對商用豆?jié){機進行了安裝與調試，給出了調試結果。由結果可知，設計的商用豆?jié){機能夠滿足市場的要求。 （二）未來展望 該款商用豆?jié){機的人機界面設計為鍵盤/顯示版本，由于設計周期較短，研究水平有限，在

46、設計上仍然存在很多欠缺與不足。雖然產品的最初調試結果令人滿意，但從長久發(fā)展的角度來看，該款商用豆?jié){機仍有較大潛力進行改進和完善。 (1)從設計的外形角度出發(fā)。無論從機械設備方面還是人機界面方面，都可以從節(jié)約成本、美化外觀的角度進行改進。 (2)款式由單一性走向多樣性。該款豆?jié){機基于節(jié)約成本的角度，設計的鍵盤/顯示版本從外觀上看來略顯低端，雖功能齊全，但消費者在選購樣機時或許因此降低興趣。現(xiàn)正在設計一款外觀時尚、功能更加完善的觸摸液晶屏版本的商用豆?jié){機。該款觸摸液晶屏版本的人機界面美觀大方，操作更加方便，更能吸引消費者選購，而成本只提高了一點，功能上也完全滿足要求。所以該款是

47、未來設計的一個主要方向。 (3)目前的水箱系統(tǒng)是帶電加熱的，經過大量實驗證明，熱水在打磨豆子時會破壞豆子中的營養(yǎng)成分，很多消費者也表示口感欠佳。日后可設計一款無水箱加熱的系統(tǒng)，以滿足不同的消費者的口味。 需要改進和完善的地方還有很多，需要今后更多的時間來設計和研究。在本次課題的研究過程中，許多寶貴經驗的積累對以后的學習和工作會有很大幫助。 致謝 時間過得可真快,我竟然都已經是一個即將畢業(yè)然后踏進社會的青年了,剛剛進入校園的場景很生動，就像昨天發(fā)生的一樣。我想我會全身心投入到社會建設里面。但同樣的,我也始終會對戀著我的母校,那是我依依不舍的地方,那

48、是我深深愛著的地方。 歷時了大約兩個多月,我總算是將這篇論文完成了。在完成的過程里面,我遇到了許多困難,但是好在都在我敬愛的老師以及樂于助人的同學生的幫助已經完成。在這里，我要特別感謝我的文章老師，XX老師。當我遇到我不理解的問題時，我去求助于她,她總會給我最耐心的指導,最詳細的回答,她總是不厭其煩,不論我問她多少次,他都會非常耐心的教我,真的非常感謝她! 同樣感謝給過我?guī)椭钠渌蠋熀屯瑢W們,多虧了你們,我才能順利的完成論文的寫作,可以說,沒有你們的幫助,就沒有此時寫完論文興高采烈的我!由衷地感謝! 最后要感謝此篇論文里面涉及到的所有學者。正是有了你們的研究作參考,我才能順利完成,十分

49、感謝! 參考文獻 [1]劉占文.豆腐養(yǎng)生保健的歷史沿革〔A].弘揚中華養(yǎng)生文化共享健康新生活—中 華中醫(yī)藥學會養(yǎng)生康復分會第七屆學術年會論文集，2010 [2]桑雪THI.豆?jié){機發(fā)展迎來黃金期[[N].中國消費者報，2010 [3]冉瑞芳.“好和事”現(xiàn)磨豆?jié){幾十個品種顧客群大[[J].現(xiàn)代營銷(創(chuàng)富信息版)，2010 [4]陳雨旦.電力負荷及電能質量分析系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)「D].北京:中國礦業(yè)大學，2008 [5]牛歡歡.藍牙家庭網絡系統(tǒng)設計與開發(fā)研究[D].天津:天津大學，2008 [6]揣錦華.面向對象程序設計與VC++實踐[M].西安:西安電子科技大學出版社，2005 第 16 頁 共 11 頁