基於51單片機的智能豆漿機的控制系統的製作方法
2023-10-17 02:21:44 4
本發明涉及單片機控制技術領域，尤其涉及一種基於51單片機的智能豆漿機的控制系統。
背景技術：
目前，人們對生活的質量要求越來越高，人們在忙於工作之餘，豆漿機是一種新型的家用飲料機，以黃豆為原料，直接加工成熟的熱豆漿。若在黃豆中配以芝麻、花生、杏仁等佐料，可以做出各種風味的鮮美飲料。豆漿機由粉碎黃豆的攪拌機、豆漿加熱器和控制電路三大部分組成。現有技術中，單片機控制的技術種類繁多，本著精益求精的精神，需要不斷的改進與創新。
技術實現要素：
本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種基於51單片機的智能豆漿機的控制系統。
本發明通過以下技術方案來實現上述目的：
本發明由單片機、按鍵輸入電路、防溢防幹燒電路、溫度傳感器、液晶顯示器、報警電路、加溫模塊和粉碎電機模塊組成，所述按鍵輸入電路、所述防溢防幹燒電路和所述溫度傳感器的信號輸出端均與所述單片機的信號輸入端連接，所述單片機的控制輸出端與所述粉碎電機模塊連接，所述單片機的溫度控制端與所述加溫模塊連接，所述單片機的報警信號輸出端與報警電路連接，所述單片機的顯示信號輸出端與液晶顯示器連接。
具體的，所述單片機型號為STC89C52。所述溫度傳感器型號為DSl8B20。所述液晶顯示器型號為LCD1602的液晶顯示器。
本發明的有益效果在於：
本發明是一種基於51單片機的智能豆漿機的控制系統，與現有技術相比，本發明採用單片機的集成自動控制取代了傳統的手動粉碎黃豆的方式，實現了製作豆漿過程中的磨漿、濾漿、煮漿完全自動化，不僅大大減少了勞動量，提高了出漿率，避免了燒焦情況，而且軟體編程靈活，基本實現全數位化控制，體現了人性化要求。採用上述方法對傳統的製作豆漿方式改造後，實現了極高的可靠性和便捷性，並且保持了黃豆原味，極大改善了人們的生活質量；具有推廣應用的價值。
附圖說明
圖1是本發明的系統總體結構；
圖2是本發明的時鐘電路；
圖3是本發明的復位電路；
圖4是本發明的溫度採集電路；
圖5是本發明的粉碎電路；
圖6是本發明的加熱電路；
圖7是本發明的防溢和防幹燒電路；
圖8是本發明的液晶顯示電路；
圖9是本發明的按鍵輸入電路；
圖10是本發明的報警電路。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明：
如圖1所示：本發明由單片機、按鍵輸入電路、防溢防幹燒電路、溫度傳感器、液晶顯示器、報警電路、加溫模塊和粉碎電機模塊組成，所述按鍵輸入電路、所述防溢防幹燒電路和所述溫度傳感器的信號輸出端均與所述單片機的信號輸入端連接，所述單片機的控制輸出端與所述粉碎電機模塊連接，所述單片機的溫度控制端與所述加溫模塊連接，所述單片機的報警信號輸出端與報警電路連接，所述單片機的顯示信號輸出端與液晶顯示器連接。
具體的，所述單片機型號為STC89C52。所述溫度傳感器型號為DSl8B20。所述液晶顯示器型號為LCD1602的液晶顯示器。
系統主要由單片機最小系統、按鍵輸入電路、防溢和防幹燒電路、溫度傳感器電路、粉碎電機模塊、加溫模塊、聲光報警電路和液晶LCD1602組成。STC89C52單片機作為系統的控制核心和數據處理中心；按鍵輸入電路，用來設置系統的工作狀態；防溢、防幹燒電路用來檢測溢出或無水幹燒等情況，由於模擬系統沒有防溢電極，防溢和防幹燒電路由按鍵代替；溫度傳感器採用DS18B20，用來採集豆漿溫度；粉碎電機模塊用來粉碎穀物和黃豆；加溫模塊為製作的豆漿等加熱；報警電路用來在檢測到溢出、幹燒或豆漿製作完成時發出聲光提醒；液晶LCD1602用來顯示系統工作狀態和時間的參數；系統總體結構如圖1所示。
系統硬體電路設計
單片機最小系統電路設計
本次設計是以STC89C52為控制核心，該單片機內部帶有8K字節Flash存儲器，其具有是性能高、功耗低等優點。STC89C52內核採用最經典的MCS-51系列單片機內核，但卻在功能上做了很多的改進，使其具備許多普通51單片機沒有的功能。該晶片CPU採用靈活的8位COS，使得STC89C52在很多的工業控制現場和嵌入式系統中都可以非常有效的擔任控制任務。
STC89C52具有以下標準功能：8k字節Flash，512位元組RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，16位定時器/計數器3個，外部中斷4個，7向量4級中斷結構一個，全雙工串行口。另外STC89X52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟體可選擇節電模式。空閒模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬體復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。
所謂最小系統是指單片機可以工作的最小配置單元。單片機必須在具備晶振電路和復位電路後才能保證其正常運行。晶振電路也稱時鐘電路，該電路是給單片機提供穩定的時鐘源，復位電路的功能是重置單片機，使其總起始地址開始工作，從程序代碼的起始端開始運行。下面將對最小系統中的時鐘電路和復位電路做詳細介紹。
(1)時鐘電路設計
MCS-51單片機應用時，我們常用石英晶體接電容組成系統時鐘電路，如果系統需要使用串口通訊，為了滿足波特率沒有誤差，我們經常使用的石英晶體是11.0592MHZ。如果系統需要使用定時器，為了滿足定時器定時沒有誤差，我們通常會選擇12MHZ的石英晶體。不管石英晶體選擇是11.0592MHZ，還是12MHZ，我們通常使用的匹配電容都是30pf的陶瓷電容，這可以很好的抑制外界的幹擾，
保證系統的穩定性。本次設計的時鐘電路，選用12M晶振，其晶振兩腳與單片機的時鐘輸入引腳XTAL1和XTAL2相連，並在兩端分別連接30pf瓷片電容C1，C2的一端，瓷片電容的另一端直接接地。晶振電路如圖2所示。
(2)復位電路設計
復位有兩種方式：手動按鈕復位和上電復位,本次設計的復位電路為上電復位。當系統上電時，電容C3充電相當於短路，即RST埠為高電平，直到電容充電完成，電容相當於斷路，RST引腳經電阻接地，實現上電復位。
復位電路如圖3所示。
溫度採集電路設計
本設計溫度傳感器選用DSl8B20。該傳感器是一種數字輸出傳感器，單片機讀取DSl820僅需一條線數據線；傳感器的測量範圍為-55～+125℃，測量的精度為0.5℃，數據轉換速度在1S以內；設置了各種封裝形式，可完成對各種工作環境中的溫度採集。
DS18B20主要特性：
(1)該傳感器具有的供電範圍很寬，電壓可以在3～5.5V之間，在寄生電源情況下，可直接通過數據線對傳感器供電；
(2)採用接口簡單的單總線方式，單片機向傳感器中寫數據和讀數據，一共只需要一條數據線；
(3)該傳感器可通過並聯實現測量多個點位的溫度值，每個傳感器出廠時都有唯一的序列號，可方便的組成溫度測量網絡；
(4)該傳感器使用時外圍電路簡單，溫度敏感元件、信號調理電路等都集成在傳感器中，外圍只需要一個上拉電阻即可正常的與單片機通訊；
(5)溫範圍－55℃～+125℃，在-10～+85℃時採集精度為±0.5℃；
(6)可通過對寄存器設置，將傳感的解析度設置成9～12位，分別可測量的最小溫度是0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；
(7)設置成9位解析度時，最快的溫度轉換時間是93.75ms，設置成12位解析度時，最快的轉換溫度時間是750ms；
(8)傳感器將溫度值通過數位訊號傳輸給單片機，接口只需要一條通訊線，並且在傳輸後進行數據校驗，使其數據傳輸具有很高的準確性；
(9)負壓特性：如果不慎將電源電壓接反，晶片雖然會發熱，同時不能正常的進行溫度採集和數據傳輸，但傳感器不會被燒壞。
DS18B20傳感器是數字式溫度傳感器，其外圍電路簡單，只需提供5V電源，並在輸出口接上4.7K的上拉電阻，然後接至單片機的I/O口上，配合相應的控制程序，即可實現溫度採集及與單片機之間的通訊，溫度採集電路如圖4所示。
粉碎電路設計
系統粉碎由電機完成，電機採用繼電器的常開觸點來控制啟動和停止。由於單片機I/O驅動能力有限，不能直接驅動繼電器線圈，設計採用三極體進行功率放大。
單片機I/O通過控制一個PNP型三極體的集電極控制三極體的導通與截止，當I/O輸出低電平時，三級管導通，繼電器線圈得電，常開觸點閉合，則電機開啟；繼電器線圈上反並聯的二極體用來在關斷三極體時，為線圈放電。發光二極體D3用來指示三極體的工作狀態，電阻R5為發光二極體的限流電阻。
粉碎電路如圖5所示。
加熱電路設計
系統電路由加熱塊完成，加熱塊的通電和斷電通過繼電器的常開觸點控制，與粉碎電路一樣，單片機I/O口無法直接驅動繼電器線圈，也採用三極體進行功率放大對繼電器進行控制，加熱電路如圖6所示。
防溢和防幹燒電路設計
防溢和防幹燒電路中由一個電極開關組成，系統中沒有電極，通過通過按鍵來模擬。按鍵的一端接地，另一端接入單片機I/O口，當按鍵按下，對應口被拉低，電路如圖7所示。
顯示電路設計
系統選用LCD1602作為顯示屏。液晶是利用液晶的物理特性進行顯示的，在其顯示的區域施加電壓，這個該區域就會進行顯示，在不同的地方施加電壓，顯示的形狀也就不同，液晶就是通過這一原理來顯示不同的字符和圖片的。1602液晶可以顯示字母、數字、符號等，顯示分為兩行，每行可以顯示16個字符；該顯示屏具有很小的體積、超低的功耗、豐富的顯示圖庫、控制容易、低價格等特點，在手持設備和一些儀表中得到了非常廣泛的應用。
RV1為103電位器，用來調節液晶背光；選擇寄存器引腳RS與單片機P2.5口相連，用來控制寫數據或命令；由於設計中只需向液晶中寫數據或命令，控制液晶顯示，無需從液晶讀取數據，所以讀寫控制腳R/W直接接地；使能端E連接到單片機P2.7口，通過單片機P2.7產生電平變化來寫入內容；8位雙向數據埠與單片機P0口相連，用來寫入與液晶傳輸數據，由於單片機P0口沒有上拉電阻，所以設置外面上拉電阻P1。液晶顯示電路如圖8所示。
按鍵輸入電路
按鍵模塊，採用普通微動開關。按鍵電路一般有倆種接法，一種是獨立按鍵，一種是矩陣鍵盤；矩陣鍵盤適用於按鍵較多的系統中，這種方式可以節約大量的I/O口，但是編程較為複雜，獨立按鍵所需I/O口較多，但編程較為簡單，我們這裡一共只使用4個按鍵，由於單片機I/O所剩較多，所以使用編程方便的獨立按鍵。
按鍵的一端分別接入單片機的I/O口，然後按鍵另一端接地，當按鍵被按下時，所連接的單片機的I/O口會拉低，單片機通過掃描的方式獲知按鍵狀態。按鍵電路如圖9所示。
報警電路設計
系統在檢測到溢出、幹燒或豆漿製作完成時，將通過蜂鳴器和發光二極體進行聲、光提醒。
由於單片機I/O也不能提供足夠大的電路驅動蜂鳴器，所以也採用一個PNP型三極體8550作為開關，用來驅動蜂鳴器和發光二極體。當需要聲光提醒時，單片機控制P1.4口輸出低電平，控制三極體導通，使蜂鳴器進行蜂鳴報警、發光二極體點亮；由於發光二級管所需電流較小，不能直接接如+5V電源，所以設置電阻R7，用來為發光二極體限流。報警電路如圖10所示。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。