基于單片機的自動豆漿機控制電路設計畢業設計(論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 計以至于完成整個豆漿機控制系統的設計。豆漿第一次沸騰后，本機防溢功能自動啟動，進入延煮過程。電熱器間歇加熱，使豆漿充分煮熟并防止溢出。防溢延煮約 8 分鐘結束 。工作結束后，機器發出聲光報警，提示豆漿已經做好。此時關閉開關、拔下電源插頭后，即可準備飲用豆漿。 注：豆漿機的防干燒功能在工作過程中，自動啟動。 按照上述對豆漿機控制系統的要求，完成豆漿機控制系統設計的流程圖后，對單片機進行軟件設計的編程來配合硬件的設計以至于完成整個豆漿機控制系統的設計。 河南工業職業技術學院畢業設計（論文） 5 第四章 豆漿機控制系統的硬件設計 電源電路設計 電源是各種電子設備必不可少的組成部分，其性能的優劣直接關系到電子設備的技術指標以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩壓電源 分線性電源和開關電源兩大類。隨著集成電路飛速發展，穩壓電路也迅速實現集成化市場上已有大量生產各種型號的單片機集成穩壓電路。它和分立晶體管電路比較，具有很多突出的優點主要體現在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運行速度快，且調試方便、使用靈活，易于進行大量自動化生產。 電源的作用 各種電子電路都要求用穩定的直流電源供電，由整流濾波電路可輸出較為平滑的直流電壓，但當電網電壓波動或負載改變時，將會引起輸出端電壓改變而不穩定。為了獲得穩定的輸出電壓，濾波電路的輸出電壓還應該經穩穩壓電路進行穩壓。 電源的組成 電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路組成。 電源變壓器：將電網提供的 220V 交流電壓轉換成為各種電路設備所需的交流電壓。 整流電路：利用單向導電器件將交流電轉換成脈動直流電路。 濾波電路：利用儲能元件（電感或電容）把脈動直流電轉換成比較平坦的直流電。 穩壓電源：利用電路的調整作用使輸出電壓穩定的過程稱為穩壓。 變壓器容量、整流二極管的計算與選擇 據整流原理，因為 UO=，則可以得到 U2=UO/=5v/≈ 。 在考慮到變壓器、繞組損耗 （壓降）和整流二極管的壓降，在 T程中必須再在上述基礎上增加 5%，即U2=5. 56*(1+5%)≈ ，整流二極管的承受最大的反向電壓 UDl=21/2U2≈ ，因為穩壓器的最大電河南工業職業技術學院畢業設計（論文） 6 流是 3A，所以流過二極管的最大電流 ID1=1/2Ii==； D2中的四個二極管的耐壓值至少應該為8. 24V，允許流過的最大電流為 。 由于變壓器輸入的電壓是 220V ， 而 副 線 圈 輸 出 的 電 壓 時 12V ， 故 有 線 圈 匝 數N= 2/1UU = 12/220 == 。 變 壓 器 副 邊 的 有 效 值 :I2=*=. 變 壓 器 的 容 量 ：S=UI=*=。 電源工作原理 整個電源電路如圖 所示，控制電路采用變壓器降壓、晶體二極管整流等方法獲得工作電源。當電源接入 220V 交流電， TR1 開始對 220V 交流電進行降壓，從次級輸出 12V左右的低壓交流電，從而適應電路的使用要求。整流硅對次級輸出的交流電進行橋式整流，再由 E C2 進行濾波，已形成較平滑的直流電，送給三端集成正輸出穩壓器 78L05 進行穩壓調整。經 78L05 穩壓作用后輸出 +5V 的直流電壓，經 EC3 濾波后輸出紋波很低的 +5V 電壓，作為單片機的工作電源，以保證單片機工作時的穩定和可靠。 圖 豆漿機控制系統的電源電路 橋式整流電路簡介 橋式整流器是利用二極管的單向導通性進行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉變為直流電。橋式整流電路 圖如圖 ，它的 工作原理如下 :輸入 為正半周時 ， 對 D D3加正向電壓 ， Dl、 D3 導通 。對 DD4 加反向電壓 ,D D4 截止。電路中構成 ab、 D R、 D3 通電回路 ， 在 R上形成上正下負的半波整洗電壓 ,輸入 為負半周時 ， 對 D D4 加正向電壓 ， D D4 導通 ； 對 D D3 加反向電壓 ， D D3 截止。電路中構成 ab、 D R、 D4 通電回路 ,同樣在 R上形成上正下負的另外半波的整流電壓。 圖 河南工業職業技術學院畢業設計（論文） 7 如此重復下去 ,結果在 R 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖 中還不難看出 ， 橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值 ， 比全波整流電路小一半。 橋式整流是對二極管半波整流的一種改進 。 半波整流 利用二極管單向導通特性，在輸入為標準正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負半部分則損失掉 。 橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 穩壓器的選用 集成穩壓器是指將不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓的集成電路。由于集成穩壓器具有穩壓精度高、工作穩定可靠、外圍電路簡單、體積小、重量輕等顯著優點，在各種電源電路 中得到了普遍的應用。常用的集成穩壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、雙列直插式封裝等。在電子制作中應用的較多的是三端固定輸出穩壓器。 78XX 系列集成穩壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩壓器，輸出電壓有 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、18V、 24V 等規格，最大輸出電流為 。它的工作原理：取樣電路將輸出電壓按比例取出，送入比較放大器與基準電壓進行比較，差值被放大后去控制調整管，以使輸出電壓保持穩定。它的內部含有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，采用了噪聲低、溫度飄逸 小的基準電壓源，工作穩定可靠。 78XX 系列集成穩壓器為三端器件，一腳為輸入端，一腳為接地端。一腳為輸出端，使用十分方便。 在此設計中我選用的是 78XX 系列中的 78L05，它能夠提供多種固定的輸出電壓，應用范同廣。內含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達 1A，雖然是固定穩壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。在本設計中就是利用它把 12V 的直流電壓變成 5V 的穩定電壓給單片機提供電源，以確保正常工作。 穩壓器簡介 78L05 是一種固定電壓 (5V)三端集成穩壓器 ,其適用于很多應用 場合 .象牽涉到單點穩壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的在 卡調節 .此外它們還可以和其它功率轉移器件一起構成大電流的穩壓電源 ,如可驅動輸出電流高達 100 毫安的穩壓器 。圖 為幾種三端集成穩壓器。 河南工業職業技術學院畢業設計（論文） 8 . 圖 其卓越的內部電流限制和熱關斷特性使之特別適用于過載的情況 。 當用于替代傳統的齊 納二極管 電阻組的時候 ， 其輸出阻抗得到有效的改善 ,其偏置電流大大減少 。 78L05 特性 ： * 三 端穩壓器 ； * 輸出電流可達到 100mA； * 無需外接元件 ； * 內部熱過載保護 ； * 內部短路電流限制 ； * 從 2020 年底開始，提供的各類封裝形式 ， 均為無鉛封裝產品。 78L05 應用須知 ： * 如果穩壓器離電源濾波器有一段距離 ,Cin 是必需的 ； * Co 對穩定性而言是可有可無的 ,但的確能夠改善瞬態響應 。 78L05 典型線路圖 （圖 ） : 河南工業職業技術學院畢業設計（論文） 9 圖 注 :（ 1）為確定輸出電壓值 ， 請選擇電壓值后綴（ xx) (2)為獲得最佳的穩定性和瞬態響應 ， 建議使用旁邊電容并盡量可能挨著電路安裝。 單片機的選用 單片機的種類較多，本設計選用的是 AT89C52 芯片控制 . AT89C52是由 ATMEL 公司生產的屬于 51 系列單片機的一個型號。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51指令系統，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可為提供許多較復雜系統控制應用場合。 單片機的簡介 （ 1） AT89C52 主要性能參數： 兼容 MCS51 指令系統 ， 8k可反復擦寫 (1000 次） Flash ROM 32 個雙向 I/O 口， 256x8bit 內部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數器中斷 ， 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 ， 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 ， 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 ， 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 ， 軟件設置睡眠和喚醒功能 （ 2） AT89C52 的引腳功能： AT89C52 是 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業標準的 C51 內核，在內部功能及管腳排布上與通用的 8XC52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主 IC 內部寄存器、數據 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制 ，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。 AT89C52 的引腳圖如圖 1 所示， 主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 河南工業職業技術學院畢業設計（論文） 10 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V電源的正負端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中 ， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1的相應功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR輸入端， 10 腳和 11腳定義為 I2C總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態進入的控制功能。 圖 1 單片機 AT89C52 的引腳圖 在本設計中溫度傳感器，磨漿及加熱電路，沸騰檢測電路及報警電路等和單片機連接時，只用了 P1 口和P3 口，首先 通過 單片機中的 CPU 將 口變成高電位，使發光二極管 D4 發光顯示，以示電源電路正常，單片機開始工作。在對水位進行檢測時， 和 都是作為輸入端，單片機的 CPU 就是通過檢測這兩個端口的高低電位來對水位和沸騰溢出進行檢測的。加熱時，因為溫度傳感器為單線智能數字傳感器， 口只是作為常用的輸入端口和 CPU 進行數字傳輸。當進行加熱和打漿時， 和 作為輸出端口，與三極管組成一個驅動控制電路，當程序給一個加熱或打漿信號時，這兩個端口相應的變成高電位使三極管飽和導通繼而驅動繼電器工作。報警電路 和單片機端口組合時，單片機的端口同樣也是作為一個輸出端口來使用的。 河南工業職業技術學院畢業設計（論文） 11 溫度檢測電路的設計 當豆漿機正常工作時，需要先加熱到 80度左右的溫度，然后停止加熱繼續下一步的工作，所以這就需要一個溫度傳感器來檢測水溫，這里我選用的是 DS18B20 智能溫度傳感器，選擇它是因為它的測溫系統簡單，測溫精度高，連接方便，占用口線少，轉換速度快，與微處理器的接口簡單，給硬件設計工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本。 溫度傳感器 DS18B20 簡介 DS18B20 是美國 DALLAS 半導體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。 與傳統的熱敏電阻相比 ，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據實際要求通過簡單的編程實現 9～ 12位的數字值讀數方式。可以分別在 ms 和 750 ms內完成 9位和 12 位的數字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或寫入 DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫 ,溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 （ 1） DS18B20 的特性 獨特的單線接口，只需一個接口引腳即可通信 多點能力使分布式溫度檢測應用得以簡化 不需要外部元件 可用數據線供電 不需要備份電源 測量范圍從 55℃至 +125℃，增量值為 ℃。 以九位數字值方式讀出溫度 在一秒（經典值）內把溫度變換為數字 用戶可以定義的，非易失性的溫度變換為數字 告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之 外的器件（溫度警告情況） 應用范圍包括恒溫控制，工業