基于AT89C52单片机的全自动豆浆机控制系统

姜风国,刘 鹏

(1.烟台大学机电汽车工程学院,山东 烟台 264005;2.山东省高校先进制造与控制技术重点实验室,山东 烟台 264005)

豆浆机作为一种时尚实用的小家电,在许多城市家庭中被广泛使用[1]．豆浆机主要由搅拌机、加热器和控制系统三部分组成[2-3]．利用一台旧豆浆机原有的结构,研制了以AT89C52为核心的全自动豆浆机控制系统,只要按下启动键,豆浆机就可以自动完成预热、打浆、煮熬到豆浆制成的全过程,使用非常方便,并且有低水位防干烧保护、蜂鸣器报警等功能．

1 控制电路组成和工作原理

控制电路如图1所示,主要由稳压电路、AT89C52单片机、控制驱动电路、信号检测电路、监控电路等组成．

(1)稳压电路:220 V市电经变压器降压、整流桥整流和电容滤波后得到+12 V直流电压,+12 V除了给中间继电器和蜂鸣器供电外,再通过三端稳压管7805输出+5 V电压给AT89C52供电．市电输入端接有压敏电阻RV作为豆浆机防过压保护．

(2)单片机电路是以AT89C52为核心的单片机最小应用系统．AT89C52是低功耗、高性能CMOS控制器,性价比高[4],易于掌握,特别适合小家电智能控制．

(3)控制驱动电路:单片机I/O口通过三极管驱动中间继电器线圈,控制其触点的通断,从而实现对打浆电机启停、电加热管加热以及蜂鸣器报警的控制．

(4)信号检测电路:包括缺水检测、沸腾溢出检测以及温度检测．

为防止豆浆机杯体内无水或水位太低干烧损坏豆浆机,电路具有防干烧、低水位保护功能．电加热管外壳→水(豆浆)→测温电极构成水位检测回路．LM393是双电压比较器,它的第2脚和第6脚是参考电压端,由R9和R10对+5 V分压提供参考电压．正常情况下,测温电极和电加热管都浸没在水(豆浆)中,测温电极和电加热管之间的电阻很小,R5和R6对+5 V分压,比较器“+”端电压低于“-”端,比较器输出低电平;当杯体内无水或水位太低时,电加热管的外壳浸不到水中,测温电极和电加热管之间的电阻很大,大电阻与R5、R6对+5 V分压,比较器“+”端电压高于“-”端,比较输出高电平,通过单片机P1.5脚检测比较器输出电平的高低即可判断是否缺水．

沸腾溢出检测原理与缺水检测类似．电加热管外壳→豆浆→防溢电极构成回路,当豆浆泡沫上溢接触到防溢电极时,防溢电极经泡沫与电加热管外壳接通,防溢电极与电加热管之间电阻很小,R7和R8对+5 V分压,比较器“+”端电压低于“-”端,比较器输出低电平给P1.6,即可判断有豆浆溢出．

图1 豆浆机控制电路原理图

温度检测电路使黄豆和水加热到约80 ℃再打浆,这样黄豆打得更碎,煮得更充分．测温电极内负温度系统热敏电阻RT与R12组成分压电路对+5 V分压后接至P2.0,RT在常温下阻值很高,P2.0为低电平,RT阻值随温度升高而下降,当温度上升到约80 ℃时,RT阻值下降,P2.0由低电平变为高电平,此时停止加热开始打浆．

(5)监控电路:打浆过程中电机转速很高,而且频繁启停,会对电路造成干扰[5]．当AT89C52受到干扰而失控时,会引起程序跑飞,导致机器无法正常完成任务．设置 “看门狗”是防止单片机死机、提高系统抗干扰性的一种重要手段[6]．看门狗电路采用集成监控芯片MAX813L．AT89C52的P1.7脚作为看门狗的“喂狗”信号,软件程序中每隔1.2 s定时器0中断一次,P1.7发出一个脉冲信号给MAX813L,如果AT89C52因干扰导致 CPU进入死循环,则P1.7没有脉冲输出,2 s之后,MAX813L的RST端产生复位信号使CPU复位,从死循环中解脱出来,迫使电路复位重新开始工作．另外,为防止MAX813L由于特殊原因不能可靠复位,电路中添加了手动复位按钮．

工作时,把泡好的黄豆和水倒入杯体内并接通电源,蜂鸣器响两声,同时电源指示灯亮,表示豆浆机得电处于待机状态．按下启动键,P1.1脚输出高电平使Q1导通,K1得电吸合,电加热管开始预加热．预加热的目的是为了防止黄豆粉碎后产生大量的泡沫,泡沫过多会在烧煮豆浆时造成频繁的溢出．当加热到约80 ℃时,由于RT的作用,P2.0由低电平变为高电平,P1.1输出低电平,Q1截止,K1失电,其常开触点K1-1断开,电加热管停止加热．同时P1.2脚输出高电平,Q2导通,K2得电,其常开触点K2-1闭合,电机得电开始高速旋转打浆．由于电机连续高速旋转发热量很大,为了减小电机的发热,采取打浆15 s,然后停5 s的方式,循环4次,打浆过程结束．P1.1输出高电平使K1得电吸合,电加热管全功率(750 W)加热,当豆浆沸腾泡沫上溢接触到防溢电极时,P1.6变为低电平,P1.1输出低电平使电加热管停止加热．等温度下降泡沫下降,防溢电极与泡沫脱离接触,电加热管降为400 W文火熬煮豆浆防止烧焦,如此反复10次,烧煮豆浆过程结束,P1.3脚输出高电平驱动蜂鸣器发出均匀的“嘀、嘀”声,提醒豆浆已煮好,同时P1.4输出高电平,保温指示灯亮,自动转入保温状态．整个过程耗时约20 min．

2 单片机控制程序的设计

软件采用Keil C51语言编写,采用模块化结构,主要由主程序、打浆程序、煮浆程序、状态显示、提醒和报警程序等组成,详细程序流程图如图2所示．在整个工作过程中,程序都要对水位进行检测,一旦发现水位过低便进入报警程序,蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的急促响声报警,同时停止加热和打浆．

图2 控制程序流程图

3 结 论

该豆浆机控制系统具有以下特点:

(1)安全可靠．整个过程实时监测水位防止干烧;设置“看门狗”防止程序跑飞及死机现象;电极PG经电阻接地避免加热时感应电对缺水检测和沸腾溢出检测的干扰;继电器、电源与单片机分布在2块电路板上,并充分考虑接地及屏蔽措施以增强抗干扰能力．

(2)煮浆阶段由传统的恒功率加热改为先大功率加热然后小功率文火熬煮,不仅缩短了时间,而且使豆浆熬的更透,不会出现糊锅、烧焦现象,使豆浆的口感更好．

(3)软件编程灵活方便,基本实现全数字化控制．

经测试,该控制系统能自动完成豆浆加工的全过程,能够对缺水干烧、加热溢出等现象做出反应,达到了最初的设计要求．通过本实验室开放项目的实施,提高了学生的动手操作能力和综合分析能力,取得了较好的效果．

参考文献:

[1]吴风丽.QYYXZ豆浆机的创新设计[D].济南:山东大学,2006.

[2]陈国杰.全自动豆浆机单片机控制系统[J].家用电器科技,2000(6):53-54.

[3]刘升,杨静丽.基于PIC16C54单片机的全自动豆浆机控制系统[J].电子工程师,2004,30(7):77-79.

[4]李程,陈瑞平,王中训.柴油机微粒过滤器再生控制系统设计[J].烟台大学学报:自然科学与工程版,2008,21(1):75-78.

[5]张向锋,张强军,任宏涛.智能型豆浆机控制系统的开发[J].洛阳工学院学报,2001,22(4):77-79.

[6]吴鹏,戴志刚.单片机系统中的“看门狗”技术[J].仪器仪表用户,2004(4):83-85.