自動豆漿機控制電路的設計

目錄

摘要.........................................................................................................

第一章結論3

1.1設計目的和意義1

1.2設計原理1

第二章設計方案選定1

2.1設計思路1

2.2方案設計1

2.3方案論證2

2.4設計參數............................................................................................2

2.5設計的主要目的和任務................................................................................2

第三章豆漿機控制系統的功能分析錯誤!未定義書簽。

3.1控制系統的硬件分析錯誤!未定義書簽。

3.2控制系統的軟件分析錯誤!未定義書簽。

第四章豆漿機控制系統的硬件設計4

4.1電源電路設計4

4.1.1電源的作用4

4.1.2電源的組成4

4.1.3變壓器容量、整理二極管的計算與選擇.............................................................4

4.1.4電源工作原理5

4.1.5橋式整流電路簡介5

4.1.6穩壓器的選用6

4.1.7穩壓器簡介7

4.2單片機的選用8

4.2.1單片機的荷介8

4.3溫度檢測電路的設計10

4.3.1溫度傳感器DS18B20簡介1()

4.3.2溫度傳感器DS18B20的測溫原理12

4.3.3DS18B20與單片機AT89C52的接口設計14

4.4加熱及打漿電路的設計16

4.5防干燒及防溢出電路的設計17

4.6報警電路的設計18

第五章豆漿機控制系統的軟件設計19

5.1豆漿機控制系統的流程圖的設計21

第六章結論22

附錄A豆漿機控制系統原理圖25

附錄B豆漿機控制系統程序清單26

摘要

目前流行的智能豆漿機大都采用微電腦控制，只要啟動豆漿機，打漿、煮漿完全自動化,

短短十幾分鐘就自動做好豆漿，既衛生可靠，又快捷安全。

近年來計算機在社會上運用的越來越廣泛，同時大規模集成電路的開展，使得單片機的

應用走向深入。單片機特別適合于與控制有關的系統，因為它具有功能強，體積小，功耗低,

價格廉價，工作可靠，使用方便等特點，因此，單片機越來越廣泛地應用于自動控制，智能

化儀器，儀表，數據采集，軍工產品以及家用電器等各個領域，單片機往往是作為一個核心

部件來使用，再根據具體硬件構造，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。

本文介紹了基于單片機的豆漿機的設計，詳細討論了它將軟硬件結合以實現豆漿機運行的

過程，重點在豆漿機的磨漿、加熱電路，溫度傳感器。在文章的最后，給出了采用定時中

斷方式實現的豆漿機的源程序。智能豆漿機開創全新時代，讓我們脫離手工，輕輕松松，

在家小等15分鐘就能嘗到新鮮的豆漿。豆漿機的開展是日益更新，它的開展越來越更貼

近人們的生活。人性化的設計，功能的成熟，讓它不僅僅只在廚房，更讓它在廳堂獨居一

格，實現“出的廚房，入的廳堂〃。關鍵字：單片機，豆漿機，溫度傳感器，定時中斷，

延時，方便，節能，環保。

第一章緒論

1.1設計目的和意義

豆漿機是一種新型的家用飲用機，以黃豆為原料，直接加工成熟的熱豆漿機。假設在黃豆中配以芝麻、

花生、杏仁等佐料，或者通過改變打漿、加熱的時間，可以做出不同種類的豆漿飲料。

豆漿機由粉碎黃豆的電機、豆漿機加熱器和控制電路三大局部組成。用單片機研制的全自動豆漿機的

控制系統，當放入適量泡好的黃豆，參加適量的冷水，把豆漿機的電源插頭插入220V交流電源，豆漿機

指示燈亮起，按下按鈕，先對豆漿機進展水位檢測，符合要求后電加熱管開場對水進展加熱，當水溫到達

80c左右，豆漿機停頓加熱。啟動磨漿電機開場磨漿，磨漿電機按間歇方式打漿：運轉15秒后停頓運轉,

間歇5秒后再啟動打漿電機，如此循環5次。磨完漿后，開場對豆漿加熱，豆漿溫度到達一定值時豆漿上

溢，當豆漿沫接觸到防溢電極時，停頓加熱，間歇20秒后在開場加熱，如此循環5次，豆漿加工完成，

間歇10秒后發出音響信號。所以只要按下啟動按鍵并選擇功能后，豆漿機就開場工作，一會兒就能喝到

美味又營養的豆漿。整個過程由單片機全自動控制，讓你用起來更加的方便、更加的安全。

1.2設計原理

本設計原理如圖1所示

?

遺

兼

圖1.1

控制系統首先通過電源電路對系統供電，其中溫度傳感器、防溢電路、放干燒電路、時鐘電路、復位

電路、按鍵、均是輸入局部，聲光報警、電機、加熱電路均是輸出局部。通電后，加熱到80C時停頓加熱

然后啟動電機，電機通過旋轉打豆，打豆完成之后，又通過加熱器加熱。其中復位電路是復位系統的，按

鍵為工作功能選擇鍵。

第二章設計方案選定

2.1設計思路

由于以前的豆漿機，磨漿要過濾豆渣，豆漿熬煮也要自己動手，還要特別注意豆漿溢鍋的問題，程序

繁瑣麻煩，給人們帶來不便，針對這些情況擬定開發家用豆漿機全自動控制電路裝置。

家用豆漿機全自動控制裝置是在單片機的程序控制下進展工作的。打漿時，插上電源插頭，接通電源,

直接按“啟動〃鍵，控制電路控制豆漿機工作。先給黃豆加熱，并由傳感器檢測溫度，當溫度到達80度

左右時，停頓加熱。啟動磨漿電機開場磨漿，運轉15秒后停頓轉運，間歇5秒后再啟動打漿電機，如此

循環進展打漿5次。磨漿完后，開場對豆漿加熱，豆漿溫度到達一定值時，豆漿上溢。豆漿加工自動進入

防溢延煮程序，豆漿加工完成后發出聲光報警信號。

2.2方案設計

方案1:此方案由單片機、傳感器、加熱電路、磨漿電路、報警電路組成。如圖1.1所示其工作原理

是先加熱，加熱到一定溫度后，開場磨漿，磨漿完后，磨漿停頓，又開場加熱即煮沸后，立即停機，報警

提示。

方案2：此方案由單片機、傳感器、功能電路、沸騰檢測電路、磨漿電路、加熱控制電路、報警電路

等組成。如圖1.2所示其工作原理是豆漿機加電后直接按“啟動〃鍵，控制電路控制豆漿機進展加熱，當

溫度到達80度左右時，停頓加熱，開場打漿；打漿電機按間歇方式打漿：運轉15秒后停頓轉運，間歇5

秒后再啟動打漿電機，如此循環進展打漿5次。打漿完畢后開場對豆漿加熱，豆漿溫度到達一定值時，豆

漿上溢。當豆漿沫接觸到防溢電極時，停頓加熱，間歇20秒后再開場加熱，如此循環5次，豆漿加工完

成后發出聲光信號。

單片機

加熱電路

防干燒、防溢電路

打漿電路

溫度傳感器

報警電路

電源電路

表2.2方案二設計框圖

2.3方案論證

方案一如圖1.1所示，由單片機、電源電路、溫度傳感器、打漿電路、加熱電路、報警電路等組成。

工作過程是，先將黃豆放入豆漿機的攪拌器濾網內，攪拌壺內倒入適量的水，裝好攪拌機。接上電源，按

下“功能鍵〃，開場加熱，加熱到一定溫度后，開場打架，打漿漿完畢后，又加熱直到豆漿沸騰煮熟，停

頓加熱，發出報警聲，提示豆漿已做好。其缺點是：沒有防干燒、防溢功能。

方案二如圖1.2所示，由單片機、電源電路、溫度傳感器、放干燒電路電路、防溢電路、打漿電路、

加熱電路、報警電路等組成。先將黃豆放入豆漿的攪拌器濾網內，攪拌壺內倒入適量的水,裝好攪拌機。接

上電源，蜂鳴器長鳴一聲，提示已接通電源，指示燈LED亮，處于待命狀態。按下全自動啟動鍵，開場加

熱，溫度到達80度時，停頓加熱；攪拌馬達運轉，將黃豆粉碎，豆漿過濾，然后馬達停轉，又開場加熱，

直到豆漿沸騰煮熟，停頓加熱，發出報警聲，提示豆漿已做好。假設豆漿較長時間沒喝而變涼，按下再加

熱鍵HEAT,加熱至沸騰后，停頓加熱，發出報警聲。假設缺水，則關閉加熱器和馬達，并發出急促的報警

聲，直到關閉電源，加好水后才能工作。

進展論證后，我選擇第二方案,其原因是：(1)加工方式是全自動。(2)粉碎黃豆前加熱可以提高工作

效率；縮短粉碎后加熱至豆漿沸騰時間，防止粉碎后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現象。

2.4設計參數

電機：5W24VDC它的主要作用是產生驅動轉矩，作為自動豆漿機的動力源

加熱器:500W220VAe安裝靈便、耐高溫、傳熱快、絕豫良好，采用智能控制模式，控溫精度高

加熱容器：1.25升水的加熱是一個逐漸的過程，所以要考慮水每上升一個單元溫度時所溢出的量，

同時考慮到家庭豆漿機所用容量，經調查大局部為1.25升左右

電力供給;220VAe一般的家用電壓都為220V

2.5設計的主要目的和任務

通過對豆漿機的技術深入的研究，對豆漿機有了新的了解。豆漿機的核心技術是控制。豆漿機需主要抓

住兩個環節，一是打磨，一是熬煮。針對國家對家電行業安全、環保、節能的要求需對豆漿機進一步的開發

創新，以滿足廣闊消費者的對豆漿機更方面、快捷、耐用、打出的豆漿好喝的需求。若何擺脫難清洗，不安

全，噪音大等難抑制的傳統問題基于對生活的愛好，結合所學專業知識，本文開發一款多功能，節能環保，

智能自動醇化，無網水果豆漿機。

據了解，目前豆漿機家庭普及率僅為3%左右，與電磁爐等小家電相比仍偏低，成長空間大。

面對如此市場潛力，帶動了國內豆漿機行業的投資熱。美的生活電器事業部已高調拋出龐大的擴產方案，

擬投資3億元建40條生產線，年產能達3000萬臺，并把''2010年占據國內35%的市場份額〃作為其市場

目標。而九陽也斥巨資建設更加先進的豆漿機生產線，擴大產能。

據統計，目前全國已有上百家小家電企業參加了豆漿機制造的行列。粗略計算，國內豆漿機產能未來兩

年內有望到達5000萬臺。

豆漿機的市場如次開闊，只有滿足消費者的要求，才能提高銷售業績，才能開拓新的領地。總之我們要

總結缺乏，不斷的追求創新，開發新的技術，才能獨占鰲頭。

本文在總結了傳統豆漿機優缺點的根基上，開發研制了新的一款豆漿機，它更符合廣闊消費者的需求。

是一款單機多能，節能環保，智能自動醇化，無網水果；在刀片上，采用仿螺旋漿構造，鋸齒狀外型，改革

了豆漿機的加工方式，真正實現了磨豆漿，這樣讓豆漿的營養充分釋放，噪音更低；外觀采用仿生型，美觀

大方更進一步貼近人們的生活。

第三章豆漿機控制系統的功能分析

3.1控制系統的硬件分析

硬件上豆漿機的控制系統首先需要有一個單片機芯片作為控制核心來控制它的工作過程，剛開場需要進

展水位檢測，這就需要一個傳感器，為了減少成本，這里采用一個探針來代替傳感器的使用，然后開場對水

進展加熱，剛開場的加熱需要把水加熱到80℃,這就需要一個溫度傳感器，在這里我想選用數字溫度傳感器

DS18b20,因為它是單總線器件，線路簡單，體積小，省去了A/D轉換，并行擴展等步驟，使硬件圖變得簡單

形象了很多。當給豆漿機加熱完畢后，需要啟動打漿電機開場打漿，這里我想選用的是單相串勵電機，因為

串勵電動機具有起動轉矩大、過載能力強、調速方便、體積小、重量輕等很多優點，在家用電器中普遍使用。

當打完漿后，需要對豆漿再次加熱，這里就用到了沸騰溢出的裝置，與水位檢測裝置一樣，沸騰溢出裝置同

樣選用的是一個探針來替代了傳感器。對豆漿再次加熱完畢后，預示著豆漿加工完成了，最后發出音響信號,

這里就選用一個報警器就可以了。

3.2控制系統的軟件分析

軟件上就是對單片機的編程，在編程前需要畫出一個流程圖，根據豆漿機控制系統的設計要求及目的，

即插上電源、按下啟動按鈕并且選擇功能后，如果選擇功能一（富纖豆漿），且沒有出現水位過低的情況,

就啟動加熱裝置對水加熱，當水溫到達了80C左右，豆漿機停頓加熱，啟動磨漿電機開場磨漿，磨漿電機

按間歇方式打漿：運轉15秒后停頓運轉，間歇5秒后再啟動打漿電機，如此循環5次。磨完漿后，開場

對豆漿加熱，豆漿溫度到達一定值時豆漿上溢，當豆漿沫接觸到防溢電極時，停頓加熱，間歇20秒后在

開場加熱，如此循環5次，豆漿加工完成，間歇10秒后發出音響信號。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，對單片機進展軟件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。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分鐘完畢。工作完畢后，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，刻單片機進展軟件設計的

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。

第四章豆漿機控制系統的硬件設計

4.1電源電路設計

電源是各種電子設備必不可少的組成局部，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。隨著集成電路飛速開展，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對比，具

有很多突出的優點主要表達在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運行速度快，且調試方便、使用靈活,

易于進展大量自動化生產。

4.1.1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展穩壓。

4.1.2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對比平坦的直流電。

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。

4.1.3變壓器容量、整流二極管的計算與選擇

據整流原理，因為U0=0.9U2,則可以得到U2=U0/0.9=5v/0.9%5.56￥。

在考慮到變壓器、繞組損耗（壓降）和整流二極管的壓降，在T程中必須再在上述根基上增加5%,即

U2=5.56*（1+5%）g5.83V,整流二極管的承受最大的反向電壓UD1=21/2U2g5.83V,因為穩壓器的最大電

流是3A,所以流過二極管的最大電流TDl=l/2Ti=0.75TD2=0.75A；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0.75A。

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=JU1/U2=J220/12=0.003c變壓器副邊的有效值：12=1.11*1.5=1.67A.變壓器的容量：

S=UI=5.83*1.67=9.74W0

4.1.4電源工作原理

整個電源電路如圖4.1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開場對220V交流電進展降壓，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展橋式整流，再山E2、C2進展濾波，已形成較平滑的直流

電，送給三端集成正輸出穩壓器78L05進展穩壓調整。經78L05穩壓作用后輸出+5V的直流電壓，經E3、

C3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4.1豆漿機控制系統的電源電路

4.1.5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展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4.4,它的工作原理如下:輸入為正半周時，對1)1、D3加正向電壓，DhD3導通;對D2、

D4加反向電壓,D2、D4截止。電路中構成ab、DI、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D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對￡1、D3加反向電壓，DkD3截止。電路中構

成ab、D2、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4.2

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4.4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，比全波整流甩路小一

半。

橋式整流是對二極管半波整流的?種改良。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局部，負半局部則損失掉。橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。輸

入正弦波的正半局部是兩只管導通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半局部時，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局部。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高

一倍。

4.1.6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玉器，輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、

18V、24V等規格，最大輸出電流為L5A。它的工作原理：取樣電路將輸出電壓按比例取出，送入對比放

大器與基準電壓進展對比，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。

4.1.7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4.2為幾種三端集成穩壓器。

TO-92

SO-8SOT-89

圖4.2

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；

*輸出電流可到達100mA；

*無需外接元件；

*內部熱過載保護；

*內部短路電流限制；

*從2004年底開場，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，但確實能夠改善瞬態響應。

78L05典型線路圖〔圖4.3〕:

圖4.3

注：（1）為確定輸出電壓值，請選擇電壓值后綴（xx）

（2）為獲得最正確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。

4.2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CMOS8位單片機，片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash

只讀程序存儲器和256bytes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MCS-51指令系統，片內置通月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.

4.2.1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（》指令次）FlashROM

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0-24MHz

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8XC52一樣，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

存放器、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

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12c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P1F1和P3

U,首先通過單片機中的CPU將P1.6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

機開場工作。在對水位進展檢測時;P1.0和P1.1都是作為輸入端，單片機的CPU就是通過檢測這兩個端口的

上下電位來對水位和沸騰溢出進展檢測的。加熱時，因為溫度傳感器為單線智能數字傳感器，PL5口只是作

為常用的輸入端口和CPI.進展數字傳輸。當進展加熱和打漿時，P3.0和P3.4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。

4.3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，然后停頓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。

4.3.1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良型智能溫度傳感器。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中的編程實現9?12位的數字值讀數方式.可以

分別在93.75ms和750ms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可使系統構造更趨簡單，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有了很大的改良，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+125c,增量值為0.5℃。

以九位數字俏方式讀出溫度

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，工業系統，消費類產品，溫度計或任何熱敏系統

（2）DS18B20的引腳功能

DS18B20的引腳圖如圖3所示:

1.GND為電源地

2.DQ為數字信號輸入/輸出端

3.VDD為外接供電電源

圖3溫度傳感器DS18B20的引腳圖

4.3.2溫度傳感器DS18B20的測溫原理

下面介紹51單片機AT89c52與溫度傳感器芯片DS18B20構成的測溫系統的測溫原理。如圖4所示，圖

中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1,高溫度系

數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，

當計數門翻開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩產生的時鐘脈沖后進展計數，進而完成溫度測量。計數門的

開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55℃所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度

存放器中，減法計數器1和溫度存放器被預置在?55℃所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振

產生的脈沖信號進展減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時溫度存放器的值將加1,減法計數器1的預

置將重新被裝入，減法計數器1重新開場對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進展計數，如此循環直到減法計

數器2計數到0時，停頓溫度存放器值的累加，此時溫度存放器中的數值即為所測溫度°斜率累加器用于補

償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程,

直至溫度存放器值到達被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。

另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對

DS18B2O的各種操作必須按協議進展。操作協議為：初始化DS18B20（發復位脈沖）一發ROM功能命令f

發存儲器操作命令一處理數據。

4.3.3DS18B20與單片機AT89C52的接口設計

DS18B20與單片機AT89C52的接口設計如圖4所示，P1.5口接單線總線為保證在有效的DSI8B20時鐘

周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管和AT89c52的P1.1來完成對總線的上拉,當DS18B20處于寫

存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10JS。采用寄生電源供

電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有?根線，因此發送接收口必須是三態的。主機控制DS18B20

完成溫度轉換必須經過3個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。假設單片機系統所用的晶振頻

率為12MHz,根據DS18B20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫3個子程序：INIT為初始化子程序，

WRITE為寫（命令或數據）子程序，READ為讀數據子程序，所有的數據讀寫均由最低位開場，實際在實驗

中不用這種方式，只要在數據線上加一個上拉電阻4.7k。,另外2個腳分別接電源和地。

圖4溫度傳感器DS18B20與單片機AT89C52的連接圖

4.4加熱及打漿電路的設計

加熱電路的作用是通過加熱管把磨成粉末的黃豆煮熟，本設計使用的加熱器的功率為800W;磨漿電路

的作用是通過電機把黃豆攪拌成粉沫，電機選用的是單相串勵電機，由于單相串勵電動機具有起動轉矩大、

過我能力強、調速方便、體積小、重量輕等很多優點，在家用電器中普遍使用。

單片機輸出電流經三極管放大，來驅動繼電器閉合，使加熱管發熱把豆漿煮熟。同理，繼電器閉合使電機運

轉把黃豆攪碎。加熱及打漿電路的工作原理如圖4.12所示，加熱及磨漿電路由繼電器JR1、JR2,三極管T2、

T3,電阻R5、R6以及二極管DI、D2,單片機AT89c52。當單片機工作時，賦給PL1一個低電平，使三極管

T2飽和導通，電流流過繼電器JR1,使觸點閉合，于是加熱管得電開場對豆漿加熱，當溫度到達80度時，單

線數字溫度傳感器DS18B20將溫度信號傳給單片機，單片機檢測到這個信號后，使P3.0腳變為低電平，三極

管T2截止，繼電器觸點斷開，電阻絲停頓加熱。加熱完畢后，單片機P3.4腳變為高電平，使三極管T3飽和

導通，從而讓繼電器觸點閉合，于是電機得電開場打漿，在系統程序得控制下，打漿機按間歇方式打漿。電

機運轉20秒后，單片機P3.4腳變為低電平，使三極管T3截止，繼電器觸點斷開，電機停頓打漿，間歇10

秒后，單片機P3.4腳又恢復為高電平，從而繼續驅動電機工作，如此循環5次后打漿完畢。

圖4.12豆漿機控制系統的加熱及磨漿電路

4.5防干燒及防溢出電路的設計

防干燒及防溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統的前端單元來控制自動豆漿機缺水時干燒及

沸騰溢出等問題。這單采用探針作為傳感器來檢測水位及沸騰溢出，然后通過對比器輸出上下電平，這樣

就可以通過單片機檢測對比器輸出電平的上下來檢測水位及沸騰時的溢出狀態。

水位檢測及沸騰溢出電路的原理如圖4.13所示，KI,K2分別是水位檢測傳感器和沸騰溢出傳感器，

為了減少成本，這單采用探針來代替這兩個傳感器，使用中將接控制電路的公共點“地〃，探針分別通過

傳輸。單片機的P3.2,P1.3端連接。正常工作時，K1被水淹沒，它和地之問的電阻較小，與R13共同對

+5V分壓，U+得到比U-低的電平，對比器輸出低電平。缺水時，K1露出水面，它的電阻很大，R13共同對

+5V分壓，U+得到比U-高的電壓，對比器輸出高電平，通過非門后輸出低電平產生下降沿。用軟件檢測對

比器的電平變化，便知是否缺水。

圖4.13

用同樣的方法檢測豆漿是否沸騰溢出。豆漿沸騰之前，電極K2遠離水而，它和地之間的電阻很大，與

R9共同對+5V分壓，U+得到比U-高的電壓，對比器輸出高電平。豆漿沸騰時，泡沫淹沒K2,電阻小，與

R14共同對+5V分壓，U+得到比UT氐的電壓，對比器輸出低電平。用軟件檢測對比器的輸出電平，便知豆

漿是否沸騰溢出。

4.6報警電路的設計

報警電路的作用是通過蜂嗚器發出聲音信號，提醒豆漿已經煮好了。聲音信號電流從單片機的P3.5

腳輸入到蜂鳴器LSI發出聲音。報警電路如圖4.12所示報警電路由單片機AT89c52、電阻R7、三極管T4

與蜂鳴器B1組成。通過事先編寫的程序，在單片機的控制下，系統開場工作，當加熱完成后，單片機P3.5

腳自動輸出一個高電平，通過電阻R7使三極管T4飽和導通，于是蜂鳴器B1發出報警聲音，提醒主人豆

漿加熱完成。

圖4.12豆漿機控制系統的報警電路

第五章豆漿機控制系統的軟件設計

5.1豆漿機控制系統的流程圖的設計

豆漿機控制系統的流程圖如圖5.1所示，先上電初始化，然后按下按鈕，先檢測水位符合要求嗎，如果不符合,

則由警鳴器發出嘀嘀的聲音來提示主人，如果符合要求，則開場對豆漿機的冷水進展加熱，當加熱到80C以

后，則停頓加熱，開場進展打漿程序，打15秒停15秒，按這樣的方式循環5次，打漿程序完畢后開場進展

對豆漿進展再加熱，待溢出后停上20秒后，再加熱直到溢出，以這樣的方式循環5次，豆漿加工完成，10秒

后由音響提醒主人豆漿煮好。

第一步為通電、初始化程序。單片機得到+5V工作電壓后就進入工作狀態。首先，通過復位按鍵使單

片機硬件復位，完成了復位任務，隨后單片機將進入初始化，單片機完成初始化后即開場運行程序。按下

啟動鍵，使發光二極管指示燈發光顯示，以示電源電路工作正常，單片機開場工作。

第二步為功能選擇程序。按下按鈕功能鍵，單片機進入工作狀態后，CPU將按程序開場工作，單片機

進入正常工作階段。

第三步為水加熱程序。當水位符合要求后，CPU就令P3.0口由低電位變成高電位，使T2導通，驅動

繼電器JR1動作，通過JR1的觸點作用將電熱器與220v電源接通，于是加熱管對冷水開場加熱，直至水

溫加熱到80C,這種加熱也稱之為預加熱，主要是為了防止在以后粉碎黃豆等物時，防止產生大量的泡沫。

在燒煮豆漿時就不會因泡沫過多而造成頻繁的溢出，造成加熱頻繁的被迫停頓，延長了豆漿的加工時間，

所以，預加熱在自動豆漿機中是很有必要的，當水溫到達80℃時，單線數字溫度傳感器DS18B20將溫度信

號傳給單片機Pl.5U,當CPU承受到來自P1.5口的停頓加熱的控制信號后，即令P3.0LJ為低電位，使

T2截止,JR1觸點釋放，電熱管失電而停頓加熱，至此加熱冷水階段完畢。

第四步為粉碎程序。當水溫加熱到80℃后，單片機進入粉碎階段中。CPU令P3.4匚輸出高電位，使T3

導通，驅動繼電器JR2吸合，再接通粉碎電機的工作電源，使粉碎電機高速旋轉，帶動刀片高速切削，實施

對粉碎物的粉碎，為了減少電機的發熱量，粉碎電機每粉碎15秒就休息5秒，然后再開場第二輪粉碎，這種

工作過程共循環5次，然后完畢粉碎過程。

第五步為燒煮豆漿程序。粉碎過程完畢，接下來就進入燒煮豆漿階段。由于黃豆被粉碎時，雖然是在

水溫下進展粉碎的，但還是會產生較多的泡沫，所以該階段表現的是加熱，與溢出之間的一對矛盾，

為了使豆漿機適應較多種類植物的加熱需要，該程序中采用了加熱一次如溢出一次為一次循環，并對循環

時間進展累計計算，加熱，溢出，停頓加熱共循環8分鐘，燒煮豆漿程序就宣告完畢。這種智能控制設計，

可以保證得到滿意的豆漿加工效果。

第六步為報警程序。一旦豆漿煮好，CPU令P3.5口輸出慢節奏的音頻信號，通過T4推動蜂鳴器B1發出

嘀嘀的響聲，當然，在此之前，你也已經聞到香濃的豆漿味了

圖5.1豆漿機控制系統的流程圖如下

第六章結論

此次設計我做的是基于單片機的豆漿機的控制系統的設計，講過屢次的修改和整理，可以滿足設計的基

本要求。當放入適量浸泡好的的黃豆，參加適量的冷水，漿豆漿機電源插頭插入220V交流電源，豆漿機指示

燈亮起，按下按鈕，先時豆漿機進展水位檢測，符合要求后加熱管開場對水進展加熱，當水溫到達80度左右,

豆漿機停頓加熱。啟動磨漿電機開場磨漿，磨漿電機按間歇方式打漿：運轉15秒后停頓運轉，間歇5秒后再

后動打漿電機，如此循環5次。磨完漿后，開場對豆漿加熱，豆漿溫度到達一定值時豆漿上溢，當豆漿沫接

觸到防溢電極時，停頓加熱，間歇20秒后在開場加熱，如此循環5次，豆漿加工完成，間歇10秒后發出音

響信號。

但因為我的水平有限，此電路中也存在著一定的問題，比方說三端集成穩壓器會產生熱損失，溫度傳感器

DS18B2O在本設計中只是檢測了一下溫度，當溫度到達80度時單片機進展下一步工作，在這里沒有充分的利

用他的功能及優點，雖然這樣做給本設計帶來了很大的方便，使設計變得簡單，不過用在這里有點浪費了。

總之，此設計以單片機AT89c52作為核心的控制元件，配合其他器件，使豆漿機的控制系統縣有功能

強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加工經過優化的程序，使其有很高的智能化水平。

附錄A

豆漿機控制系統的原理圖

附錄B

豆漿機控制系統程序清單

DQEQUP1.5;18B20輸入端BZWEQU7EH;

JREQUP3.0;加熱電阻絲DJEQUP3.4;電機

KIEQUP1.1;水位檢查K2EQUP1.0;沸騰檢測

SB1EQUPL7;啟動按扭LEDEQUPL6;指示燈

ORG0000H

JMPMAIN

ORGOOOBH

JMPTIME

ORG0030H

MAIN:MOVP1,#OFFH

MOVPO,#OFFE

MOVP2,#0FFE

MOVP3,#OFFE

CALLD15MS

MOVTMOD,#01

MOVTHO,#3CE

MOVTLO,#OBOH

SETBEA

SETBETO

JBSB1,$

CALLD15MS

CALLD15MS

JNBSB1,$

PDBJ:JNBK1,BJ1

MOV46H,#2

BJ4:SETBP3.5

CALLDIS

CLRP3.5

CALLDIS

DJNZ46H,BJ4

LJMPPDBJ

BJ1:CLRP3.5

SETBTRO

CLRLED

MAINl:CALLDS18B2O

CLRJR

CJNER2,#80,LI

LI:JCMAIN1

CLRJR

MOV4011,#5

Q3:SETBDJ

CALLD15S

CLRDJ

CALLD5S

DJNZ40H,Q3

MOV44H,#5

S2:SETBJR

JBK2,$

CLRJR

CALLD20S

DJNZ44H,S2

CALLDIOS

MOV4611,#2

S4:SETBP3.5

CALLDIS

CLRP3.5

CALLDIS

DJNZ46H,S4

L3:SETBJR

L4:CALLDS18B20

CJNER2,#80fL2