豆?jié){機控制板設計開發(fā)

豆?jié){作為一種經(jīng)濟健康食品，越來越受到人們的歡迎。本文介紹以AT89C2051單片機為核心控制部件的智能型全自動家用豆?jié){機，可選擇單獨粉碎、單獨煮漿或全自動運行，采用模糊控制技術，集打漿、煮漿、保護、警示于一體，可方便、快捷地制作出衛(wèi)生健康、合乎個人口味的熟豆?jié){。

一、智能型豆?jié){機的結構與工作原理

豆?jié){的加工主要包括粉碎打漿和加熱煮漿兩個過程。傳統(tǒng)的加工方式這兩個過程是分開的，即先進行粉碎而后再加熱。這里面存在著制作工藝復雜、出漿率不高、加熱易溢出及加熱時間不好掌握等問題。智能型豆?jié){機采用微電腦模糊控制技術，模擬人工操作，全自動控制打漿和煮漿，使復雜的傳統(tǒng)制作工藝變得簡單易用。

我們設計的智能型豆?jié){機主要由高速串勵電機、加熱管、網(wǎng)罩、感溫探棒、防溢電極、單片機控制面板、控制按鈕以及聲光報警器件等幾部分組成。高速串勵電機負責粉碎打漿，加熱管進行加熱煮漿，感溫探棒進行水溫測量，防溢電極防止豆?jié){加熱溢出，采用蜂鳴器和雙色燈進行聲光報警，控制面板根據(jù)命令和輸入狀態(tài)信號，模糊控制各個部件按程序進行加熱、粉碎等系列工作全自動完成。

根據(jù)反復試驗所得到的結果，我們確定了制作豆?jié){的最佳工藝流程，并結合豆?jié){機各個部件的特性，確定了以下設計方案：
(1)粉碎。串勵電機工作轉速可達到12kr/s左右，大約1min時間便可將豆粒徹底粉碎。但由于該電機不可長時間連續(xù)運轉，所以粉碎時間分為4個15s完成，間歇停機15s。為了提高工作效率，充分利用粉碎間歇時間進行豆?jié){加熱。

(2)加熱。加熱分為“粉碎前預加熱”、“粉碎間歇加熱”和“煮漿加熱”三個過程。“煮漿加熱過程”是從粉碎后加熱的第一次沸騰開始計時，大約需要5min?！胺鬯榍邦A加熱”是將水溫加熱至80℃，縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰的時間，防止粉碎后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現(xiàn)象，此外還有出漿率高、豆?jié){口味更佳的效果。

(3)命令輸入。命令輸入采用“啟Π?！?、“加熱”、“粉碎”三個按鍵。豆?jié){機接通電源后或停止狀態(tài)下按“啟Π?！辨I進行全自動工作，按“加熱”鍵則進行單獨加熱5min操作，按“粉碎”鍵則進行單獨粉碎15s操作;在全自動、單獨加熱或單獨粉碎等工作過程中，若按“啟Π停”鍵將停止一切操作，恢復到起始狀態(tài)。

(4)聲光報警。為了便于人們監(jiān)測整個工作過程，在工作狀態(tài)切換時，有紅綠燈的顯示和蜂鳴提示，工作完畢聲光報警十次。工作過程中如有危險操作，也進行聲光報警。

(5)安全要求:上電后對水位進行判斷，防止添水過多;在整個工作過程中，對水位實時檢測，嚴防無水干燒。

(6)采用軟硬件抗干擾技術，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。硬件上主要是采用濾波電路抑制干擾源，WDT監(jiān)控電路防止因干擾造成的程序錯亂和死機現(xiàn)象。軟件上主要采用填碼技術、指令冗余技術、設置模塊入口標志和智能恢復現(xiàn)場等技術配合硬件增強系統(tǒng)的抗干擾能力。

二、豆?jié){機電路設計

硬件電路的設計主要包括電源部分、中央處理單元、監(jiān)控電路、信號檢測電路、控制電路和人機接口電路等六個部分。

(1)電源電路采用12.5V變壓器變壓，而后進行整流濾波，再通過7805穩(wěn)壓管得到+5V的工作電源。

(2)中央處理單元是以AT89C2051為核心的單片機最小應用系統(tǒng)。

(3)主要采用外部監(jiān)控芯片IMP706，完成在上電、掉電期間或手動情況下產(chǎn)生復位信號。

(4)信號檢測電路，Rx為感溫探棒或豆?jié){溶液阻值。水溫檢測是由感溫探棒在80℃左右阻值的躍變，通過比較電路分別生成高低電平，提供給中央處理單元水溫信號;有水無水檢測，由感溫探棒外殼、加熱管外殼、水(豆?jié){)構成回路的通斷狀態(tài)通過比較電路分別生成高低電平，提供給中央處理單元作為有水無水信號;溢出與否檢測，由感溫探棒外殼、防溢電極和豆?jié){構成回路的通斷狀態(tài)通過比較電路分別生成高低電平，提供給中央處理單元作為溢出與否信號。

(5)控制電路是通過三極管驅動來控制直流繼電器通斷閉合，從而實現(xiàn)對電機運轉和加熱管加熱的控制。

(6)人機接口電路包括命令輸入電路、指示燈顯示電路和蜂鳴報警電路。

三、豆?jié){機控制程序設計

系統(tǒng)軟件由MCS251匯編語言寫成，由主程序、復位分析處理程序、命令輸入程序、打漿程序、煮漿程序、狀態(tài)顯示與提醒程序等組成。利用AT89C2051內(nèi)部定時器設定基本時間單位，由軟件編程實現(xiàn)各個部件的工作次序和時間常數(shù)，通過對相應引腳置1或清0控制各個部件工作。在整個程序工作期間，都對水位進行判斷，一旦水位低于警戒線，便進入報警程序，同時停止加熱和粉碎操作。在全自動或單獨打碎和加熱工作過程中，若按啟/停按鍵，則停止一切工作，直到有新的按鍵按下。

特別要說明的是利用監(jiān)控電路的抗干擾軟件設計，即復位后的分析處理、恢復現(xiàn)場技術。因為在實際工作中，由于電機為感性負載，進行打碎操作的啟停瞬間將對系統(tǒng)造成極強的干擾，常造成程序紊亂甚至晶振停振的現(xiàn)象。此時，監(jiān)控電路將給系統(tǒng)提供復位信號，迫使系統(tǒng)復位重新開始工作。為避免系統(tǒng)復位所導致的程序反復從開頭運行的尷尬現(xiàn)象，需要有軟件的智能恢復技術，使程序在系統(tǒng)復位后能夠切入斷點，繼續(xù)正常工作。

總結

經(jīng)反復測試表明，該智能型豆?jié){機使用方便，它能夠對按鍵操作命令和無水干燒、加熱溢出等現(xiàn)象實時做出判斷和響應，監(jiān)控電路也及時有效地對死機現(xiàn)象做出了反應，整個工作過程流暢順利，它的運行達到了最初的設計要求。由于整個工作過程完全采用程序控制，可根據(jù)不同的硬件和要求，很容易通過調(diào)整相關的指令和時間常數(shù)等，實現(xiàn)最佳的運行效果。該產(chǎn)品已投入市場，受到了消費者的歡迎。

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