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智能定时遥控多功能豆浆机的系统设计
来源:本站整理  作者:佚名  2008-01-17 10:07:00



豆浆机是一种新型的家用饮料机。传统的豆浆机需每天早上将前一晚浸泡好的豆子放进豆浆机,然后等待至少十几分钟才能喝到豆浆,而且打制过程中如果缺水还需手动加水,使用起来颇为麻烦。本文设计了一种智能定时遥控多功能豆浆机,只要在前一天晚上把洗好的干豆放进豆浆机,进行定时,早上起来就可以喝到鲜美可口的豆浆,实现了从浸泡干豆到豆浆煮熟的全自动过程。此外,还可以使用遥控器实现定时、单独打浆、加热、自动加水、粉碎等其它功能,同时遥控器上可以显示室内温度、时间、年、月、日、星期等信息。

系统硬件设计

本系统由主机和遥控两个部分组成。

1. 主机硬件设计

主机部分由稳压电源、HT46R65单片机、键盘输入电路、显示电路、缺水检测电路、自动加水电路、电机控制电路、加热控制电路、小功率加热电路、测溢出检测电路(沸腾检测电路)、82度检测电路、红外接收电路、报警指示电路等组成。主机的硬件框图如图1所示。

图1:智能定时遥控多功能豆浆机的主机硬件框图。
图1:智能定时遥控多功能豆浆机的主机硬件框图。

稳压电源电路主要由降压变压器T1、整流桥D1、滤波电容C2、C3、C4、C5以及+5V三端稳压块7805组成。稳压电源电路将220V电源转变成继电器控制电源12V和系统5V供电,原理图如图2所示。

图2:稳压电源电路。
图2:稳压电源电路。

盛群半导体公司生产的A/D+LCD型8位HT46R65单片机是一种高效、高性能的RISC结构单片机。除了具有暂停、唤醒功能、集成定时器功能、振荡器选择和可编程分频器等特性以外,HT46R65还具有脉宽调制输出,增加了使用灵活性,这些特性同时也保证了在实际应用时仅需极少的外部器件,从而降低了整个产品的成本。在主机中选用HT46R65单片机是因为它具有蜂鸣器及看门狗功能,更重要的是预分频器(Prescaler)可以实现1到128的分频,此外,还有内部LCD信号产生电路及多种掩膜选项,可自动产生时间与增益可变的信号直接驱动LCD,与用户接口的连接也十分简单。

键盘输入电路由四个按键组成,分别是定时、小时和分钟加、小时和分钟减、全自动工作;最大定时时间为24小时,已经足够满足要求。

显示电路中的LCD是专门定制的,可以直接与HT46R65的SEGMENT和COM口相连,并可以直接驱动,使用起来非常方便,编程也很简单。本系统中定制的LCD液晶显示屏用4位显示定时的小时和分钟。液晶屏有12个引脚,各引脚如表1所示。

智能定时遥控多功能豆浆机的系统设计

这个液晶屏的5到12引脚连接的是SEG16到SEG23,1到4引脚连接的是COM0到COM4,数据读取或写入地址范围为50H到57H,具体编程方法非常简单,如果将显示初始化为0000,程序如下:

void lcd_init()

{ unsigned int i;

_bp=0x01;

_mp1=0x50;

for(i=0;i<8;i++)

{ _iar1=0x0f;

_mp1++;}

}

缺水检测电路(图3a)主要是用来检测是否缺水,防止干烧,如果检测到缺水则可以自动加水。不缺水时PA6输入为低电平,缺水的时候为高电平。水位情况检测反馈路径为:加热管外壳(接线路板地)→水→电极→R22→PA6,当容器内无水或水量低于水位线,即水浸不到电极时,PA6为高电平,然后自动加水;当容器内水量达到水位线时(即水量浸到电极时),PA6为低电平,PA2输出高电平,Q2饱和导通,继电器K2吸合,加热管正常加热。

溢出检测电路(图3b)主要是用来防止浆沫溢出。浆溢情况检测反馈路径为:加热管外壳(接线路板地)→豆浆及浆沫→防溢电极→R23→PA7,当豆浆沸腾泡沫向上溢时,防溢检测电极接触到泡沫浆液,使PA7由高电平变为低电平,PA2输出低电平,Q2截止,继电器K2不吸合,加热管停止加热。当泡沫下落后,PA7变为高电平,PA2输出高电平,Q2饱和导通,继电器K2吸合,加热管正常加热,不断反复进行防溢延煮。

图3:(a) 缺水检测电路;(b) 溢出检测电路;(c) 82度检测电路。
图3:(a) 缺水检测电路;(b) 溢出检测电路;(c) 82度检测电路。

82度检测电路(图3c)是通过一个比较器电路来实现的。比较器电路由双运放LM358和电阻、电容、稳压管组成,LM358采用12V供电,当LM358的负输入端电压高于正输入端电压时,输出为低电平,稳压管ZD1截止,PD1输入为低电平;当LM358的负输入端电压低于正输入端电压时,输出为10~11V的电压,此时稳压管ZD1导通,PD1输入为高电平(4.3V)。

负端输入电压随热敏电阻R26阻值的变化而变化。负温度系数(NTC)热敏电阻R26是采用单一高纯度材料、具有接近理论密度结构的高性能陶瓷,它最基本的性质就是电阻值随温度上升而下降。电阻变化与温度变化的具体关系如式1所示:R1=R0*exp[B*(1/T1-1/T0)]。

其中,R0和R1为电阻值,T0和T1为绝对温度,B值是一个表征NTC的电阻值与绝对温度的关系的常数。热敏电阻的B值并非是恒定的,其大小因材料构成而异,最大甚至可达5K/°C,因此在较大的温度范围内应用式1时,将会与实测值之间存在一定误差。本系统中使用的NTC热敏电阻的参数为:25°C时的阻值为22K,B值为4200,代入式1可以求得R1为2.2K时的温度为82°C。当温度小于82°C时,热敏电阻的阻值大于2.2K,此时负端输入电压低于正端输入电压,输出为高电平,当温度高于82°C时,热敏电阻的阻值小于2.2K,此时负端输入电压高于正端输入电压,输出为低电平,停止加热,开始打浆。

红外接收电路(图4)可使用一种集成了红外接收和放大的一体化红外线接收器,该器件无需任何其它外接元件就能完成从红外线接收到输出TTL电平信号兼容的所有工作,而体积仅与普通塑封三极管一样大,适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。接收器对外只有3个引脚:Out、Gnd、Vcc与单片机接口非常方便。

图4:红外接收电路。
图4:红外接收电路。

1:脉冲信号输出口,直接接单片机的I/O口,即接PD5引脚;

2:Gnd接主控器的地线;

3:Vcc接主控器的电源正极(+5V);

2. 遥控器硬件设计

遥控器部分包括电源(由电池供电)、时钟电路、温度传感器、键盘输入电路、显示电路、红外发射电路等。遥控器由三节电池(4.5V)供电。

键盘输入电路由21个按键组成,其中0~9十个数字和定时键用来设定豆浆机的定时时间。AUTO、HEAT、MILL、WATER按键可以对豆浆机进行单独操作,分别实现全自动工作、加热、粉碎、自动加水功能。Enter、Up、Down、Right、Left等五个按键用来设定时钟的时间。

红外发射电路如图5所示,发射电路连接的是PC7引脚,载波频率为40kHz,通过编程使PC7口产生一个周期性的红外载波输出,根据不同的编码规则,可以更改输出周期,从而达到数字信号传输的功能。

图5:红外发射电路。
图5:红外发射电路。


在本系统中,用HT48R70A实现IR的发射,用HT46R56实现IR的接收,其编码方式为:1位启始信号+8位数据信号,数据传送协议和时序图如6所示。

液晶模块采用的是金鹏电子公司的OCM12864-5系列,这是一款128×64点阵型液晶显示模块,可显示各种字符及图形,可与CPU直接连接,具有八位标准数据总线、6条控制线及电源线,采用KS0108控制IC。

时钟芯片采用DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片,内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM,实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年、星期信息,每月的天数和闰年的天数可以自动调整。

图6:数据传送协议和时序。
图6:数据传送协议和时序。

温度传感器采用DALLAS公司的数字温度传感器18B20,可提供9位到12位(二进制)温度读数,指示器件的温度,CPU通过一条连线与18B20通信,可以显示从-55度到+125度的温度范围,使用起来非常方便,且价格也很便宜。

图7:主机主要程序流程图。
图7:主机主要程序流程图。

系统软件设计

系统软件设计包括主机软件部分和遥控器软件部分。主机主要程序流程图如图7所示,遥控器主要程序流程图如图8所示。

图8:遥控器主要程序流程图。
图8:遥控器主要程序流程图。

本文小结

本系统的样品已经完成,试验结果表明,该系统能稳定、可靠的完成全自动工作、单独打浆、单独加热、单独粉碎、自动加水等各种功能。并有使用方便的优点。

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