智能定時(shí)遙控多功能豆漿機的系統設計

系統硬件設計

本系統由主機和遙控兩個(gè)部分組成。

1. 主機硬件設計

主機部分由穩壓電源、HT46R65單片機、鍵盤(pán)輸入電路、顯示電路、缺水檢測電路、自動(dòng)加水電路、電機控制電路、加熱控制電路、小功率加熱電路、測溢出檢測電路(沸騰檢測電路)、82度檢測電路、紅外接收電路、報警指示電路等組成。主機的硬件框圖如圖1所示。

圖1：智能定時(shí)遙控多功能豆漿機的主機硬件框圖。

穩壓電源電路主要由降壓變壓器T1、整流橋D1、濾波電容C2、C3、C4、C5以及+5V三端穩壓塊7805組成。穩壓電源電路將220V電源轉變成繼電器控制電源12V和系統5V供電，原理圖如圖2所示。

圖2：穩壓電源電路。

盛群半導體公司生產(chǎn)的A/D+LCD型8位HT46R65單片機是一種高效、高性能的RISC結構單片機。除了具有暫停、喚醒功能、集成定時(shí)器功能、振蕩器選擇和可編程分頻器等特性以外，HT46R65還具有脈寬調制輸出，增加了使用靈活性，這些特性同時(shí)也保證了在實(shí)際應用時(shí)僅需極少的外部器件，從而降低了整個(gè)產(chǎn)品的成本。在主機中選用HT46R65單片機是因為它具有蜂鳴器及看門(mén)狗功能，更重要的是預分頻器(Prescaler)可以實(shí)現1到128的分頻，此外，還有內部LCD信號產(chǎn)生電路及多種掩膜選項，可自動(dòng)產(chǎn)生時(shí)間與增益可變的信號直接驅動(dòng)LCD，與用戶(hù)接口的連接也十分簡(jiǎn)單。

鍵盤(pán)輸入電路由四個(gè)按鍵組成，分別是定時(shí)、小時(shí)和分鐘加、小時(shí)和分鐘減、全自動(dòng)工作；最大定時(shí)時(shí)間為24小時(shí)，已經(jīng)足夠滿(mǎn)足要求。

顯示電路中的LCD是專(zhuān)門(mén)定制的，可以直接與HT46R65的SEGMENT和COM口相連，并可以直接驅動(dòng)，使用起來(lái)非常方便，編程也很簡(jiǎn)單。本系統中定制的LCD液晶顯示屏用4位顯示定時(shí)的小時(shí)和分鐘。液晶屏有12個(gè)引腳，各引腳如表1所示。

這個(gè)液晶屏的5到12引腳連接的是SEG16到SEG23，1到4引腳連接的是COM0到COM4，數據讀取或寫(xiě)入地址范圍為50H到57H，具體編程方法非常簡(jiǎn)單，如果將顯示初始化為0000，程序如下：

void lcd_init()

{ unsigned int i;

_bp=0x01;

_mp1=0x50;

for(i=0;i8;i++)

{ _iar1=0x0f;

_mp1++;}

}

缺水檢測電路(圖3a)主要是用來(lái)檢測是否缺水，防止干燒，如果檢測到缺水則可以自動(dòng)加水。不缺水時(shí)PA6輸入為低電平，缺水的時(shí)候為高電平。水位情況檢測反饋路徑為：加熱管外殼(接線(xiàn)路板地)→水→電極→R22→PA6，當容器內無(wú)水或水量低于水位線(xiàn)，即水浸不到電極時(shí)，PA6為高電平，然后自動(dòng)加水；當容器內水量達到水位線(xiàn)時(shí)(即水量浸到電極時(shí))，PA6為低電平，PA2輸出高電平，Q2飽和導通，繼電器K2吸合，加熱管正常加熱。

溢出檢測電路(圖3b)主要是用來(lái)防止漿沫溢出。漿溢情況檢測反饋路徑為：加熱管外殼(接線(xiàn)路板地)→豆漿及漿沫→防溢電極→R23→PA7，當豆漿沸騰泡沫向上溢時(shí)，防溢檢測電極接觸到泡沫漿液，使PA7由高電平變?yōu)榈碗娖?，PA2輸出低電平，Q2截止，繼電器K2不吸合，加熱管停止加熱。當泡沫下落后，PA7變?yōu)楦唠娖?，PA2輸出高電平，Q2飽和導通，繼電器K2吸合，加熱管正常加熱，不斷反復進(jìn)行防溢延煮。

圖3：(a) 缺水檢測電路；(b) 溢出檢測電路；(c) 82度檢測電路。

82度檢測電路(圖3c)是通過(guò)一個(gè)比較器電路來(lái)實(shí)現的。比較器電路由雙運放LM358和電阻、電容、穩壓管組成，LM358采用12V供電，當LM358的負輸入端電壓高于正輸入端電壓時(shí)，輸出為低電平，穩壓管ZD1截止，PD1輸入為低電平；當LM358的負輸入端電壓低于正輸入端電壓時(shí)，輸出為10~11V的電壓，此時(shí)穩壓管ZD1導通，PD1輸入為高電平(4.3V)。

負端輸入電壓隨熱敏電阻R26阻值的變化而變化。負溫度系數(NTC)熱敏電阻R26是采用單一高純度材料、具有接近理論密度結構的高性能陶瓷，它最基本的性質(zhì)就是電阻值隨溫度上升而下降。電阻變化與溫度變化的具體關(guān)系如式1所示：R1=R0*exp[B*(1/T1-1/T0)]。

其中，R0和R1為電阻值，T0和T1為絕對溫度，B值是一個(gè)表征NTC的電阻值與絕對溫度的關(guān)系的常數。熱敏電阻的B值并非是恒定的，其大小因材料構成而異，最大甚至可達5K/C，因此在較大的溫度范圍內應用式1時(shí)，將會(huì )與實(shí)測值之間存在一定誤差。本系統中使用的NTC熱敏電阻的參數為：25C時(shí)的阻值為22K，B值為4200，代入式1可以求得R1為2.2K時(shí)的溫度為82C。當溫度小于82C時(shí)，熱敏電阻的阻值大于2.2K，此時(shí)負端輸入電壓低于正端輸入電壓，輸出為高電平，當溫度高于82C時(shí)，熱敏電阻的阻值小于2.2K，此時(shí)負端輸入電壓高于正端輸入電壓，輸出為低電平，停止加熱，開(kāi)始打漿。

紅外接收電路(圖4)可使用一種集成了紅外接收和放大的一體化紅外線(xiàn)接收器，該器件無(wú)需任何其它外接元件就能完成從紅外線(xiàn)接收到輸出TTL電平信號兼容的所有工作，而體積僅與普通塑封三極管一樣大，適合于各種紅外線(xiàn)遙控和紅外線(xiàn)數據傳輸。接收器對外只有3個(gè)引腳：Out、Gnd、Vcc與單片機接口非常方便。

圖4：紅外接收電路。

1：脈沖信號輸出口，直接接單片機的I/O口，即接PD5引腳；

2：Gnd接主控器的地線(xiàn)；

3：Vcc接主控器的電源正極(+5V)；

2. 遙控器硬件設計

遙控器部分包括電源(由電池供電)、時(shí)鐘電路、溫度傳感器、鍵盤(pán)輸入電路、顯示電路、紅外發(fā)射電路等。遙控器由三節電池(4.5V)供電。

鍵盤(pán)輸入電路由21個(gè)按鍵組成，其中0~9十個(gè)數字和定時(shí)鍵用來(lái)設定豆漿機的定時(shí)時(shí)間。AUTO、HEAT、MILL、WATER按鍵可以對豆漿機進(jìn)行單獨操作，分別實(shí)現全自動(dòng)工作、加熱、粉碎、自動(dòng)加水功能。Enter、Up、Down、Right、Left等五個(gè)按鍵用來(lái)設定時(shí)鐘的時(shí)間。

紅外發(fā)射電路如圖5所示，發(fā)射電路連接的是PC7引腳，載波頻率為40kHz，通過(guò)編程使PC7口產(chǎn)生一個(gè)周期性的紅外載波輸出，根據不同的編碼規則，可以更改輸出周期，從而達到數字信號傳輸的功能。

圖5：紅外發(fā)射電路。

在本系統中，用HT48R70A實(shí)現IR的發(fā)射，用HT46R56實(shí)現IR的接收，其編碼方式為：1位啟始信號+8位數據信號，數據傳送協(xié)議和時(shí)序圖如6所示。

液晶模塊采用的是金鵬電子公司的OCM12864-5系列，這是一款12864點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接連接，具有八位標準數據總線(xiàn)、6條控制線(xiàn)及電源線(xiàn)，采用KS0108控制IC。

時(shí)鐘芯片采用DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節靜態(tài)RAM，實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、月、年、星期信息，每月的天數和閏年的天數可以自動(dòng)調整。

圖6：數據傳送協(xié)議和時(shí)序。

溫度傳感器采用DALLAS公司的數字溫度傳感器18B20，可提供9位到12位(二進(jìn)制)溫度讀數，指示器件的溫度，CPU通過(guò)一條連線(xiàn)與18B20通信，可以顯示從-55度到+125度的溫度范圍，使用起來(lái)非常方便，且價(jià)格也很便宜。

圖7：主機主要程序流程圖。

系統軟件設計

系統軟件設計包括主機軟件部分和遙控器軟件部分。主機主要程序流程圖如圖7所示，遙控器主要程序流程圖如圖8所示。

圖8：遙控器主要程序流程圖。

本文小結

本系統的樣品已經(jīng)完成，試驗結果表明，該系統能穩定、可靠的完成全自動(dòng)工作、單獨打漿、單獨加熱、單獨粉碎、自動(dòng)加水等各種功能。并有使用方便的優(yōu)點(diǎn)。