智能全自動(dòng)家用豆?jié){機(jī)的研制

0c2051承擔(dān)控制部件的智能制造作為一種經(jīng)濟(jì)健康食品，豆腐已越來(lái)越受到重視。本文介紹以AT89C2051單片機(jī)為核心控制部件的智能型全自動(dòng)家用豆?jié){機(jī),可選擇單獨(dú)粉碎、單獨(dú)煮漿或全自動(dòng)運(yùn)行,采用模糊控制技術(shù),集打漿、煮漿、保護(hù)、警示于一體,可方便、快捷地制作出衛(wèi)生健康、合乎個(gè)人口味的熟豆?jié){。1豆?jié){機(jī)聲光報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案豆?jié){的加工主要包括粉碎打漿和加熱煮漿兩個(gè)過(guò)程。傳統(tǒng)的加工方式這兩個(gè)過(guò)程是分開(kāi)的,即先進(jìn)行粉碎而后再加熱。這里面存在著制作工藝復(fù)雜、出漿率不高、加熱易溢出及加熱時(shí)間不好掌握等問(wèn)題。智能型豆?jié){機(jī)采用微電腦模糊控制技術(shù),模擬人工操作,全自動(dòng)控制打漿和煮漿,使復(fù)雜的傳統(tǒng)制作工藝變得簡(jiǎn)單易用。我們?cè)O(shè)計(jì)的智能型豆?jié){機(jī)主要由高速串勵(lì)電機(jī)、加熱管、網(wǎng)罩、感溫探棒、防溢電極、單片機(jī)控制面板、控制按鈕以及聲光報(bào)警器件等幾部分組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。高速串勵(lì)電機(jī)負(fù)責(zé)粉碎打漿,加熱管進(jìn)行加熱煮漿,感溫探棒進(jìn)行水溫測(cè)量,防溢電極防止豆?jié){加熱溢出,采用蜂鳴器和雙色燈進(jìn)行聲光報(bào)警,控制面板根據(jù)命令和輸入狀態(tài)信號(hào),模糊控制各個(gè)部件按程序進(jìn)行加熱、粉碎等系列工作全自動(dòng)完成。根據(jù)反復(fù)試驗(yàn)所得到的結(jié)果,我們確定了制作豆?jié){的最佳工藝流程,并結(jié)合豆?jié){機(jī)各個(gè)部件的特性,確定了以下設(shè)計(jì)方案:(1)粉碎。串勵(lì)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速可達(dá)到12kr/s左右,大約1min時(shí)間便可將豆粒徹底粉碎。但由于該電機(jī)不可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),所以粉碎時(shí)間分為4個(gè)15s完成,間歇停機(jī)15s。為了提高工作效率,充分利用粉碎間歇時(shí)間進(jìn)行豆?jié){加熱。(2)加熱。加熱分為“粉碎前預(yù)加熱”、“粉碎間歇加熱”和“煮漿加熱”三個(gè)過(guò)程?！爸鬂{加熱過(guò)程”是從粉碎后加熱的第一次沸騰開(kāi)始計(jì)時(shí),大約需要5min?！胺鬯榍邦A(yù)加熱”是將水溫加熱至80℃,縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰的時(shí)間,防止粉碎后煮漿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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/?！?、“加熱”、“粉碎”三個(gè)按鍵。豆?jié){機(jī)接通電源后或停止?fàn)顟B(tài)下按“啟/?！辨I進(jìn)行全自動(dòng)工作,按“加熱”鍵則進(jìn)行單獨(dú)加熱5min操作,按“粉碎”鍵則進(jìn)行單獨(dú)粉碎15s操作;在全自動(dòng)、單獨(dú)加熱或單獨(dú)粉碎等工作過(guò)程中,若按“啟/?！辨I將停止一切操作,恢復(fù)到起始狀態(tài)。(4)聲光報(bào)警。為了便于人們監(jiān)測(cè)整個(gè)工作過(guò)程,在工作狀態(tài)切換時(shí),有紅綠燈的顯示和蜂鳴提示,工作完畢聲光報(bào)警十次。工作過(guò)程中如有危險(xiǎn)操作,也進(jìn)行聲光報(bào)警。(5)安全要求:上電后對(duì)水位進(jìn)行判斷,防止添水過(guò)多;在整個(gè)工作過(guò)程中,對(duì)水位實(shí)時(shí)檢測(cè),嚴(yán)防無(wú)水干燒。(6)采用軟硬件抗干擾技術(shù),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(cuò)亂和死機(jī)現(xiàn)象。軟件上主要采用填碼技術(shù)、指令冗余技術(shù)、設(shè)置模塊入口標(biāo)志和智能恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等技術(shù)配合硬件增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。2外部監(jiān)控芯片硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括電源部分、中央處理單元、監(jiān)控電路、信號(hào)檢測(cè)電路、控制電路和人機(jī)接口電路等六個(gè)部分。(1)電源電路采用12.5V變壓器變壓,而后進(jìn)行整流濾波,再通過(guò)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(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)。AT89C2051芯片屬M(fèi)CS-51系列單片機(jī),性價(jià)比極高,24引腳,內(nèi)置2K字節(jié)的EEPROM,128字節(jié)RAM,不可外擴(kuò)。(3)監(jiān)控電路如圖2所示,主要采用外部監(jiān)控芯片IMP706,完成在上電、掉電期間或手動(dòng)情況下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。IMP706的引腳功能如下:MR①:手動(dòng)復(fù)位輸入;VCC②:+5V電源輸入;GND③:所有信號(hào)的基準(zhǔn)地;PFI④:電源故障電壓監(jiān)控輸入,當(dāng)PFI小于1.25V時(shí),PFO變?yōu)榈碗娖?PFO⑤:電源故障輸出;WDI⑥:看門(mén)狗輸入,當(dāng)WDI保持高電平或低電平達(dá)1.6s時(shí)可使內(nèi)部定時(shí)器完成計(jì)數(shù),并置WDO為低;RESET⑦:低電平有效的復(fù)位輸出;WDO⑧:看門(mén)狗輸出,連接到MR將會(huì)觸發(fā)復(fù)位信號(hào),連接到單片機(jī)INT0將產(chǎn)生中斷申請(qǐng)信號(hào);(4)信號(hào)檢測(cè)電路如圖3所示,Rx為感溫探棒或豆?jié){溶液阻值。水溫檢測(cè)是由感溫探棒在80℃左右阻值的躍變,通過(guò)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(hào);有水無(wú)水檢測(cè),由感溫探棒外殼、加熱管外殼、水(豆?jié){)構(gòu)成回路的通斷狀態(tài)通過(guò)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(wú)水信號(hào);溢出與否檢測(cè),由感溫探棒外殼、防溢電極和豆?jié){構(gòu)成回路的通斷狀態(tài)通過(guò)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(hào)。(5)控制電路是通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)來(lái)控制直流繼電器通斷閉合,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和加熱管加熱的控制。(6)人機(jī)接口電路包括命令輸入電路、指示燈顯示電路和蜂鳴報(bào)警電路。3控制系統(tǒng)的工作過(guò)程系統(tǒng)軟件由MCS-51匯編語(yǔ)言寫(xiě)成,由主程序、復(fù)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(shí)器設(shè)定基本時(shí)間單位,由軟件編程實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的工作次序和時(shí)間常數(shù),通過(guò)對(duì)相應(yīng)引腳置1或清0控制各個(gè)部件工作。主程序流程框圖如圖4。在整個(gè)程序工作期間,都對(duì)水位進(jìn)行判斷,一旦水位低于警戒線,便進(jìn)入報(bào)警程序,同時(shí)停止加熱和粉碎操作。在全自動(dòng)或單獨(dú)打碎和加熱工作過(guò)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(shuō)明的是利用監(jiān)控電路的抗干擾軟件設(shè)計(jì),即復(fù)位后的分析處理、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)。因?yàn)樵趯?shí)際工作中,由于電機(jī)為感性負(fù)載,進(jìn)行打碎操作的啟停瞬間將對(duì)系統(tǒng)造成極強(qiáng)的干擾,常造成程序紊亂甚至晶振停振的現(xiàn)象。此時(shí),監(jiān)控電路將給系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào),迫使系統(tǒng)復(fù)位重新開(kāi)始工作。為避免系統(tǒng)復(fù)位所導(dǎo)致的程序反復(fù)從開(kāi)頭運(yùn)行的尷尬現(xiàn)象,需要有軟件的智能恢復(fù)技術(shù),使程序在系統(tǒng)復(fù)位后能夠切入斷點(diǎn),繼續(xù)正常工作。圖5即軟件抗干擾技術(shù)的流程圖。4監(jiān)控電路的運(yùn)行充分體現(xiàn)了最佳運(yùn)行經(jīng)反復(fù)測(cè)試表明,該智能型豆?jié){機(jī)使用方便,它能夠?qū)Π存I操作命令和無(wú)水干燒、加熱溢出等現(xiàn)象實(shí)時(shí)做