智能定时遥控多功能豆浆机的系统设计
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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。
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| 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。
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| 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。
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。
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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| 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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