智能豆浆机的设计

　　摘要：

豆浆逐渐成为人们生活中的重要饮食，对人体健康有很大的好处。以前是采用传统的石磨方式来磨出豆浆，如今，人类已经发明出豆浆机，制造工艺的技术也越来越成熟。现如今，我国的豆浆机的生产展现出多样化的趋势，市场份额也在逐渐增长。就我国市场上销售的额豆浆机来看，其主要的控制系统所使用的中央处理部件就是PLC，这一设计具有可靠性和稳定性的特性，相对而言，制造成本也就要高一些。

因此，对不同客户不同需求的满足角度出发，本篇论文以降低豆浆机的生产成本为目的，设计研发了一款以单片机为核心的商用豆浆机控制系统。在硬件的设计上，我们设有时钟、储存、显示、USB接口、液位检测、电流检测、电气隔离等电路。以节约成本为设计基础，在最大限度上保障了系统的可靠性和稳定性。另外，该系统还有一个很突出的特点，就是可以很轻便的对外租赁，我们将租赁时限写入豆浆机控制系统，从而实现了对商用豆浆机的租赁时间的控制，时间到了就无法继续使用。

　　关键词：商用豆浆机；USB接口；对外租赁

　　一、绪论

豆浆逐渐成为人们生活中的重要饮食，对人体健康有很大的好处。以前是采用传统的石磨方式来磨出豆浆，如今，人类已经发明出豆浆机，制造工艺的技术也越来越成熟。现如今，我国的豆浆机的生产展现出多样化的趋势，市场份额也在逐渐增长。就我国市场上销售的额豆浆机来看，其主要的控制系统所使用的中央处理部件就是PLC，这一设计具有可靠性和稳定性的特性，相对而言，制造成本也就要高一些。

作为一种既经济又健康的食品，豆浆是越来越受到现代人们的欢迎了。本文将以单片机为核心控制部件的智能型全自动家用豆浆机做详细的功能、电路设计等方面的介绍，本次课题所涉及的豆浆机在操作时可选择单独粉碎、单独煮浆或全自动运行，所采用的模糊控制技术，集打浆、煮浆、保护、警示于一体，能够方面快捷的制作出美味可口又健康的豆浆。

因此，对不同客户不同需求的满足角度出发，本篇论文以降低豆浆机的生产成本为目的，设计研发了一款以单片机为核心的商用豆浆机控制系统。

　　（一）课题的研究目的和意义

通常状况下，传统的豆浆机是不能同时进行加热和打磨两种操作的，这样的话，用户想要喝到热乎的豆浆就需要等待很长时间。因此，本文针这种传统豆浆机的弊端，将豆浆机中的加热和打磨两个电路连接在一起，配用大功率的电机来提高豆浆机的工作效率，然后豆浆机在煮浆过程中，通过调节电机的工作效率来保证豆浆的口味，从而达到本次课题的设计目的。

本系统设计的是一个可以控制定时开关的商用可租赁豆浆机。目前市面上在售的都是一些定时30min或15min而不能任意进行定时设置的豆浆机。然而本设计可以自行调节控制设置需要使用的时间，系统通过倒计时的方式进行时间的计算，当预先设置的时间达到时，单片机就会控制豆浆机自动开启，这样人们就不用每天早起来制作豆浆，节省了人们很多时间，尤其是对上班族来说又省时又省事。而且这款豆浆液也非常的节能，当豆浆煮熟以后他就会自动停止运作，然后进行保温或者断电。

　　（二）课题的背景和现状

一直以来，豆浆机在食品料理机市场一直占据着主导地位，但随着近两年中国国情的发展，国内市场对豆浆机需求显然没有之前那么旺盛了，导致现在的豆浆机市场占比在逐年下降。相比较另外两个食品料理机的市场，榨汁机及搅拌机却是在逐步增长，并且该料理机的厂商也在不断提升自身在整体市场的地位，这一现状，使得食品料理机的主要产品类型之间有了很大的变动。

到2014年末，经过相关部门的计算，豆浆机在国内市场的累计销量已经突破了1.4亿台。作为以城镇市场为主的豆浆机产品，这意味着总共2亿多户城镇家庭中已经有1亿多户购买了豆浆机，市场饱和度高达50%，这对于一个非生活必需品来说，显然发展已经到达了极高的程度。

　　二、系统的整体结构设计

　　（一）机械部分的介绍

对于本文所设计的豆浆机的控制系统，我们首先对市场上的商用豆浆机的总体结构做了一个初步的研究和认识。制作豆浆所需要的材料是水喝泡好的黄豆，我们需要做的是将泡好的黄豆和水一起放入豆浆机里面，然后启动豆浆机，豆浆机就会用特制的旋转刀片以很快的速度削割打磨黄豆，直到将黄豆打磨成豆浆，再将打磨好的豆浆加热煮熟。根据这个豆浆机的运作流程，商用豆浆机的机械结构部分，设计了打磨豆浆系统，熬浆系统，和提供水源来泡黄豆制浆的水箱系统。

2.1.1水箱系统

在商用豆浆机的机械设计部分中，水箱系统是为该豆浆机提供水源的系统，他是由水箱、自动水阀、水位传感器、温度传感器、电加热器、水泵等部分组成的。各个部分的功能解释如下：

①水箱

所采用的材质是不锈钢，是用来盛放打磨黄豆时所需要的水的装置，他根据豆浆的打磨产量的不同，水箱的容量也会有所不同。

②自动水阀

他是一个水箱的进水口装置，他由电信号控制而打开或关闭阀门，豆浆机在工作时就会用塑料管将其与水源相连接，等到阀门打开时，就会将水注入到水箱中。

③电加热器

紧贴在水箱侧壁的装置，它的作用就是江水相中所装入的水进行加热作用。

④水泵

它的作用是将水箱中的水源抽取到磨浆桶内，然后和黄豆进行混合，再进行打磨。

⑤水位传感器和温度传感器

水位传感器是一个浮球型的传感器，当页面达到传感器能感受到的位置时，浮球就会顺势浮起，使传感器产生关闭的信号，水位传感器由上水位和下水位传感器两者组合而成，分别指示水箱中的最高点和最低点两处的水位界限。

温度传感器蚕蛹了90℃常闭双金属片突跳温控器，他的工作原理是将双金属片制作成碟形的部件，受热产生并积累能够位移的能量，一旦温度达到90℃，就会克服抗度反响突跳，通过机构作用使触电迅速分断，从而自动断开电路，当温度降低时，双金属片又会突跳恢复，使触电闭合，自动解除电源，从而达到温度控制的目的。

2.1.2磨浆系统

在该豆浆机的机械部分中，磨浆系统由磨浆桶、石碾磨粉碎系统、电动网、磨浆桶顶防溢探头、回浆管、抽浆管、电机等组合而成。该系统的各个部分功能介绍如下：

①磨浆桶

这是用来盛放水和黄豆的装置，是金属材质的，它的形状像一个漏斗，上粗下细。

②石碾磨粉碎系统

它位于磨浆桶的下部，主要部分是螺旋削割刀片，当电机转动的时候，刀片也会随之转动，并且高速运转，将水和黄豆混合搅拌打碎打磨，最后制成豆浆。该系统还可以产生涡流，也就是产生抽取豆浆的动力，将豆浆抽取到电动阀处。

③电机

它的作用是带动削割刀片旋转，打磨豆子。电机有两种转向，分别是正转和反转，可以带动刀片顺时针或逆时针旋转，使豆子打磨得均匀彻底。

④抽浆管、回浆管

抽浆管是由电动阀的一端连接至熬浆桶处的塑料管，作用是使磨好的豆浆流入熬浆桶，进行蒸煮。豆浆的抽取动力来自于石碾磨粉碎系统产生的涡流。

回浆管则是由电动阀的另一端连接至磨浆桶处的塑料管，作用是使豆浆流入磨浆桶，再次打磨。

⑤电动阀

电动阀的两端分别连接抽浆管和磨浆管，第三端连接至石碾磨粉碎系统。工作时，连接至抽浆管的端口默认关闭，即豆浆从电动阀流向抽浆管的路径是关闭的，此时豆浆被抽取至回浆管，从磨浆桶的顶部流回磨浆桶内继续打磨。当电动阀打开时，豆浆从电动阀流向回浆管的路径被关闭，此时豆浆被抽取至抽浆管，从熬浆桶的顶部流入熬浆桶内进行加热。

⑥磨浆桶顶防溢探头

金属探头，实时检测磨浆桶内液体的水位，防止桶内液体溢出。

2.1.3磨浆系统

在商用豆浆机的机械部分中，熬浆系统由熬浆桶、熬浆桶顶防溢探头、加热盘等组成。各个部分的功能如下:

①熬浆桶

圆柱形不锈钢桶。由磨浆桶打磨好的豆浆，经过抽浆管流入该桶内进行蒸煮。根据豆浆单次产量不同，熬浆桶可分为15L,30L和60L等尺寸型号。

②加热盘

位于熬浆桶底部的圆形加热盘，和熬浆桶底严密配合，加热方式与电加热管相同。需要注意的是，若没有和熬浆桶严密配合，则会致使熬浆桶底的局部温度过高，熔化熬浆桶底。

③熬浆桶顶防溢探头

原理同磨浆桶顶防溢探头，防止桶内液体溢出。

　　（二）豆浆机的制浆工艺及控制系统主要功能简介

2.2.1制浆工艺流程

1、自动预热

打开自动水阀进水，待水箱水位达到上水位后关闭水阀。启动电加热器，开始加热，待温控器弹片断开时停止加热，表示水温己达到设定温度(90士5’C).

2、自动磨浆

a.打开水泵，抽取水箱内的热水至磨浆桶，达到规定的水位时关闭水泵，停止加水。

b.打开三通阀的抽浆阀门，此时回浆阀门关闭。在规定的时间内，电机持续正转或反转打磨豆浆，豆浆被抽至熬浆桶。同时，开启熬浆桶底部加热盘，开始加热熬浆桶。

c.关闭三通阀的抽浆阀门，此时回浆阀门打开，在规定的时间内，电机持续正转或反转打磨豆浆，豆浆经回浆管流回磨浆桶继续打磨。

d.关闭电机。打开水泵，给磨浆桶内补水至规定的水位时关闭水泵，停止加水。

e.打开三通阀的抽浆阀门。在规定的时间内，电机持续正转或反转打磨豆浆，豆浆被抽至熬浆桶。

如此往复循环，直至磨浆桶内的豆子全部磨完。此时豆浆全部流入熬浆桶内，熬浆桶底加热盘自开启后持续加热，蒸煮豆浆。

3、自动熬浆

第一次抽浆注入熬浆桶时，加热盘开始工作。磨浆期间若豆浆沸腾达到液位传感器探头位置则停止加热;当液位离开探头时，继续加热。自动磨浆过程结束后，继续蒸煮豆浆。每当豆浆沸腾至液位传感器探头位置则停止加热，过一段时间继续加热。如此反复几次后，豆浆就可以饮用了。

4、自动清洗

首先开启自动水阀，待水箱加满水时关闭。水泵抽取水箱中的水注入磨浆桶，至液位传感器探头时停止加水。电机开始反转，一段时间后，打开抽浆阀门，电机改为正转，以彻底洗净刀片中的残渣。如此反复2-3遍。

除上述四种工艺流程外，还有自动保温、自动加水、手动磨浆、手动加水及人工加水等流程。

2.2.2商用豆浆机控制系统要实现的主要功能

(1)人机界面可指示当前工作状态。如:磨浆、熬浆等。

(2)可以记录和显示豆浆机的工作次数;可以显示当前时间和制作豆浆的时间。

(3)按下人机界面的按键实现相应的功能。如:全自动制浆、自动清洗等。

(4)可用于租赁。一旦租赁时间到达，租赁的豆浆机就无法使用了。

(5)当电机电流过载时，系统可以自动判断并切断电路，从而使电机的损害无法进一步扩大。

(6)可清除豆浆机的工作次数及租赁时间的限制，即系统清零保养。

(7)自动熬浆、自动保温等流程结束后，豆浆机自动报警告知用户。

　　（三）控制系统的设计思路

要实现上述豆浆机的工艺流程及其功能，需要考虑以下电路的设计:CPU的选择，时钟电路、存储电路、键盘显示电路、USB接口电路、电源电路、各种检测电路、报警电路及继电器控制电路的设计。

(1)设计时钟电路可以保证当前时间能够准确实时的显示，并为对外租赁豆浆机提供保障。

(2)设计存储电路可以存储制浆次数以及租赁的期限，也是对外租赁不可缺少的一部分电路。

(3)设计键盘/显示电路是为用户提供豆浆机的人机界面。

(4)USB接口电路设计的目的即是用来对外租赁的。上位机将设定好租赁期限的文件写入U盘后，CPU需要读取U盘中的文件。USB接口电路可以实现这一目的，从而达到对外租赁的限时效果。上位机软件的设计将在第四章讲述。

(5)该系统需用SV及12V直流电源供电。电源电路可以自行设计，也可以直接选用5V和12V两路隔离输出的开关电源。

(6)设计各种检测电路主要是为了实时检测系统的水位、温度以及电流的变化。这个检测只需要检测结果，无需检测变化过程的快慢。因此，系统无需设计反馈电路，只需要设计成开关电路即可。

(7)当某个工艺流程结束时蜂鸣器鸣响，提醒用户流程已结束，因此系统需要设计报警电路。

(8)由于单片机系统使用电压为5V，而豆浆机的负载均为220V用电设备，所以二者之间需要进行电气隔离。设计继电器控制电路可以达到良好的隔离效果，使系统运行起来安全稳定。

　　三、控制系统的硬件设计

　　（一）时钟电路设计

商用豆浆机工作时需要实时显示年、月、日、时、分、秒等时间信息，因此需要设计时钟电路。可选择的串行时钟芯片有很多，如PCF8563,DS1302等。这些芯片因接口简单、价格低廉、使用方便而被广泛地采用。

本设计采用的是Dallas公司生产的DS1302。它是一款具有涓流充电能力的实时时钟芯片，具有以下性能特点[13].

(1)可以对2100年之前的年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，每月的天数和闰年的天数可自动调整。

(2)仅需三根线就可以与CPU之间简单地采用同步串行的方式进行通信，三根线分别为:#RES(复位)、I/O(数据)、SCLK(串行时钟)。串行v0口方式使得管脚数量大大减少。

(3)内部有一个31X8位暂存数据RAM寄存器。

(4)读写时钟或RAM数据时，有两种传送方式:单字节传送和多字节传送。其中多字节传送最多以31个字节的字符组方式进行通信。

(5)外接32.768kHz晶振。

(6)工作电压为2.0-5.5V.

(7)双电源管脚，VCCl为备用的涓流充电电源，VCC2为主电源。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。当VCC2大于VCCl约0.2V以上时，VCC2给DS1302供电。反之，由VCC1供电。因此，在主电源关闭的情况下，DS1302也能保证时钟的连续运行。VCC1可选用3.6V纽扣式充电电池作为备用电池，以保证时间连续。

(8)工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mw。

DS1302的控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为。，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位。)如为。表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0到高位7。

　　（二）存储电路设计

商用豆浆机需要记录制浆的次数和租赁的时间，所以针对此，我们需要设计出存储电路，该电路的特点如下：

(1)内部含有256个8位字节，即2KB存储空间。16字节页写缓冲器。

(2)支持IZC总线数据传送协议，有一个专门的写保护功能。

(3)1.8V到6.0V工作电压范围，低功耗CMOS技术，可保存数据100年。

(4)不仅占用了很少的vo线，体积也很小，还具有抗干扰能力强、数据掉电不丢失等特点。

　　（三）键盘/显示电路设计

商用豆浆机的人机交互界面需提供按键、LED指示、数码管显示三部分功能，为此要设计键盘/显示电路。其中有12个按键，用来控制所有的豆浆机工作流程;7个LED指示灯，用来指示豆浆机的工作状态;6位共阳极数码管，用来显示实时时间或制浆时间等。此部分是商用豆浆机的外观部分，即用户直接看到的人机交互界面部分。因此设计上把这一部分与CPU电路板隔开分成两块电路板来做。

为了进一步降低成本，设计上没有使用专用的键盘显示驱动芯片，而是使用了2个74HC573锁存器，其输入和标准一CMOS输出是兼容的。当锁存器使能端为高电平时，输入与输出同步;当锁存使能端变低电平时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。

　　（四）USB接口电路设计

设计的商用豆浆机主要用于租赁，租赁期间豆浆机可正常使用，一旦超出租赁时间，豆浆机无法再启动运行。而租赁时间不是一成不变的，需要实时写入或擦除。这就需要外部设备来实现。U盘是如今比较方便携带和存储数据的外部设备，因此设计上选用了U盘作为外部设备。接下来是设计如何读写U盘中的数据。

设计上选用了南京沁恒公司生产的CH376芯片。CH376是文件管理控制芯片，用于单片机系统读写U盘或者SD卡中的文件。它具有如下特点：

(1)支持USB设备方式和主机方式，并且内置了USB通讯协议的基本固件、处理海量存储设备的专用通讯协议的固件、SD卡的通讯接口固件以及FAT16和FAT32文件系统的管理固件，支持常用的USB存储设备，包括U盘、USB硬盘、USB闪存盘、USB读卡器和SD卡。兼容USBV2.O。

(2)支持三种通讯接口:8位并口、SPI接口及异步串口，单片机控制器可以通过上述任何一种通讯接口控制CH376芯片，存取U盘或SD卡中的文件或者与计算机通讯。

(3)支持USB设备的控制传输、批量传输、中断传输。

(4)外围电路十分简单，仅需要晶振、电阻和电容。

(5)自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知。

(6)提供文件管理功能:打开、新建或删除文件、枚举和搜索文件、创建子目录、支持长文件名。提供文件读写功能:以字节为最小单位或者以扇区为单位对多级子目录下的文件进行读写。提供磁盘管理功能:初始化磁盘、查询物理容量、查询剩余空间、物理扇区读写。

(7)支持5V电源电压和3.3V电源电压以及3V电源电压，支持低功耗模式。

(8)提供SOP-28和SSOP20无铅封装，SOP-28封装的引脚基本兼容CH375芯片。

　　（五）电机电流检测电路设计

商用豆浆机所用的电机在长期的工作过程中可能会出现过载、短路等故障。这就需要电流检测电路对偶然发生的故障做出判断。

该设计中采用电流互感器获取电机电流信号，经过整流电路后变为直流信号，再进行滤波，得到的电压值与参考电压进行比较。若高于参考电压，电压比较器输出低电平，说明电机电流过载，通过CPU的P3.4口迅速切断电气执行回路，从而避免故障的进一步扩大。

　　（六）液位检测电路设计

商用豆浆机需要实时检测系统的液位情况，以保障其正常完成制浆工艺流程。该液位检测只需检测结果，即液位是否到达传感器位置，无需检测液位变化过程的快慢。因此，设计上不用考虑引入反馈电路，只需将电路设计成由电平信号控制的开关量信号电路即可。

第二章介绍了液位检测系统有两种方式:一种是检测上水位和下水位的浮球开关;另一种是磨浆桶和熬浆桶顶部的液位探头。

前者在液位上涨托起浮球时，连接浮球的两根信号线开关将闭合，即两根信号线导通。后者利用液体(豆浆或水)做导体，当液位上涨接触到探头时，探头所接信号线与盛放液体的桶壁所接信号线导通。设计整个豆浆机外壳接12V电源，当探头接触液面后即导通12V电压。例如:熬浆桶液位探头与液面接触后，导通12V电压，该电信号使光祸PC817的发光二极管导通，从而使光敏三极管的集电极与发射极导通。默认高电平的P3.7口接地，变为低电平，产生的信号变化反馈至CPU产生动作。

这两种方式设计的电路能够很好的起到电气隔离效果，且开关量信号对于硬件和软件的设计都比较简单。

　　（七）电源电路设计

商用豆浆机需要两路相互独立的电源:DCSV/lA,DC12V/3A。其中，SV电源给CPU等芯片及其电路供电，而12V电源则供电给继电器及蜂鸣器使用。设计上为了减少焊接工艺的时间，缩短控制系统生产周期，提高电源电压的稳定性，直接选用了SV与12V隔离的开关电源。

　　（八）电器隔离部分电路设计

由于现场环境及制浆时电机的高速旋转会产生强烈的信号干扰，设计时采取了二级电气隔离来达到抗干扰的目的。12V电源正是第二级隔离电路所使用的电源。借鉴PLC的继电器原理，器(二级隔离)，设计上使用了光祸来驱动继电器(一级隔离)，再由继电器驱动交流接触用更加稳定可靠，使单片机的弱电信号与220V电压之间树立了两道坚实的屏障，实际使隔离效果很好。

电气隔离部分在商用豆浆机中起到至关重要的作用，所有继电器的类型及型号需要依据用电器的额定电流进行选择。首先需要了解商用豆浆机都有哪些用电设备及其额定功率。

(1)熬浆桶底部的加热盘，额定功率3KWo

(2)水箱壁帖附的电加热器，额定功率3KWo

(3)电机，额定功率550W.

(4)水泵，额定功率18W.

(5)自动水阀、电动阀、蜂鸣器、液位传感器等额定功率均小于1OW.

由上面可以看出，较大功率的用电器有三个。其中电机需要正转和反转两种方式，故设计上使用了4个交流接触器来控制这3个用电器的开关。加热盘和电加热器功率很大，选用的是正泰公司生产的交流接触器NC3-16-30-10(KM2,KM3),3个常开主触头和1个常开辅助触头，额定工作电流为16A，额定发热电流为25A，足以满足这两个大功率用电器的需要。针对电机，设计选用了2个接触式中间继电器JZC1-22(KM4,KM5)，它具有2个常开触点和2个常闭触点，约定发热电流为10A，可满足电机的需要。

其它小功率型用电器使用继电器的触点作为开关即可，可以降低成本。设计上使用了汇科公司生产的继电器HK4100F-DC12VSHG，额定负载为3A/220V用电器，完全可以用于驱动豆浆机的小功率用电器。

　　四、控制系统的软件设计

　　（一）制浆工艺流程的程序设计

前面讲述了商用豆浆机控制系统的硬件设计。在此基础上，本章进行控制系统的软件的设计。软件设计包括制浆工艺流程的程序设计、USB读写程序的设计以及上位机软件的设计。本系统除了上位机软件的设计，均在KeiluVision3的环境下编程，采用C语言编写。上位机软件使用VC++6.0环境编写。

4.1.1软件环境介绍

商用豆浆机的程序设计是在KeiluVision3的编程环境下完成的。KeiluVision3是一款经典的基于Windows的51单片机开发软件，它具有使用方便、功能完善、界面友好等特点。能对源程序进行自动编译、汇编、链接、调试、下载等操作，并且全部集中在一个项目管理器中。在此环境下，既可进行硬件调试也可进行软件仿真，支持STC89C系列单片机，完全能够满足本系统的程序编写。

4.1.2电机电流过载保护的程序设计

电机电流过载时需切断电路保护电机，程序上使用了外部中断程序使CPU迅速响应中断。硬件上CPU的外部中断接口INTO与比较器LM311的输出端相连。当交流互感器输入端电流过载时，硬件电路使LM311输出端电平迅速拉低，CPU的P3.4/INTO端接收到下降沿后使程序进入外部中断函数。

该硬件设计有一弊端，即当交流互感器接收到干扰信号或电机电流产生毛刺使电流瞬间增大时，都可以使CPU的INTO电平拉低，而此时并非电机电流过载所致，故在程序设计上运用了一个算法，十分有效地避免了这种失误性的判断该算法的程序流程。

　　（二）上位机界面的软件设计

为了方便将租赁信息写入U盘以及方便经销商管理和维护租赁用户的各种信息等，系统设计了上位机的界面。

该上位机界面是依托VC++6.0开发环境，借助WindowsMFC开发的一个对话框程序，用来完成豆浆机租赁用户信息的管理和维护工作。该软件包含用户信息的编辑、查找、添加、删除以及更新用户信息等功能，同时含有将租赁信息汇入加密文件写入U盘、密码保护和密码授权等功能。该系统的设计，有效的实现了都加那估计租赁信息的管理和保护，为豆浆机的生产商提供了很大的便利。

　　（三）授权调试参数的设计

授权调试参数是指商用豆浆机在待机状态下可以在人机界面按下相应的按键输入密码，授权调整豆浆机的时间、租赁日期，清除制浆次数等信息。由于承租人不知道豆浆机的授权密码，故无法更改系统时间、租赁日期等信息，豆浆机就可以直接利用实时日期判断租赁时间是否过期。如果不设计授权密码，租户自己就可以更改系统时间从而延长豆浆机的使用期限，这显然是不合理的。若承租人没有到期就提前退还豆浆机，经销商可输入密码后清除租赁时间和制浆次数，使之成为“新机”。

　　五、系统的安装与调试

　　（一）整体设备安装

经过前几章的设计与准备，我们就可以在现场进行系统的安装及调试工作了。商用豆浆机的机械外壳采用不锈钢制材，坚固耐用。产品采购好合格的机械设备后，在其外壳内部的侧面位置安装了本系统的硬件线路部分。人机界面安装在机器的正面，方便用户操作。

安装过程中应该注意主要有:

(1)交流接触器所用导线应尽量粗些，避免因突发的过大电流流过细导线发生火灾等事故;而功率较小的设备尽量用细导线，以减少消耗在导线上的无用功率。

(2)交流互感器缠绕在电机主线上，即缠绕在中间继电器KM4的线圈上，此时检测到的电流才是整个电机的电流。

(3)人机交互界面的电路板与继电器板的导线长度不宜过长。因为电机转动时会产生一定的干扰，导线过长则可能引发信号衰减或丢失。

(4)各个线路需连接紧密，固定导线的接口及端子要将导线拧紧。控制线路部分要严格防止与水源接触。

各个部分安装好以后，就可以进行调试工作了。

　　（二）调试及结果

该设备已在现场进行了调试，并完成了预期的功能。现场调试过程中遇到了一些问题如下:

(1)豆子没有磨完就进入了熬浆阶段。

在现场调试时，磨浆桶内每次都放入3斤泡好的黄豆打磨，但由于黄豆的浸泡时间不同，黄豆需打磨的时间也就不同，因此经常会出现豆子打磨不完的情况。通过多次试验及程序的多次改动(如调整打磨时间、进水次数、电机正反转等)，现在的3斤黄豆基本可以打磨完全后再进入熬浆阶段了。

(2)豆浆溢出桶外。

调试过程中遇到豆浆溢出桶外的问题，仔细观察发现是熬浆桶顶部探头高度不合适引起的。探头高度太高导致豆浆急剧沸腾后才能接触到它，此时再关闭熬浆桶底部加热盘为时己晚，豆浆必然溢出桶外。实际上豆浆早己沸腾，所以探头无需过高。经过多次试验，探头移至合适的位置后最终定型。

(3)水箱加热与否。

该产品起初设置了水箱加热的功能，此次调试也着重试验了水箱加热是否必要。经过调试发现，将水箱中的水加热后打磨出来的豆浆并不如水箱不加热的口感好。因此，设计上分了两款产品，在用户选型时根据地区温度差异选择是否具有水箱加热功能的款型。

还有一些问题，基本上均为实验阶段经验不足并可以通过大量实验后避免的，几乎没有出现电气方面类似于短路、过载等方面的问题。调试的结果说明整个控制系统在较长的工作运行时间内表现出了较高的可靠性。

　　六、总结与展望

　　（一）总结分析

本文根据国内现有豆浆机的市场及发展现状，设计了一款以单片机为核心的商用豆浆机。首先从豆浆对人的益处为起点，提出了设计豆浆机的目的及意义;随后从系统的硬件和软件设计方面分析研究了本课题设计的商用豆浆机控制系统的内容，阐述了系统的原理、制浆工艺的流程以及实现的方法。其中，机械部分及各硬件电路部分器件的选购、设计、安装和调试均在规定时间内圆满完成。

硬件设计包含了CPU芯片的选择、时钟电路的设计、存储电路的设计、键盘/显示电路的设计、USB接口电路的设计、电机电流检测电路的设计、液位检测电路的设计、电源电路的设计、电气隔离部分电路的设计等。软件设计包含了制浆工艺流程程序、USB读写程序、上位机界面程序设计等。通过KeiluVision3的软件编写了系统的总程序，利用VC++6.0开发环境编写了上位机的界面。同时设计了键盘复用，对豆浆机的参数进行了授权调试，简化了硬件。

最后对商用豆浆机进行了安装与调试，给出了调试结果。由结果可知，设计的商用豆浆机能够满足市场的要求。

　　（二）未来展望

该款商用豆浆机的人机界面设计为键盘/显示版本，由于设计周期较短，研究水平有限，在设计上仍然存在很多欠缺与不足。虽然产品的最初调试结果令人满意，但从长久发展的角度来看，该款商用豆浆机仍有较大潜力进行改进和完善。

(1)从设计的外形角度出发。无论从机械设备方面还是人机界面方面，都可以从节约成本、美化外观的角度进行改进。

(2)款式由单一性走向多样性。该款豆浆机基于节约成本的角度，设计的键盘/显示版本从外观上看来略显低端，虽功能齐全，但消费者在选购样机时或许因此降低兴趣。现正在设计一款外观时尚、功能更加完善的触摸液晶屏版本的商用豆浆机。该款触摸液晶屏版本的人机界面美观大方，操作更加方便，更能吸引消费者选购，而成本只提高了一点，功能上也完全满足要求。所以该款是未来设计的一个主要方向。

(3)目前的水箱系统是带电加热的，经过大量实验证明，热水在打磨豆子时会破坏豆子中的营养成分，很多消费者也表示口感欠佳。日后可设计一款无水箱加热的系统，以满足不同的消费者的口味。

需要改进和完善的地方还有很多，需要今后更多的时间来设计和研究。在本次课题的研究过程中，许多宝贵经验的积累对以后的学习和工作会有很大帮助。

　　致谢

时间过得可真快,我竟然都已经是一个即将毕业然后踏进社会的青年了,刚刚进入校园的场景很生动，就像昨天发生的一样。我想我会全身心投入到社会建设里面。但同样的,我也始终会对恋着我的母校,那是我依依不舍的地方,那是我深深爱着的地方。

历时了大约两个多月,我总算是将这篇论文完成了。在完成的过程里面,我遇到了许多困难,但是好在都在我敬爱的老师以及乐于助人的同学生的帮助已经完成。在这里，我要特别感谢我的文章老师，XX老师。当我遇到我不理解的问题时，我去求助于她,她总会给我最耐心的指导,最详细的回答,她总是不厌其烦,不论我问她多少次,他都会非常耐心的教我,真的非常感谢她!

同样感谢给过我帮助的其他老师和同学们,多亏了你们,我才能顺利的完成论文的写作,可以说,没有你们的帮助,就没有此时写完论文兴高采烈的我!由衷地感谢!

最后要感谢此篇论文里面涉及到的所有学者。正是有了你们的研究作参考,我才能顺利完成,十分感谢!

　　参考文献

[1]刘占文.豆腐养生保健的历史沿革〔A].弘扬中华养生文化共享健康新生活—中

华中医药学会养生康复分会第七届学术年会论文集，2010

[2]桑雪THI.豆浆机发展迎来黄金期[[N].中国消费者报，2010

[3]冉瑞芳.“好和事”现磨豆浆几十个品种顾客群大[[J].现代营销(创富信息版)，2010

[4]陈雨旦.电力负荷及电能质量分析系统的研究与实现「D].北京:中国矿业大学，2008

[5]牛欢欢.蓝牙家庭网络系统设计与开发研究[D].天津:天津大学，2008

[6]揣锦华.面向对象程序设计与VC++实践[M].西安:西安电子科技大学出版社，2005