基于SH69P42豆?jié){機設(shè)計原理

豆?jié){是一種經(jīng)濟健康食品，越來越受到人們的歡迎。目前，市場上的豆?jié){機制漿時間約為20分鐘，給早晨上班的家庭帶來時間上的不便。本文針對制漿時間長的問題，設(shè)計了一種基于SH69P42單片機的高效省時豆?jié){機。該豆?jié){機在保持現(xiàn)有豆?jié){機的結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，在磨漿電機主軸上安裝一簡易消泡裝置，采用加熱和磨漿并行處理，加熱和消泡同時進行的控制策略，避免了目前豆?jié){機加熱和磨漿分開，靜止煮漿階段加熱溢出的停止加熱帶來的延長等待時間問題。

1 豆?jié){機基本結(jié)構(gòu)
圖1為高效省時豆?jié){機的基本結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在不改變原有豆?jié){機結(jié)構(gòu)的同時，在旋轉(zhuǎn)電機主軸的上方安裝一消泡裝置。此時電機具有磨漿和消泡功能，磨漿階段以磨漿功能為主，消泡功能為輔；在煮漿階段以消泡功能為主，磨漿功能為輔。



2 控制系統(tǒng)電路和工作原理
控制系統(tǒng)電路如圖2所示，該電路由中穎公司的SH69P42單片機、溫度檢測電路、溢出檢測電路、干燒檢測電路、電機控制驅(qū)動電路、加熱器控制驅(qū)動電路、蜂鳴器報警驅(qū)動電路和電源電路等組成。


中穎公司的SH69P42是一種先進的CMOS 4位單片機，該單片機集成了SH6610D CPU內(nèi)核、RAM、ROM、定時器、I／O端口、2通道10位PWM、看門狗定時器、4通道8位ADC、低電壓復(fù)位，廣泛應(yīng)用于家用電器和電動車控制器中。
220 V交流電源經(jīng)變壓器降壓和橋式整流，得到+12 V電壓，給繼電器K1～K2和蜂鳴器供電。三端穩(wěn)壓器78L05輸出+5 V電壓給單片機供電。SH69P42采用內(nèi)部RC振蕩器，頻率為4 MHz，SH69P42的PC1腳輸出報警信號，經(jīng)Q3三極管放大，驅(qū)動蜂鳴器報警。PC2輸出電動機驅(qū)動信號，經(jīng)三極管Q1放大，驅(qū)動繼電器K1吸合，控制電動機運轉(zhuǎn)，可完成打漿和消泡工作。PC3輸出加熱信號，經(jīng)三極管Q2放大，驅(qū)動繼電器K2吸合，控制電熱管加熱。PB3為缺水檢測輸入端，PB2為溢出檢測輸入端，PA1為溫度檢測輸入端。缺水檢測電路由R8、C9和測溫電極外殼組成，加熱管的外殼接地，正常工作時，PB3腳輸入低電平；若水位低于測溫電極即缺水時，PB3腳輸入高電平，加熱和電機自動斷電，從而實現(xiàn)缺水保護，同時，蜂鳴器發(fā)出急促報警聲。用同樣方法可檢測豆?jié){是否溢出。防溢電極接至PB2腳，豆?jié){沸騰之前，防溢電極遠離水面，PB2腳為高電平，當泡沫上升，接觸到防溢電極時，PB2腳為低電平。

3 豆?jié){機工作流程和控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
把泡好的黃豆或干豆和水按要求裝入杯內(nèi)，插上電源插頭，按啟動鍵會聽到蜂鳴器響一聲，單片機開始工作，PC3腳輸出高電平，K2吸合加熱管開始加熱；PA1腳接負溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)，該熱敏電阻安裝在測溫電極內(nèi)，當水溫升到80℃左右時，PA1腳為低電平，此時控制PC2腳為高電平，K2吸合電動機開始工作，安裝在轉(zhuǎn)軸上的刀片高速轉(zhuǎn)動，將泡豆打碎，產(chǎn)生豆?jié){。當?shù)谝淮我绯鰰r，進入第一階段加熱啟動750 W加熱，加熱時間為60 s，在此期間，判斷有溢出時，加熱停止2 s再繼續(xù)加熱。進入第二階段后，啟動400 W加熱，加熱時間為30 s，在此期間，判斷有溢出時，加熱停止2 s再繼續(xù)加熱。第二階段結(jié)束時，電機停止轉(zhuǎn)動。進入第三階段后，啟動350 W加熱，加熱時間為210 s，在此期間，判斷有溢出時，加熱不停止，但是電機啟動5 s后停止，此時電機主要起到消泡作用，直至結(jié)束，蜂鳴器發(fā)出均勻的鳴叫聲，表示豆?jié){已煮熟，同時使系統(tǒng)停止工作。圖3為此控制系統(tǒng)的流程圖，可以看出整個制漿過程約10 min，比目前市場上的豆?jié){機效率提高約1倍。



4 結(jié)束語
該單片機控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強、強電和弱電隔離、軟件中具有看門狗、安全可靠等優(yōu)點，特別是采用大功率加熱縮短預(yù)熱時間，同時在后續(xù)小功率煮漿階段采用消泡控制，使加熱不停，保證了豆?jié){充分煮熟并具有濃香風味，避免了豆?jié){溢出，縮短整體制漿時間。基于SH69P42單片機高效省時豆?jié){機設(shè)計方案，在不改變原有豆?jié){機基本結(jié)構(gòu)和功能的同時，在電機主軸上安裝一簡易消泡裝置，采用加熱和磨漿并行處理，加熱和消泡同時進行的控制策略。實踐證明，該方案可將制漿時間縮短為現(xiàn)有豆?jié){機的50％，提高了效率。