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基于单片机的多功能面粉面条馒头面点制作机设计

news 2025/10/11 12:04:23

基于单片机的多功能面粉面条馒头面点制作机设计

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1. 系统功能概述

本设计的“基于单片机的多功能面粉面条馒头面点制作机”是一种集智能检测、自动控制与信息显示于一体的智能食品加工控制系统。系统以单片机为核心控制器，集成多种传感与执行模块，能够实现对多种面粉（如小麦、高粱、玉米）的智能加工控制，并支持不同食品类型（面条、馒头）的制作模式选择。

系统通过对搅拌压力的实时检测实现智能调控：当检测到搅拌阻力较低时自动启动搅拌；当压力过高说明面团过硬，则自动控制加水电磁阀进行调节。系统操作简单，通过按键即可选择面粉类型和制作食品类型。LCD1602液晶模块实时显示加工状态、压力值、倒计时与面粉信息，确保用户直观掌握运行过程。

该系统具有良好的实用性与教学意义，适用于智能厨房设备开发、嵌入式控制实验及家用自动化食品机控制系统的研究。

2. 系统电路设计

系统硬件以STC89C52单片机为核心，结合多种输入输出模块构成完整的控制系统。主要包括以下部分：

单片机最小系统模块
按键输入模块
LCD1602显示模块
压力检测模块
加水控制模块
搅拌电机驱动模块
电源模块

以下将详细介绍各模块的设计原理及功能。

2.1 单片机最小系统模块

系统核心控制部分采用STC89C52单片机。该芯片内部集成了8K Flash ROM、256B RAM及丰富的I/O接口，适合多任务控制和外设扩展。

最小系统包括：

时钟电路：采用12MHz晶振，确保系统稳定运行。
复位电路：采用上电复位和按键复位两种方式。
电源去耦：在VCC与GND间并联电容滤波，抑制干扰。

单片机主要负责：

读取按键信号，判断用户选择的面粉类型与食品类型；
采集压力传感器信号，实现搅拌强度的动态调节；
控制LCD显示模块输出加工信息；
控制电机与电磁阀的开关，执行搅拌与加水操作。

2.2 按键输入模块

系统设置多个功能按键，包括：

启动/停止按键：控制加工过程的开始与终止；
面粉选择按键：用于选择小麦、高粱或玉米三种面粉类型；
食品类型选择按键：选择馒头或面条制作模式；
确认与复位按键：确认选择并复位系统状态。

按键模块采用独立按键结构，接入单片机的P3端口。通过轮询方式检测按键状态，并在按键按下后执行相应功能。为了消除抖动，软件中加入延时消抖程序，确保信号准确。

2.3 LCD1602显示模块

LCD1602作为显示终端，负责输出系统的关键信息，包括：

当前面粉类型（小麦/高粱/玉米）；
食品类型（馒头/面条）；
当前加工状态（待机/搅拌中/加水中/完成）；
实时压力值；
加工时间或倒计时信息。

LCD与单片机通过4位数据总线连接，利用P2口发送数据与指令，P3口的特定位负责RS、RW、E控制信号。单片机通过初始化命令配置LCD显示模式后，可动态更新显示内容，实现多信息同时显示。

2.4 压力检测模块

搅拌过程中通过压力传感器监测面团的阻力变化，从而判断面团软硬程度。系统选用模拟输出型压力传感器（如HX711模块+应变片式传感器），输出电压信号经A/D转换后输入单片机进行判断。

主要逻辑如下：

当压力值低于设定阈值时，系统启动搅拌电机，继续搅拌面粉；
当压力值高于设定阈值，说明面团偏硬，则自动开启加水电磁阀加水；
当压力稳定在合适范围内时，系统保持当前状态。

2.5 加水控制模块

加水模块由电磁阀与驱动电路组成。单片机输出控制信号，经三极管放大后驱动电磁阀。加水动作由压力反馈决定，控制逻辑为“压力过高 → 自动加水 → 压力恢复 → 停止加水”。

该设计可有效防止面团过硬或过稀，提高面团质量与口感一致性。

2.6 搅拌电机驱动模块

搅拌电机由直流电机驱动，通过继电器或H桥模块（如L298N）实现启停控制。
单片机根据压力变化实时调节搅拌时间，避免电机长时间超载工作。

工作状态分为三类：

低压时搅拌启动；
压力适中时保持；
高压时停止搅拌并加水调节。

2.7 电源模块

系统采用12V直流电源供电，通过LM7805稳压芯片降压为单片机和LCD等低压模块提供5V电压。为防止电机干扰信号，电源部分增加电容滤波与二极管保护，保证系统稳定运行。

3. 系统程序设计

系统程序采用C语言编写，开发环境为Keil uVision。整体采用模块化结构设计，主程序控制整个加工流程，各子程序分别实现输入检测、传感器采集、显示刷新与执行控制。

程序设计主要包括以下部分：

主程序流程控制
按键扫描与功能选择程序
压力采集与判定程序
电机与加水控制程序
LCD显示程序

以下分小节介绍程序设计思路与关键实现代码。

3.1 主程序控制逻辑

主程序采用状态机设计思想，根据不同阶段执行对应操作。系统运行流程如下：

初始化系统与LCD显示；
等待用户选择面粉类型与食品类型；
检测启动按键后，进入加工状态；
循环检测压力信号，动态调整搅拌与加水；
当加工时间达到设定值后停止工作并报警提示；
返回待机状态。

核心流程代码如下：

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "adc.h"sbit KEY_START = P1^0;
sbit KEY_FLOUR = P1^1;
sbit KEY_MODE = P1^2;
sbit MOTOR = P2^0;
sbit VALVE = P2^1;
sbit BUZZER = P2^2;unsigned char flour_type = 0;   // 0:小麦 1:高粱 2:玉米
unsigned char food_type = 0;    // 0:面条 1:馒头
float pressure = 0;void delay(unsigned int t) {unsigned int i,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);
}void main() {LCD_Init();ADC_Init();LCD_ShowString(0,0,"Smart Mixer Sys");LCD_ShowString(0,1,"Select Type...");while(1) {if(KEY_FLOUR==0){flour_type++; if(flour_type>2) flour_type=0; delay(200);}if(KEY_MODE==0){food_type++; if(food_type>1) food_type=0; delay(200);}if(KEY_START==0){LCD_Clear();LCD_ShowString(0,0,"Working...");while(1){pressure = ADC_Read(0);if(pressure < 2.0){MOTOR = 1;VALVE = 0;} else if(pressure > 4.0){MOTOR = 0;VALVE = 1;} else {MOTOR = 1;VALVE = 0;}LCD_ShowString(0,1,"P:");LCD_ShowNum(2,1,(unsigned int)(pressure*100),3);delay(500);}}}
}

3.2 按键检测与功能选择程序

按键程序采用轮询检测，结合软件延时消抖。每次按键按下更新选择状态，并刷新LCD显示内容。

void Key_Scan() {if(KEY_FLOUR==0){flour_type++;if(flour_type>2) flour_type=0;delay(200);}if(KEY_MODE==0){food_type++;if(food_type>1) food_type=0;delay(200);}
}

3.3 压力检测与判断程序

压力信号通过ADC转换后输入单片机，程序根据压力值范围判断系统状态。

float Read_Pressure() {float value = ADC_Read(0);value = value * 5.0 / 255.0;  // 模拟电压转化return value;
}

3.4 电机与加水控制程序

搅拌电机和电磁阀由单片机输出信号控制，通过逻辑判断执行启停操作。

void Control_Process(float p) {if(p < 2.0) {MOTOR = 1; VALVE = 0; // 压力低，继续搅拌} else if(p > 4.0) {MOTOR = 0; VALVE = 1; // 压力高，加水调节} else {MOTOR = 1; VALVE = 0; // 正常范围}
}

3.5 LCD显示程序

LCD显示模块用于输出实时信息，包括压力、模式与状态。

void Display_Info() {LCD_ShowString(0,0,"Flour:");if(flour_type==0)LCD_ShowString(7,0,"Wheat");if(flour_type==1)LCD_ShowString(7,0,"Sorghum");if(flour_type==2)LCD_ShowString(7,0,"Corn");LCD_ShowString(0,1,"Mode:");if(food_type==0)LCD_ShowString(6,1,"Noodle");else LCD_ShowString(6,1,"Mantou");
}