基于单片机的智能豆浆机设计（加热打浆熬煮自动控制与防干溢保护）
1. 系统功能概述
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基于单片机的智能豆浆机设计是一种集成自动控制、温度检测、电机驱动与安全保护的嵌入式系统。系统以单片机为核心，通过温度传感器、电机驱动模块、加热控制模块、蜂鸣器及指示灯等外设，实现豆浆机在制作过程中的全自动化控制。整个过程包括启动、加热、打浆、熬煮、报警提示等阶段，系统还具备防干烧与防溢出保护功能，可有效保障设备运行安全与使用可靠性。
该系统的核心目标是实现豆浆机在无人干预下自动完成加热与打浆流程，模拟智能家电的控制逻辑，使其具有较高的自动化程度与安全性能。
系统主要功能包括：
- 启动控制：用户按下启动键后，系统进入自动工作流程。
- 温控加热：通过温度传感器实时检测豆浆温度，加热至约80℃后自动停止加热，并切换至打浆阶段。
- 打浆循环：打浆电机按设定的循环方式运转，每次正转20秒后反转，连续循环4次，确保豆浆研磨均匀。
- 加热熬煮：打浆完成后再次启动加热模块，加热30秒以充分煮熟豆浆。
- 完成提示：豆浆加工完成后，蜂鸣器与LED灯同时提示用户。
- 安全保护：系统实时监测温度变化，若检测到液体干烧或液位异常（溢出），系统立即停止加热并报警，防止设备损坏或安全隐患。
该设计的实现不仅验证了单片机在家电控制系统中的应用能力，也为嵌入式智能控制提供了实践参考。
2. 系统电路设计
智能豆浆机系统由多个功能模块组成，主要包括单片机最小系统、电源模块、温度检测模块、电机驱动模块、加热控制模块、按键与显示模块、报警与安全保护模块。以下对各部分进行详细介绍。
2.1 单片机最小系统
本系统选用 STC89C52 单片机作为主控核心。STC89C52具备高稳定性、丰富的I/O接口及较强的抗干扰性能，适合家庭电器控制类应用。
最小系统包括以下两部分：
- 晶振电路：采用12MHz晶体振荡器和两个30pF电容，提供稳定时钟信号。
- 复位电路：由电容、电阻及按键组成，当用户按下复位键或上电时，系统复位进入初始状态。
该部分保证单片机正常工作，为后续各模块控制提供可靠基础。
2.2 电源模块
系统电源由外部AC220V经变压、整流、稳压处理后输出5V直流电，为单片机及外围电路供电。电源模块中，稳压芯片采用7805型线性稳压器，输出端并联电解电容和瓷片电容以减少纹波，提升系统稳定性。加热器与电机部分通过继电器控制交流电源，实现高低压隔离，确保操作安全。
2.3 温度检测模块
温度检测采用 DS18B20 数字温度传感器，其测量精度高、响应快，输出为数字信号，可直接与单片机端口相连。系统通过单总线通信读取当前温度值，用于控制加热过程与安全保护。
温度检测流程如下：
- 初始化DS18B20；
- 触发温度转换命令；
- 延时等待转换完成；
- 读取温度寄存器数据；
- 将温度值传递给控制模块判断当前状态。
当温度达到设定阈值（约80℃）时，系统停止加热，进入打浆模式；若检测到温度异常升高（如超过100℃），则认为可能干烧，系统自动断开加热回路并报警。
2.4 电机驱动模块
电机用于驱动刀片实现打浆功能。系统采用L298N双通道电机驱动芯片，可实现电机的正转、反转及PWM速度调节控制。
单片机通过输出不同逻辑电平至IN1、IN2端控制电机转向，PWM信号输入使能端EN可调整电机速度。
电机驱动控制逻辑如下：
- IN1=1，IN2=0：电机正转（顺时针打浆）；
- IN1=0，IN2=1：电机反转（逆时针打浆）；
- IN1=IN2=0：电机停止；
- PWM信号：控制电机转速，实现柔性启动与稳定运转。
系统程序中设置循环打浆逻辑，每次正转20秒后反转20秒，共循环4次，以实现均匀研磨。
2.5 加热控制模块
加热部分采用继电器控制电热丝的方式实现。继电器由单片机I/O口控制，当检测温度低于设定阈值时，单片机输出高电平吸合继电器，从而接通电热丝开始加热。温度达到设定值后，控制信号变为低电平，继电器断开，停止加热。
此模块与温度检测模块协同工作，构成闭环控制系统，确保豆浆加热温度稳定在理想范围内。同时结合防干烧功能，当检测不到有效液体温度变化时，系统自动切断加热回路并报警。
2.6 按键与显示模块
该模块包括启动按键与LED指示灯。
- 启动按键用于启动整个豆浆制作流程。
- LED指示灯用于指示当前系统状态，如加热中、打浆中、熬煮中、完成提示等。
系统可根据阶段点亮不同LED，帮助用户了解豆浆制作进程。
2.7 报警与安全保护模块
蜂鸣器用于声音提示，当豆浆制作完成或出现异常情况（如干烧或溢出）时发出报警信号。
溢出检测可通过液位传感器或导电检测电极实现，一旦检测到液体达到溢出高度，单片机立即关闭加热回路并报警提示。
该模块与温度检测共同构成双重安全保护机制，保障设备运行可靠性。
3. 系统程序设计
程序设计采用C语言实现，主要包括主控程序、温度检测程序、电机控制程序、加热控制程序、报警与显示程序等模块。系统通过状态机方式实现各阶段自动切换，确保工作逻辑清晰可控。
3.1 主程序设计
主程序实现系统初始化与工作流程控制。上电后初始化各模块，等待用户按键启动。程序根据当前状态执行对应功能模块，当完成一个阶段后自动进入下一阶段。
#include <reg52.h>
#include "ds18b20.h"#define uchar unsigned char
#define uint unsigned intsbit HEATER = P1^0;
sbit MOTOR1 = P1^1;
sbit MOTOR2 = P1^2;
sbit BEEP = P1^3;
sbit START = P3^0;float temperature;
uchar stage = 0;void delay(uint t)
{uint i,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);
}void main()
{while(1){if(START == 0){delay(20);if(START == 0)stage = 1; //启动}if(stage == 1){temperature = ReadTemperature();if(temperature < 80)HEATER = 1; //加热else{HEATER = 0;stage = 2; //进入打浆阶段}}if(stage == 2){motor_run();stage = 3;}if(stage == 3){cook_phase();stage = 4;}if(stage == 4){finish_alarm();stage = 0;}}
}
3.2 温度检测程序
温度检测程序负责从DS18B20读取温度值，并将其传递给控制模块用于加热控制与安全判断。
float ReadTemperature()
{uchar low, high;int temp;Init_DS18B20();Write_DS18B20(0xCC);Write_DS18B20(0x44);delay(500);Init_DS18B20();Write_DS18B20(0xCC);Write_DS18B20(0xBE);low = Read_DS18B20();high = Read_DS18B20();temp = (high << 8) | low;return temp * 0.0625;
}
3.3 电机控制程序
电机控制程序负责打浆循环逻辑，实现正反转切换与计时控制。
void motor_run()
{uchar i;for(i=0;i<4;i++) //循环4次{MOTOR1 = 1; MOTOR2 = 0; //正转delay(20000);MOTOR1 = 0; MOTOR2 = 1; //反转delay(20000);}MOTOR1 = 0; MOTOR2 = 0; //停止
}
3.4 加热控制程序
加热控制程序根据温度反馈调整继电器输出，实现自动温度控制与防干烧逻辑。
void heat_control()
{temperature = ReadTemperature();if(temperature < 80)HEATER = 1;elseHEATER = 0;if(temperature > 100){HEATER = 0;BEEP = 1;}
}
3.5 熬煮与完成提示程序
熬煮阶段用于加热豆浆30秒以保证充分煮熟，随后蜂鸣器与LED指示加工完成。
void cook_phase()
{HEATER = 1;delay(30000);HEATER = 0;
}void finish_alarm()
{uchar i;for(i=0;i<5;i++){BEEP = 1;delay(300);BEEP = 0;delay(300);}
}
4. 系统设计总结
本系统以单片机为核心，通过模块化硬件设计与软件程序控制，实现了智能豆浆机从启动到完成的全自动控制过程。系统具备温度自动控制、打浆循环控制、熬煮阶段加热、完成提示及安全保护功能。
系统运行稳定、结构简洁，能够有效防止豆浆机在运行中出现干烧、溢出等危险情况。其设计思路可广泛应用于家电自动控制、温度检测系统及智能烹饪设备中。
通过该设计，可以深入理解单片机在智能家电中的应用原理，包括温度闭环控制、电机正反转控制、定时任务管理、报警提示与安全保护等技术，为今后开发更复杂的智能设备提供了理论与实践基础。