新型豆浆机控制系统的创意设计

　　2013年8月，新西兰恒天然集团检出其出口奶粉原料浓缩乳清蛋白被肉毒杆菌污染，同时又有报道称其含有残留的双氰胺成分。“毒奶粉”事件使市民纷纷转向豆浆机市场，殊不知网上早有关于部分豆浆机使用工业润滑油而造成豆浆污染的爆料。

　　我曾在《发明与创新》B版2013年8月刊中看到，唐山外国语学校的栾日冲同学在老师指点下提出了一种滚筒式豆浆机，分别在理论、结构及安全指标三大创新中给出了设计思路和实现方法，但不足之处在于控制系统方面没有详细的讲述。基于此，本文给出了滚筒式豆浆机控制系统方法及具体软件设计流程，并在无网罩豆浆机下采用自购网罩外用滤掉豆渣，避免了有网豆浆机清洗的复杂性。

　　一、豆浆机工作原理

　　豆浆机在单片机控制下，驱动对应的三极管，然后由多个继电器组成模块电路，实现豆浆机的预热、打浆、煮浆等全自动化过程。

　　市场上出售的豆浆机在旋转叶片上有“上转刀式”和“下转刀式”两类，根据旋转叶片周围是否有网罩又分为无网罩和有网罩豆浆机。图1所示就是典型的“上转刀式”无网罩豆浆机结构图。

　　首先，往不锈钢内胆倒入浸泡好的黄豆和适量水，通电后按下启动键，电热管开始加热，当水温达到设定温度时，电机开始工作，进行第一次预打浆。

　　然后，当持续加热触到防溢电极时意味着达到打浆温度，此阶段打浆和加热不断重复，豆子彻底被粉碎，豆浆初步煮沸，进入熬煮阶段。最后，加热器加热豆浆使其充分煮熟，成为可食用豆浆。

　　二、豆浆机控制系统的创意设计

　　根据豆浆机的基本原理，我设计出了一款新型豆浆机控制系统，如图2所示。以AT89C51为核心控制板，外围电路分为电源模块、温度检测模块、防溢出传感器模块、功能选择模块、电机控制模块、加热器控制模块及启动加热模块。

　　具体控制方法如下：P2.1控制电机转（旋转刀片固定），P2.2控制加热器，P2.3和P2.4控制报警器，P1.0和P2.5分别是功能选择键和启动加热器按键，P2.6读取温度传感器数据，P2.7读取液位传感器数据，P1.0至P1.2为功能显示键，整个系统在单片机控制下进行。

　　豆浆机控制系统的软件设计流程如图3所示，首先系统进行初始化，引脚P2.0赋值1，按键计数i赋值为0。接着判断是否有水溢出，即防溢出检测模块，读取P2.7引脚的数据Dat1，然后与给定的参考值Ref1比较。

　　功能键选择由P2.0引脚决定。通过按键计数的次数来判断所选择的是哪种功能，本控制系统中有煮粥功能键、豆浆功能键和果汁功能键。利用i与3的求余方法，当得到值为1时，则判断是煮粥功能；当得到值为2时为豆浆功能键；当得到值为0时，则判断为果汁功能键。功能判断结束后，i进行清零。最后判断温度是否到达设置好的参考值100℃，如果已经到达此温度，则关闭电机并延长10分钟加热时间，之后报警器报警告知系统工作结束。

　　另外，考虑到有网罩豆浆机清洗复杂，因而可以自购网罩。当系统关闭后，豆浆通过外部购置的网罩滤除豆渣，不仅功能效果与有网罩豆浆机类似，而且清洗方便。

　　三、控制系统实验验证

　　为了验证该装置的有效性，本文采用的EDA工具软件是Proteus软件，按照前面所述的方法进行搭建。防溢出传感器模块Proteus软件仿真中缺少液位检测模块，因而只用到温度传感器模块。系统运行时，按三下功能键，发光二极管黄灯亮，意味着是值为0时的情况，加热模块及电机模块开始运作，从而验证了上述设计的正确性和可行性。

　　此外，为了说明无网豆浆机的优越性，我还进行了相关实验。

　　豆浆机工作完毕后豆浆倒出时的情景，考虑豆浆中有剩余豆渣，故自己购置了一个网罩。当豆浆流经网罩后，可滤出豆渣，进行清洗时发现比有网罩豆浆机简单容易。

　　本文设计出在单片机控制下豆浆机的整体系统控制图并给出相应的软件设计流程图。为了验证该系统可行性还做了相应的实验验证，结果表明采用滚筒式结构单片机控制系统的无网罩豆浆机，不仅性能上稳定可靠，而且也避免了有网罩豆浆机清洗的复杂性。

　　文贵阳市第三实验中学高三7班 王炫祯

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