基于STC12C5A32AD的商用豆浆机控制系统的设计

杨永明

(湖北民族学院 理学院，湖北 恩施 445000)

图1 商用豆浆机结构

图1所示为一种常用商用豆浆机的结构示意图.加工豆浆时，首先关闭抽浆电磁阀并打开磨浆电磁阀，将黄豆和水加入磨浆桶，电机启动后，在磨浆轮和抽浆泵的共同作用下，磨浆桶中的黄豆和水不断循环，黄豆被磨碎.随后，抽浆电磁阀打开，磨浆电磁阀关闭，被磨好的生豆浆即被抽到熬浆桶中，这时电加热器以全功率对生豆浆加热，待豆浆升至一定温度后，电加热器切换到小功率开始熬浆，一段时间后豆浆就加工完成.因此豆浆的加工可大致分为磨浆、抽浆、煮浆、熬浆四个步骤[1].

目前国内外的商用豆浆机控制系统普遍存在的主要不足有：系统不够灵活，不能单独设置各个制浆过程的参数，只能用于加工一种或几种原料的豆浆；制浆过程中的相关参数(如时间)未显示，不方便使用；没有掉电参数保存功能，若制浆过程中停电，则只能重新制浆；部分豆浆机的防溢和防焦功能不够完善，仍存在豆浆溢出和焦化问题[2].

本文介绍的商用豆浆机控制系统优点在于：能针对不同的加工原料单独设置制浆的各个过程参数，增强了系统的灵活性；采用240×128点阵液晶屏实时显示制浆时间、制浆过程、运行状态、制浆模式等参数，方便了使用；具有掉电参数保存功能，若制浆过程中停电，系统能保存停电时的状态参数，来电后，系统继续制浆，不需重新开始；系统熬浆采用小功率加热，避免了豆浆焦化；系统通过检测防溢探头判断豆浆是否即将溢出，并采取相应措施，避免了豆浆溢出.

1 控制系统结构

控制系统的结构如图2所示.其中液晶屏采用240×128点阵液晶屏.电机、磨浆电磁阀、抽浆电磁阀经过电气接口板上的电磁继电器间接控制.由于电加热器功率较大，故通过固态继电器进行控制.

图2 控制系统结构框图

图3 掉电检测电路

2 硬件设计

2.1 STC12C5A32AD单片机介绍

STC12C5A32AD单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代单片机，集成了AD转换、掉电检测、看门狗、EEPROM等功能.本控制系统需要用热电阻测温，需要进行AD转换，而检测液位也可以用AD转换功能实现，因此可采用多路AD转换实现.另外，单片机的EEPROM可用于系统参数的存储.掉电检测功能可用于掉电时系统参数的保存.采用该单片机大大简化了主控板的外围电路.

2.2 掉电检测电路

为了断电后仍然能保存系统参数，需要将系统参数存储在单片机的EEPROM区.因此需要启用单片机的掉电检测功能.STC12C5A32AD的EX_LVD/P4.6引脚是多功能IO口，可设置为掉电检测输入口.在系统断电后，单片机除了要检测到系统断电外，还需要一部分能量完成数据的存储工作，这部分电路如图3所示.在正常工作时，外部电压通过二极管D后加到单片机电源端，同时对电容C充电.当VDD消失后，单片机通过EX_LVD/P4.6引脚检测到系统断电，这时电容C开始放电为单片机提供能量保存系统参数.电位器R用来调节EX_LVD/P4.6引脚输入电压与掉电检测门槛电压的匹配.

3 系统软件设计

3.1 掉电检测

当P4SW寄存器的第6位LVD_P4.6为0时，STC12C5A32AD的EX_LVD/P4.6引脚被设置为掉电检测输入口.当该引脚的电压低于内部检测门槛电压时，PCON的第5位LVDF将置1.单片机可根据LVDF的状态判断是否掉电，并采取相应措施.本系统采用查询方式检测系统是否掉电，若掉电则保存系统参数，程序如下所示：

if(PCON&0X20)//系统掉电检测

{

PCON&=0Xdf;//将LVDF位清零

adc_delay(100);//延时10ms

if(PCON&0X20)//再次读LVDF,若还为1则确定为掉电，做好数据保护工作

{

EA=0;//关中断

milling_pin=1;//停止磨浆

cooking_pin=1;//停止煮浆

system_para_save();//保存系统参数

PCON&=0Xdf; //将LVDF位清零

while(1);

}

}

3.2 显示及菜单程序

本系统采用240×128点阵液晶屏进行显示，用菜单进行操作.液晶屏与单片机之间的数据采用并行传输.液晶屏的显示区分为状态显示区和菜单显示区，状态显示区用来显示系统运行状态、系统运行模式、过程运行时间、熬浆桶温度等.菜单区显示操作菜单以及系统参数.状态区和菜单区的每一显示项的字模、显示地址、显示长度等显示参数都存储在单片机的ROM区，当需要显示某一项时，采用查表法查询该项的显示信息，并送入LCD进行显示[3-4].这种方式可大大减轻CPU的处理负担.

3.3 防溢和防焦

在对豆浆进行加热时，若加热器长时间以全功率加热会导致加热器局部温度过高而使得粘附在加热器上的豆浆焦化烧糊，因此当加热器以全功率对豆浆加热到一定温度后，切换到小功率对豆浆进行加热，这样可避免豆浆焦化.在熬浆时，熬浆桶内的液体(主要是泡沫)容易溢出，因此在泡沫即将溢出时必须停止加热[5].探头3的作用就是检测熬浆桶内液体是否即将溢出.当程序检测到熬浆桶内液位超过探头3时，关闭加热器，待泡沫慢慢褪去后，程序重新打开加热器加热，如此反复.

3.4 总程序流程

表1 各个过程参数

由于豆浆的制作过程依次为磨浆、抽浆、煮浆、熬浆，因此程序需按这个顺序对豆浆机进行控制.磨浆完成的条件是磨浆时间等于设置的磨浆时间；抽浆完成的条件是磨浆桶水位低于下限值；煮浆完成的条件是熬浆桶内豆浆的温度等于设置的煮浆终温；熬浆完成的条件是熬浆时间等于设置的熬浆时间.豆浆机的工作模式分为手动和自动模式两种，在手动模式下，需要选择四个过程中的一个过程，按下开始按钮后启动，过程完成后系统发出蜂鸣声.在自动模式下，系统依次执行四个过程，四个过程完成后系统发出蜂鸣声[6-8].在豆浆制作过程中，若发现异常则会报警并停止制作.如磨浆时水位过低，煮浆时水位过高或过低、温度传感器异常等.制浆各个过程的参数可以分别进行设置，如磨浆时间、煮浆终温、熬浆时间、熬浆火势(1～10级)等.

4 实验结果

分别以黄豆、大米、五谷为原料进行实验，选用的豆浆机加热功率为5 kW，制浆容量35 L，环境温度18℃.用本控制系统进行控制加工35 L豆浆时各个过程参数按表1进行设置，可分别加工出豆浆、米糊和五谷浆.加工过程中，未出现液体溢出以及焦化现象.制浆过程、制浆时间、制浆模式、系统状态等参数均显示在状态栏中，操作方便.

[1] 张向锋,张强军.智能型豆浆机控制系统的开发[J].洛阳工学院学报,2001,22(4):77-79.

[2] 刘芬.基于SH69P42豆浆机设计[J].电子科技,2011,24(5):62-64.

[3] 王震,谢丁龙.点阵LCD显示模块通用驱动程序的开发[J].许昌学院学报,2005,4(5):84-87.

[4] 秦臻,田宏伟.单片机应用系统电磁干扰技术研究[J].机械管理开发,2011(5):67-68,70.

[5] 凌志勇,方旭群.智能豆浆机的设计[J].电子世界,2003(7):29-29.

[6] 王恒海,陈照章,徐晓斌，等.基于LabVIEW的温度测控系统设计[J].仪表技术与传感器,2007(4):26-28.

[7] 康建.基于C51单片机的行车用语音联系盒的设计[J].机械管理开发,2011(5):201-202.

[8] 宋秀玲.实现交通信号灯控制的编程方法[J].长江大学学报:自然科学版,2011,8(3):97-100.