基于STM32的智能豆?jié){機說明書

1、- PAGE 22 -目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc456286724 第一章 緒論 PAGEREF _Toc456286724 h 1 HYPERLINK l _Toc456286725 1.1引言 PAGEREF _Toc456286725 h 1 HYPERLINK l _Toc456286726 1.2 原理 PAGEREF _Toc456286726 h 1 HYPERLINK l _Toc456286727 第二章 設(shè)計方案與實現(xiàn)功能 PAGEREF _Toc456286727 h 2 HYPERLINK l _Toc456286728 2.

2、1設(shè)計思路 PAGEREF _Toc456286728 h 2 HYPERLINK l _Toc456286729 2.2 實現(xiàn)功能 PAGEREF _Toc456286729 h 3 HYPERLINK l _Toc456286730 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc456286730 h 4 HYPERLINK l _Toc456286731 3.1單片機的選擇 PAGEREF _Toc456286731 h 4 HYPERLINK l _Toc456286732 3.2 溫度檢測電路設(shè)計 PAGEREF _Toc456286732 h 7 HYPERLINK l _To

3、c456286733 3.3 加熱電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc456286733 h 9 HYPERLINK l _Toc456286734 3.4 電機電路設(shè)計 PAGEREF _Toc456286734 h 10 HYPERLINK l _Toc456286735 3.5防溢出電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc456286735 h 11 HYPERLINK l _Toc456286736 3.6報警電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc456286736 h 12 HYPERLINK l _Toc456286737 3.7復(fù)位電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc456286737

4、 h 13 HYPERLINK l _Toc456286738 3.8時鐘電路和按鍵電路設(shè)計 PAGEREF _Toc456286738 h 14 HYPERLINK l _Toc456286739 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc456286739 h 15 HYPERLINK l _Toc456286740 4.1編程思路 PAGEREF _Toc456286740 h 15 HYPERLINK l _Toc456286741 4.2主程序 PAGEREF _Toc456286741 h 17 HYPERLINK l _Toc456286742 第五章 總結(jié) PAGEREF

5、_Toc456286742 h 21 HYPERLINK l _Toc456286743 參考文獻 PAGEREF _Toc456286743 h 22第一章 緒論1.1引言豆?jié){機是一種新型的家用飲用機，以黃豆為原料，可以直接加工出可口的熱豆?jié){飲品。豆?jié){機由粉碎黃豆的電機、豆?jié){機加熱器和控制電路三大部分組成。用STM32F103單片機研制的智能豆?jié){機的控制系統(tǒng)，當(dāng)放入適量泡好的黃豆，加入適量的冷水，把豆?jié){機的電源插頭插入220V交流電源，豆?jié){機指示燈亮起，按下按鈕，先對豆?jié){機進行水位放干燒檢測，符合要求后加熱管開始對水進行加熱，當(dāng)水溫達到80左右，停止加熱，啟動電機開始粉碎，開動豆?jié){電機，運轉(zhuǎn)

6、5s，停15s電機按間歇方式粉碎。并在間隙同時加熱，粉碎過后，繼續(xù)對豆?jié){加熱，當(dāng)豆?jié){沫接觸到防溢電極時，停止加熱，并蜂鳴報警，當(dāng)液位下降，則繼續(xù)加熱。在粉碎的處理上采用了正反粉碎過程，一般情況下，可完全保證黃豆和其他谷物被徹底粉碎，此后再進行最后的加熱，豆?jié){就加工完成了。在豆?jié){機的工作過程中若缺水，則會關(guān)閉加熱器和電機，并發(fā)出報警聲，加水后才能繼續(xù)使用。由此可見，智能豆?jié){機只要按下啟動按鍵并選擇自動功能后，豆?jié){機就開始工作，一會兒就能喝到美味又營養(yǎng)的豆?jié){。整個過程由單片機全自動控制，并全程進行安全檢測，讓你用起來更加的方便、更加的安全。1.2 原理本智能豆?jié){機控制系統(tǒng)設(shè)計原理如下圖所示:第二章

7、 設(shè)計方案與實現(xiàn)功能2.1設(shè)計思路我們設(shè)計的智能型豆?jié){機主要由電機、加熱管、水位傳感器，感溫探棒、防溢電極、單片機控制面板、控制按鈕以及聲光報警器件等幾部分組成。電機負責(zé)粉碎打漿,加熱管進行加熱煮漿,感溫探棒進行水溫測量,水位傳感器進行水位測量，防溢電極防止豆?jié){加熱溢出,采用蜂鳴器和雙色燈進行聲光報警,控制面板根據(jù)命令和輸入狀態(tài)信號,模糊控制各個部件按程序進行加熱、粉碎等系列工作全自動完成。我們確定了以下設(shè)計方案: （1）上電后對水位進行判斷,防止添水過多;在整個工作過程中,對水位實時檢測。 (2)粉碎。串勵電機工作轉(zhuǎn)速可達到12kr/s左右,1min時間便可將豆粒徹底粉碎。但由于該電機不可長

8、時間連續(xù)運轉(zhuǎn),所以粉碎時間分為開動豆?jié){電機，運轉(zhuǎn)5s，停15s ，4個15s完成,間歇停機15s。為了提高工作效率,充分利用粉碎間歇時間進行豆?jié){加熱。（3）加熱。加熱分為“粉碎前預(yù)加熱”和“煮漿加熱”兩個過程?！爸鬂{加熱過程”即粉碎后加熱的沸騰。“粉碎前預(yù)加熱”是將水溫加熱至80,縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰的時間,防止粉碎后煮漿時間過長所易造成的糊鍋現(xiàn)象,此外還有出漿率高、豆?jié){口味更佳的效果。當(dāng)豆?jié){產(chǎn)生的泡沫碰到防溢電極時，轉(zhuǎn)為降功率加熱，結(jié)束并報警。(4)命令輸入。命令輸入在全自動工作過程中,若按“啟/停”鍵將停止一切操作,恢復(fù)到起始狀態(tài)。(5)聲光報警。為了便于人們監(jiān)測整個工作過程,在工作狀

9、態(tài)切換時,有紅綠燈的顯示和蜂鳴提示,工作完畢聲光報警十次。工作過程中如有危險操作,也進行聲光報警。(6)采用軟硬件抗干擾技術(shù),提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。硬件上主要是采用濾波電路抑制干擾源,WDT監(jiān)控電路防止因干擾造成的程序錯亂和死機現(xiàn)象。軟件上主要采用填碼技術(shù)、指令冗余技術(shù)、設(shè)置模塊入口標(biāo)志和智能恢復(fù)現(xiàn)場等技術(shù)配合硬件增強系統(tǒng)的抗干擾能力。2.2 實現(xiàn)功能自動設(shè)計流程為：1.先將黃豆和水加熱到80度。2.停止加熱，開啟電機進行粉碎，粉碎時間分為開動豆?jié){電機，運轉(zhuǎn)5s，停15s ，4個15s完成,間歇停機15s。為了提高工作效率,充分利用粉碎間歇時間進行豆?jié){加熱。3.電機停止，繼續(xù)加熱， 4.完成豆

10、漿制作，并有蜂鳴提醒用戶功能。由于沒有防溢電極，采用開關(guān)來模擬，并在第一次和第二次加熱之前，閉合開關(guān)，在第三次加熱時閉合開關(guān)模擬防溢出。并在全過程用溫度傳感器反饋溫度。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1單片機的選擇 STM32芯片介紹2006年ARM公司推出了基于ARMv7架構(gòu)的Cortex系列的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，以滿足各種技術(shù)的不同性能要求，包含A、R、M三個分工明確的系列。其中，A系列面向復(fù)雜的尖端應(yīng)用程序，用于運行開放式的復(fù)雜操作系統(tǒng)；R系列適合實時系統(tǒng)；M系列則專門針對低成本的微控制領(lǐng)域。Cortex-M3是首款基于ARMv7-M體系結(jié)構(gòu)的32位標(biāo)準(zhǔn)處理器，具有低功耗、少門數(shù)、短中斷延遲、低調(diào)

11、試成本等眾多優(yōu)點。它是專門為在微控制系統(tǒng)、汽車車身系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等對功耗和成本敏感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高系統(tǒng)性能而設(shè)計的，它大大簡化了編程的復(fù)雜性，集高性能、低功耗、低成本于一體。STM32處理器的分類STM32系列處理器目前分為2個系列。STM32F101是標(biāo)準(zhǔn)型系列，工作在36MHZ；STM32F103是增強型系列，工作在72MHZ，帶有更多片內(nèi)RAM和更豐富的外設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)型系列是STM32處理器入門產(chǎn)品，其價格僅相同于16位MCU卻擁有32位MCU的性能，其外設(shè)的配置能提供優(yōu)秀的控制和聯(lián)接能力。增強型系列產(chǎn)品則將32位MCU的性能和功效引向一個新的級別。內(nèi)含的Cortex-M

12、3內(nèi)核工作在72MHZ，能實現(xiàn)高端運算，其外設(shè)的配置能提供極好的控制和聯(lián)接能力。 STM32全系列處理器擁有的腳對腳、外設(shè)及軟件的高度兼容性，這給其應(yīng)用帶來全方位的靈活性，可以在不必修改原始框架及軟件的條件下，將應(yīng)用升級到需要更多的存儲空間，或精簡到使用更少的存儲空間，或改用不同的封裝規(guī)格。對于使用同一平臺進行多個項目的開發(fā)而言，STM32更是一種非常好的選擇。因為在STM32全系列產(chǎn)品中，既有適合僅需少量的存儲空間和引腳，也有滿足需要更多的存儲空間和引腳；既有適于高性能應(yīng)用的，又有滿足低功耗要求的；既有適合低成本簡單應(yīng)用，也有滿足高端復(fù)雜應(yīng)用的。全系列兼容，使得項目之間的代碼重用和代碼移植變

13、得非常方便STM32F103及外圍電路設(shè)計 本設(shè)計采用STM32F103為主控芯片，則STM32F103芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計如圖2.2、2.3所示。圖2.2 STM32F103芯片最小系統(tǒng)圖圖2.3 STM32F103芯片最小系統(tǒng)圖續(xù)3.2 溫度檢測電路設(shè)計當(dāng)豆?jié){機正常工作時，需要先加熱到80左右的溫度，然后停止加熱繼續(xù)下一步的工作，所以這就需要一個溫度傳感器來檢測水溫，這里我選用的是DS-18B20數(shù)字溫度傳感器來模擬。其具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。3.2.1 DS-18B20數(shù)字溫度傳感器介紹 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的

14、一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳T0-92小體積封裝形式，溫度測量范圍為-55度到+125度，可編程為9位-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625度，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出。 主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。本程序僅掛接一個芯片，使用默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)換精度，外接供電電源，讀取的溫度值高位字節(jié)送WDMSB單元，低位字節(jié)送WDLSB單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號位，經(jīng)過簡單的變換即可得到實際溫度值。3.2.2 電路設(shè)計 由于獨特的一線接口，只需要一

15、條口線通信，DS18B20可以使用外部電源VDD，也可以使用內(nèi)部的寄生電源。當(dāng)VDD端口接3.0V5.5V的電壓時是使用外部電源；當(dāng)VDD端口接地時使用了內(nèi)部的寄生電源。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。電路圖如圖3.2所示圖3.2 3.3 加熱電路的設(shè)計加熱電路的作用是通過加熱管把磨成粉末的黃豆煮熟，本設(shè)計使用的加熱器的功率為1000W，單片機輸出電流經(jīng)三極管放大，來驅(qū)動繼電器閉合，使加熱管發(fā)熱把豆?jié){煮熟，當(dāng)單片機工作時，賦給PC5一個高電平，使三極管Q2飽和導(dǎo)通，電流流過繼電器RL1，使觸點閉合，于是加熱管通電開始對水加熱，當(dāng)溫度達到80度時，溫度傳感器將溫

16、度信號傳給單片機，單片機檢測到這個信號后，使PC5腳變?yōu)榈碗娖?，三極管Q2截止，繼電器觸點斷開，電阻停止加熱。在實驗中由于沒有加熱管，將用指示燈來代替加熱管。電路圖設(shè)計如圖3.3 圖3.33.4 電機電路設(shè)計 豆?jié){機的磨漿是通過電機把黃豆攪拌成粉沫，電機選用的是步進電機來模擬，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。 步進電機必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。步進電機的主要特性：1 步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)，驅(qū)動型號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候， 步進電機靜

17、止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。2本步進電機的步進角度為7.5度，一圈360度，需要48個脈沖完成。3 步進電機有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。4 改變脈沖的順序，可以改變轉(zhuǎn)動的方向。在電路的設(shè)計中，我們將用到uln2003來驅(qū)動，驅(qū)動端口位P1.0,P1.1,P1.2,P1.3。驅(qū)動器控制電機轉(zhuǎn)動，使其完成4個15s的粉碎過程,間歇停機15s。前7s正轉(zhuǎn)，后8s反轉(zhuǎn)。電路設(shè)計圖如下：3.5防溢出電路的設(shè)計 防溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來控制自動豆?jié){機沸騰溢出等問題。這里采用開關(guān)S5模擬傳感器來檢測沸騰溢出，與

18、單片機的P3.4連接，用開關(guān)的閉開模擬高低電平，這樣就可以通過單片機檢測電平的高低來檢測干燒及沸騰時的溢出狀態(tài)。電路圖設(shè)計如下圖3.4圖3.4這里當(dāng)S5閉合時，給單片機一個高電平信號，表示豆?jié){溢出，開關(guān)打開時表示正常沒有溢出。3.6報警電路的設(shè)計在豆?jié){機控制系統(tǒng)的設(shè)計中，我們設(shè)計了當(dāng)豆?jié){機干燒和豆?jié){制作完成兩種情況的蜂鳴報警，聲音信號電流從單片機的PB5腳輸入到蜂鳴器發(fā)出聲音，通過事先編寫的程序，在單片機的控制下，系統(tǒng)開始工作，當(dāng)上述兩種情況中的一種發(fā)生時，單片機PB5腳自動輸出一個高平，使蜂鳴器通電導(dǎo)通，于是蜂鳴器發(fā)出報警，提醒用戶。圖3.53.7復(fù)位電路的設(shè)計整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部

19、分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（RST）送斯密特觸發(fā)器，再有片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的S5P2時刻對斯密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需的信號。本設(shè)計中我們使用的是上電自動復(fù)位，其是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。電路圖如圖3.6.3.8時鐘電路和按鍵電路設(shè)計單片機內(nèi)部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制單元（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。振蕩器的工作頻率一般可達0-40MHz，C1和C2雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小

20、影響振蕩器振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇范圍在10-30pF。按鍵電路是通過+5V連接形成通路，按鍵按下時，單片機接口產(chǎn)生高電平，單片機通過軟件檢測電平就可以知道是什么功能。設(shè)計電路圖如圖3.7 圖3.7第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1編程思路 豆?jié){機控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計開始加熱到80度電機運轉(zhuǎn)5s電機停止15s加熱電機運轉(zhuǎn)15s4次？警報溢出？6m30s？結(jié)束正常工作自動停啟，通過按鈕實現(xiàn)，開始對豆?jié){機的冷水進行加熱，當(dāng)加熱到80以后，則停止加熱，開始進行打漿程序，運轉(zhuǎn)5s，停15s，打15秒停15秒，按這樣的方式循環(huán)4次，繼續(xù)程序，打漿程序結(jié)束后開始進行對面漿進行再加熱，加熱6分半鐘，溢出

21、后自動進入防溢程序，直到結(jié)束。豆?jié){加工完成后，單片機發(fā)出報警提醒主人豆?jié){煮好?？傊嗽O(shè)計以單片機STM32F103作為核心的控制元件，配合其他器件，使豆?jié){機的控制系統(tǒng)縣有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加工經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。4.2主程序#include #include stm32f10 x_it.hvoid HOT_Config(void);void voice_Config(void);void delay(void);int main(void)GPIO_Config(); /配置Hot_Config( );voice_Config( );GPIO_Se

22、tBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(5000);/轉(zhuǎn)5sGPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(15000); /停15swhile(1)GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(15000); /轉(zhuǎn)15sGPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);delay(15000); /停15svoid GPIO_Config()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /定義GPIO配置的結(jié)構(gòu)體變量RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_A

23、PB2Periph_GPIOB, ENABLE); / 使能GPIOB時鐘，GPIO都由APB2（高速外設(shè)）時鐘控制GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1; /PB1口GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; /用于定義GPIO管腳的響應(yīng)速度GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; /用于定義GPIO管腳的工作模式推挽輸出GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure); /調(diào)用庫函數(shù)對GPIO初始化設(shè)置void delay

24、(void)i=0 x000004 ;while(i-);while(1)void Hot_Config(void);GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5);delay(6500);GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5);void GPIO_Config()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /定義GPIO配置的結(jié)構(gòu)體變量RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); / 使能GPIOC時鐘，GPIO都由APB2（高速外設(shè)）時鐘控制GPIO_Init

25、Structure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5; /PC5口GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; /用于定義GPIO管腳的響應(yīng)速度GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; /用于定義GPIO管腳的工作模式上拉輸出GPIO_Init( GPIOC, &GPIO_InitStructure); /調(diào)用庫函數(shù)對GPIO初始化設(shè)置void voice_Config(void);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GP

26、IOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay

27、(5000);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);delay();void GPIO_Config()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /定義GPIO配置的結(jié)構(gòu)體變量RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); / 使能GPIOB時鐘，GPIO都由APB2（高速外設(shè)）時鐘控制GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5; /PB5口