新型豆漿機控制系統的創意設計

2013年8月，新西蘭恒天然集團檢出其出口奶粉原料濃縮乳清蛋白被肉毒桿菌污染，同時又有報道稱其含有殘留的雙氰胺成分。“毒奶粉”事件使市民紛紛轉向豆漿機市場，殊不知網上早有關于部分豆漿機使用工業潤滑油而造成豆漿污染的爆料。

我曾在《發明與創新》B版2013年8月刊中看到，唐山外國語學校的欒日沖同學在老師指點下提出了一種滾筒式豆漿機，分別在理論、結構及安全指標三大創新中給出了設計思路和實現方法，但不足之處在于控制系統方面沒有詳細的講述。

基于此，本文給出了滾筒式豆漿機控制系統方法及具體軟件設計流程，并在無網罩豆漿機下采用自購網罩外用濾掉豆渣，避免了有網豆漿機清洗的復雜性。

一、豆漿機工作原理

豆漿機在單片機控制下，驅動對應的三極管，然后由多個繼電器組成模塊電路，實現豆漿機的預熱、打漿、煮漿等全自動化過程。

市場上出售的豆漿機在旋轉葉片上有“上轉刀式”和“下轉刀式”兩類，根據旋轉葉片周圍是否有網罩又分為無網罩和有網罩豆漿機。圖1所示就是典型的“上轉刀式”無網罩豆漿機結構圖。

首先，往不銹鋼內膽倒入浸泡好的黃豆和適量水，通電后按下啟動鍵，電熱管開始加熱，當水溫達到設定溫度時，電機開始工作，進行第一次預打漿。

然后，當持續加熱觸到防溢電極時意味著達到打漿溫度，此階段打漿和加熱不斷重復，豆子徹底被粉碎，豆漿初步煮沸，進入熬煮階段。

最后，加熱器加熱豆漿使其充分煮熟，成為可食用豆漿。

二、豆漿機控制系統的創意設計

根據豆漿機的基本原理，我設計出了一款新型豆漿機控制系統，如圖2所示。以AT89C51為核心控制板，外圍電路分為電源模塊、溫度檢測模塊、防溢出傳感器模塊、功能選擇模塊、電機控制模塊、加熱器控制模塊及啟動加熱模塊。

具體控制方法如下：P2.1控制電機轉（旋轉刀片固定），P2.2控制加熱器，P2.3和P2.4控制報警器，P1.0和P2.5分別是功能選擇鍵和啟動加熱器按鍵，P2.6讀取溫度傳感器數據，P2.7讀取液位傳感器數據，P1.0至P1.2為功能顯示鍵，整個系統在單片機控制下進行。

豆漿機控制系統的軟件設計流程如圖3所示，首先系統進行初始化，引腳P2.0賦值1，按鍵計數i賦值為0。接著判斷是否有水溢出，即防溢出檢測模塊，讀取P2.7引腳的數據Dat1，然后與給定的參考值Ref1比較。

功能鍵選擇由P2.0引腳決定。通過按鍵計數的次數來判斷所選擇的是哪種功能，本控制系統中有煮粥功能鍵、豆漿功能鍵和果汁功能鍵。利用i與3的求余方法，當得到值為1時，則判斷是煮粥功能；當得到值為2時為豆漿功能鍵；當得到值為0時，則判斷為果汁功能鍵。功能判斷結束后，i進行清零。最后判斷溫度是否到達設置好的參考值100℃，如果已經到達此溫度，則關閉電機并延長10分鐘加熱時間，之后報警器報警告知系統工作結束。

另外，考慮到有網罩豆漿機清洗復雜，因而可以自購網罩。當系統關閉后，豆漿通過外部購置的網罩濾除豆渣，不僅功能效果與有網罩豆漿機類似，而且清洗方便。

三、控制系統實驗驗證

為了驗證該裝置的有效性，本文采用的EDA工具軟件是Proteus軟件，按照前面所述的方法進行搭建。

防溢出傳感器模塊Proteus軟件仿真中缺少液位檢測模塊，因而只用到溫度傳感器模塊。系統運行時，按三下功能鍵，發光二極管黃燈亮，意味著是值為0時的情況，加熱模塊及電機模塊開始運作，從而驗證了上述設計的正確性和可行性。

此外，為了說明無網豆漿機的優越性，我還進行了相關實驗，如圖4（a）（b）所示。

圖4（a）中所示的是豆漿機工作完畢后豆漿倒出時的情景，考慮豆漿中有剩余豆渣，故自己購置了一個網罩。當豆漿流經網罩后，可濾出豆渣，進行清洗時發現比有網罩豆漿機簡單容易，如圖4（b）。

本文設計出在單片機控制下豆漿機的整體系統控制圖并給出相應的軟件設計流程圖。為了驗證該系統可行性還做了相應的實驗驗證，結果表明采用滾筒式結構單片機控制系統的無網罩豆漿機，不僅性能上穩定可靠，而且也避免了有網罩豆漿機清洗的復雜性。