真空果汁攪拌機控制器設計

羅思欣

（惠州學院仲愷信息學院 惠州 516008）

引言

真空果汁攪拌機是近年來滿足人們對果汁營養高標準要求的家用電器，它是在料理機（破壁機）的基礎上加入了抽真空功能，實質上就是帶抽真空功能的破壁機。一般的料理機由于高速旋轉過程中會引入很多空氣氣泡導致食物很快氧化，幾乎在旋轉結束的時候，維生素C已經完全氧化了，果汁呈現褐色。因此抽取真空后，空氣中的氧氣少了，在部分氧化后耗盡了氧氣，果汁就不會繼續氧化了，達到保鮮的目的，同時由于減少氧氣接觸、不容易起泡，視覺效果和口感都很好，相對于傳統榨汁機具有更明顯的優勢[1-3]。真空機市場自稱“多酚含量是非真空的3.2 倍，維生素C 是非真空的2.5 倍”，因此真空機具有減少成分氧化、少氣泡口感好、可以保存較長的時間（配合低溫）三個效果，深受市場歡迎[4-6]。

本文設計的真空果汁攪拌機主要包括硬件設計和軟件兩部分，采用單片機作為主控制器核心，可以有效的降低硬件成本[7]，通過嵌入式編程，按邏輯對攪拌電機的驅動，從而實現攪拌式榨汁機的開關、高中低不同擋位的攪拌以及定時的功能，使攪拌器的控制系統變得更加智能自動化。根據客戶設計要求，攪拌器要求一鍵開關功能，可以方便消費者使用的方便，進而保障使用者的人身安全。高中低檔位的功能可以在攪拌時對水果的種類、數量的不同進行不同的檔位選擇，因為檔位不同是電機旋轉的速度不同，在高檔位時，一般攪拌如胡蘿卜、梨等果體較硬的水果，但攪拌果體較軟的水果時幾乎榨不出果汁；在低檔位時，一般攪拌如蘋果這類易氧化的水果，因為高速旋轉時摩擦會產生較高的溫度，讓蘋果迅速氧化，使得破壞其中的營養物質，而低檔位的低速旋轉雖然攪拌時間較長，但可以盡量避免了水果的氧化，進而保證果汁的良好質量。在中檔位時，介于高檔與低檔之間，可以選擇果體較硬也不易氧化的水果，選擇對應的檔位和水果種類，提高出汁量，減少殘渣量，提高攪拌質量。定時功能是用于設定電機的運轉時間，讓消費者可以設置自己想要的攪拌時間。

1 真空果汁攪拌機控制器硬件設計

1.1 總體設計

STC89C52 單片機作為攪拌機控制系統的核心組成部分，當獨立鍵盤有按鈕被按下時，設計的軟件掃描和檢測按下的按鈕對應的I/O 口的電平變化，并運行設定按鍵相應的功能程序模塊，并輸出相關信息到顯示屏，為用戶顯示出對應功能及運行狀態的的顯示內容，顯示中模式是用Modle 表示，定時的時間用Time。電源進線處加入一個開關按鍵來控制電路的通斷，進而控制攪拌機的開/關。利用不同的按鍵對應模式選擇、時間、啟動、暫停等，按鍵控制I/O 口的電平，單片機控制電機驅動電路的不同工作狀態，控制電機相對應的運轉狀態，從而實現高中低檔的切換，時間的選擇，啟動暫停等功能。

本設計主要由單片機、顯示、用戶按鍵和電機四部分組成，如圖1 所示。其工作原理是接入電源后按下啟動按鍵，單片機控制電機按設定的模式和時間進行工作。設計模式有模式一、模式二和模式三，分別對應電機的高中低檔。開機默認是模式一，按模式按鍵切換模式，設定為循環選擇。定時的設置有1、2、3 min 可供選擇，根據客戶需求設置默認時間為1 min，按時間按鍵每次增加一分鐘。按啟動鍵后，顯示時間倒計時，電機開始運作，按暫停按鍵，電機停止，倒計時也停止，再次按啟動按鍵，電機重新轉動，繼續倒計時。

1.2 控制器整體電路設計

根據上述設計方案，采用微控制器的攪拌機控制器詳細電路設計如圖2 所示，圖中主要有STC89C52 單片機及對應的最小系統電路，模式選擇、時間設定、暫停和啟動等四個按鍵及按鍵檢測電路，以及電機啟動電路等。其中電機驅動電路如圖3 所示，電機驅動芯片選用L298N 的芯片。電機驅動電路設計中，邏輯控制電壓是+5 V 的電壓由9 號引腳輸入，電機驅動電壓是+12 V由4 號引腳輸入，并在其中加入一個0.1uF 的電容C4，是為了防止邏輯控制電壓過大而燒壞L298N 芯片的保護電路。L298N 芯片輸出給電機的也是+12 V 的電壓。芯片的輸入信號是由單片機的輸出信號IN1、IN2、IN3、IN4、ENA 和ENB 直接輸入的，簡化了電路的設計。

圖2 總電路圖

圖3 電機驅動電路圖

2 真空果汁攪拌機控制器軟件設計

攪拌機控制器軟件設計是根據用戶使用機器的邏輯，先利用按鍵檢測，檢測到模式按鍵按下，則進入模式選擇程序，如沒有檢測到模式按鍵按下，程序初始化中設置為模式一；當檢測到定時按鍵按下，進入定時程序運行，每按一次鍵增加1 min，根據客戶需求果汁攪拌機最多攪拌時間設置為3 min，采用循環方式增加，如沒有檢測到定時按鍵程序設置初始值為1 min；檢測到啟動按鍵按下，進入啟動的程序；檢測到暫停按鍵按下，進入暫停的程序運行。從而實現攪拌器的高中低檔選擇、定時設置、啟動與暫停的功能，設計的流程圖如圖4 所示，其工作步驟主要分為如下5 步。

圖4 系統的流程圖

Step1 初始化。首先在用戶打開電源后，單片機開始進入工作狀態，然后經過復位，最后單片機初始化，準備開始按順序執行程序。

Step2 模式的選擇。用戶按下模式的按鍵后，單片機開始進入模式的選擇，然后顯示屏顯示用戶所選擇的模式，最后單片機繼續工作。

Step3 時間的選擇。按下設置時間的按鍵，讓單片機進入時間的選擇后，然后顯示器顯示用戶設定的時間，單片機進入正常工作。

Step4 開始榨汁。在用戶按下開始的按鍵后，單片機經過控制器上的控制電路進而控制電機按照前面用戶所選擇的模式和時間進行工作，即開始榨汁。

Step5 檢測暫停的按鍵是否有按下。如果用戶按下暫停的按鍵，電機需立即停止運轉，讓用戶可以打開蓋子往里面添加一些材料，然后用戶再按下開啟按鍵，繼續攪拌。如果沒有按下暫停按鈕，則一直運行到時間結束。

其中定時功能的軟件流程圖如圖5 所示。系統經過初始化后，默認是定時1 min，采用軟件定時器設計，定時器設計采用單片機內部的2 個定時器，設計中根據機器周期2 us，第一個定時器設置為50 000 機器周期，定時為0.1 s，并據此初始化中設置定時器1 的高4 位和低4 位。第二定時器設置為設為36 000，并據此初始化定時器2 的高4 位和低4 位。當定時按鍵按下，定時時間增加（1～2）min；若定時按鍵再按下，定時時間增加到3 min。定時時間為3 min 時，按鍵再按下，定時時間重回1 min。是一個循環的選擇方式。

圖5 定時流程圖

其中模式選擇軟件流程圖如圖6 所示，系統設計采用模式一、模式二和模式三，分別對應攪拌器的高中低檔。系統經過初始化后，默認是選擇了模式一，每按一次模式按鍵模式增加一并在第三種模式后循環。

圖6 模式選擇流程圖

3 控制器測試

設計的控制器在上電后的狀態如圖7 所示，,默認的模式和時間是“Modle：one”和“Time：one minute”。分別按下模式按鍵和時間按鍵，選擇模式二和3 分鐘，顯示為“Modle：Two”和“Time：Three minute”，如圖8 所示。經用戶多次測試相關功能和性能滿足客戶需求。

4 結論

本設計的真空果汁攪拌機是以客戶需求的使用方便，價格適宜為設計目標，采用單片機為控制的核心，充分通過軟件設計簡化電路設計和節約硬件成本，實現人機交互的具有一鍵開關、高中低檔攪拌、定時、暫停等功能，經測試達到客戶的需求，為產品產業化提供設計。

圖7 控制板上電后狀態

圖8 控制板模式和設置后的狀態