基于SH69P42豆浆机设计原理

豆浆是一种经济健康食品，越来越受到人们的欢迎。目前，市场上的豆浆机制浆时间约为20分钟，给早晨上班的家庭带来时间上的不便。本文针对制浆时间长的问题，设计了一种基于SH69P42单片机的高效省时豆浆机。该豆浆机在保持现有豆浆机的结构和功能的基础上，在磨浆电机主轴上安装一简易消泡装置，采用加热和磨浆并行处理，加热和消泡同时进行的控制策略，避免了目前豆浆机加热和磨浆分开，静止煮浆阶段加热溢出的停止加热带来的延长等待时间问题。

1 豆浆机基本结构
图1为高效省时豆浆机的基本结构，该结构在不改变原有豆浆机结构的同时，在旋转电机主轴的上方安装一消泡装置。此时电机具有磨浆和消泡功能，磨浆阶段以磨浆功能为主，消泡功能为辅；在煮浆阶段以消泡功能为主，磨浆功能为辅。



2 控制系统电路和工作原理
控制系统电路如图2所示，该电路由中颖公司的SH69P42单片机、温度检测电路、溢出检测电路、干烧检测电路、电机控制驱动电路、加热器控制驱动电路、蜂鸣器报警驱动电路和电源电路等组成。


中颖公司的SH69P42是一种先进的CMOS 4位单片机，该单片机集成了SH6610D CPU内核、RAM、ROM、定时器、I／O端口、2通道10位PWM、看门狗定时器、4通道8位ADC、低电压复位，广泛应用于家用电器和电动车控制器中。
220 V交流电源经变压器降压和桥式整流，得到+12 V电压，给继电器K1～K2和蜂鸣器供电。三端稳压器78L05输出+5 V电压给单片机供电。SH69P42采用内部RC振荡器，频率为4 MHz，SH69P42的PC1脚输出报警信号，经Q3三极管放大，驱动蜂鸣器报警。PC2输出电动机驱动信号，经三极管Q1放大，驱动继电器K1吸合，控制电动机运转，可完成打浆和消泡工作。PC3输出加热信号，经三极管Q2放大，驱动继电器K2吸合，控制电热管加热。PB3为缺水检测输入端，PB2为溢出检测输入端，PA1为温度检测输入端。缺水检测电路由R8、C9和测温电极外壳组成，加热管的外壳接地，正常工作时，PB3脚输入低电平；若水位低于测温电极即缺水时，PB3脚输入高电平，加热和电机自动断电，从而实现缺水保护，同时，蜂鸣器发出急促报警声。用同样方法可检测豆浆是否溢出。防溢电极接至PB2脚，豆浆沸腾之前，防溢电极远离水面，PB2脚为高电平，当泡沫上升，接触到防溢电极时，PB2脚为低电平。

3 豆浆机工作流程和控制系统软件设计
把泡好的黄豆或干豆和水按要求装入杯内，插上电源插头，按启动键会听到蜂鸣器响一声，单片机开始工作，PC3脚输出高电平，K2吸合加热管开始加热；PA1脚接负温度系数的热敏电阻(NTC)，该热敏电阻安装在测温电极内，当水温升到80℃左右时，PA1脚为低电平，此时控制PC2脚为高电平，K2吸合电动机开始工作，安装在转轴上的刀片高速转动，将泡豆打碎，产生豆浆。当第一次溢出时，进入第一阶段加热启动750 W加热，加热时间为60 s，在此期间，判断有溢出时，加热停止2 s再继续加热。进入第二阶段后，启动400 W加热，加热时间为30 s，在此期间，判断有溢出时，加热停止2 s再继续加热。第二阶段结束时，电机停止转动。进入第三阶段后，启动350 W加热，加热时间为210 s，在此期间，判断有溢出时，加热不停止，但是电机启动5 s后停止，此时电机主要起到消泡作用，直至结束，蜂鸣器发出均匀的鸣叫声，表示豆浆已煮熟，同时使系统停止工作。图3为此控制系统的流程图，可以看出整个制浆过程约10 min，比目前市场上的豆浆机效率提高约1倍。



4 结束语
该单片机控制系统具有抗干扰能力强、强电和弱电隔离、软件中具有看门狗、安全可靠等优点，特别是采用大功率加热缩短预热时间，同时在后续小功率煮浆阶段采用消泡控制，使加热不停，保证了豆浆充分煮熟并具有浓香风味，避免了豆浆溢出，缩短整体制浆时间。基于SH69P42单片机高效省时豆浆机设计方案，在不改变原有豆浆机基本结构和功能的同时，在电机主轴上安装一简易消泡装置，采用加热和磨浆并行处理，加热和消泡同时进行的控制策略。实践证明，该方案可将制浆时间缩短为现有豆浆机的50％，提高了效率。