PDF《The Design of Coin Operated》

Software Engineering and Applications 软件工程与应用, 2016, 5(3), 204-211 Published Online June

2016 in Hans.

http://www.hanspub.org/journal/sea http://dx.doi.org/10.12677/sea.2016.53023 文章引用: 何聪聪, 乔刘洋, 张建, 胡茂博, 徐安安, 吴珊珊. 基于单片机的投币式全自动豆浆机系统设计[J]. 软件工 程与应用, 2016, 5(3): 204-211. http://dx.doi.org/10.12677/sea.2016.53023 The Design of Coin Operated Automatic Soya Bean Milk Machine Systems Congcong He, Liuyang Qiao, Jian Zhang, Maobo Hu, An'

an Xu, Shanshan Wu* School of Electrical Engineering and Automation, Anhui University, Hefei Anhui Received: Jun.

3 rd , 2016;

accepted: Jun.

19 th , 2016;

published: Jun.

22 nd ,

2016 Copyright ?

2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ Abstract This paper takes the single chip computer technology as the core, applies to mechanical balance device and electromagnetic induction for assistive technology, designs a coin operated automatic soybean milk machine system which based on single chip. Product takes into consideration the actual technical aspects of production process of trade-offs, and combines with the business pos- sibilities, for example, using cheap and reliable and more transparent materials. Coin machine abandons electronic design and uses relatively simple mechanical design. Keywords Single Chip Microcomputer Technique, Electromagnetic Induction, The Coin Operated Automatic Soya Bean Milk Machine 基于单片机的投币式全自动豆浆机系统设计 何聪聪,乔刘洋,张建,胡茂博,徐安安,吴珊珊* 安徽大学电气工程与自动化学院,安徽 合肥 收稿日期:2016年6月3日;

录用日期:2016年6月19日;

发布日期:2016年6月22日*通讯作者. 何聪聪 等205 摘要本文以单片机技术为核心,以机械平衡装置,电磁感应等应用为辅助技术,设计了基于单片机的投币式 全自动豆浆机系统的设计. 产品考虑到了实际的制作过程的技术方面的取舍, 又结合了商业运营可能性, 如尽量使用廉价可靠材料,使用较为透明的材料,投币器放弃电子设计而使用较为简单的机械设计. 关键词 单片机技术,电磁感应,投币式全自动豆浆机系统 1. 引言 全自动化豆浆机[1]-[3]是一个与传统豆浆机有本质区别的新产品, 系统主要的难点是系统的全自动化 与高效率的实现, 将市面上的投币器, 电压转换器, 水箱和半自动豆浆机进行大幅度改进, 引入单片机(此 单片机为 AT89S51)控制组件[4],将它们连接起来,组成一个新的全自动化的系统,在搅拌部件和水箱里 面加入了压力传感器和光传感器用来对整个系统的机械部件进行信息化,而单片机是整个系统的核心处 理部件,采用了 PID 控制算法,可对初始电压和电机转速进行有效控制,机器的抖动较为轻微.整个系 统运行稳定有效. 2. 设计和整体思路 通电后, 系统确定豆槽是否存在豆子, 如果存在, 单片机指示加温装置开始对水槽开水区进行加热, 水沸腾后,保温装置会维持水槽开水区里的水在合适的温度,如果系统未发现豆子或水量不足,则报警 灯会报警. 单片机控制放进搅拌槽里的水量和豆子量,系统工作固定的时间,将混合物输入到保温设备中存起 来. 投入一元硬币,因为硬币投入口距离压力传感器的距离是固定的,所以压力传感器可以将所受到的 压力转化为电信号输入单片机中进行处理分析,如果确定为一元硬币,则系统启动开始输出豆浆,否则 系统不响应. 系统确定启动后,系统机械装置放下杯子,单片机控制从保温设备中输出固定的豆浆到设备下方的 杯子中.单片机同时控制清洗系统,每隔固定的时间,对系统进行清理,水箱豆浆区充满后,系统停止 榨豆浆. 此项目的创新点在于通过单片机来控制半自动豆浆机的运转, 只需要打开系统开关, 投入一枚硬币, 系统就会输出一杯热豆浆,帮助位于快时代的我们节约时间. 3. 硬件电路和软件的实现 市场上的豆浆机基本都是半自动化的,而且市面上并没有专门用于本次项目的投币器和水箱,所以 必须对买来的水箱和投币器进行针对化改进,在了解其原理的基础上,对水箱和投币器进行拆卸,改动 了其电路部分.而且由于单片机正常工作电压是

5 V,而投币器正常工作电压是

12 V,还需要对不同组 件之间的电压进行转换. 何聪聪 等206 3.1. 硬件的设计 3.1.1. 电压转换器 电压转换器(用于实现单片机的

5 V 电压要求和投币器

12 V 电压要求统一化)其原理图

1 所示. 当芯片内开关管(Q1)导通时,电源经取样电阻 R

1、电感 L

1、MC34063 的1脚和

2 脚接地,此时电 感L1 开始存储能量,而由 C4 对负载提供能量.当Q1 断开时,电源和电感同时给负载和电容 C4 提供能 量.电感在释放能量期间,由于其两端的电动势极性与电源极性相同,相当于两个电源串联,因而负载 上得到的电压高于电源电压.开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率.只要此频率相对负载的时 间常数足够高,负载上便可获得连续的直流电压[5]. 3.1.2. 投币器的设计 本豆浆机采用比较式投币器(见图 1),它由比较线圈,AD,检测光眼,进币口电机等组成,工作原 理如下: 当投入硬币后, 当硬币经过样币时, 比较线圈感应出比较电压, 经整形处理送入到 AD 转换器当中, 经AD 转换后送到 CPU. 投币器主要功能包括四个部分:一是用于产生高频方波的振荡电路[6],而是用于控制真假币流向的 电闸门,三是用于检测硬币投入过程的各个位置的光电传感器,最后就是控制所有检测和控制的电路的 集中控制单元[5] [7]. 方波振荡电路: 这个功能模块最重要的是产生高频信号的线圈,当没有任何铁质物品进入线圈时,这个高频方波振 荡电路输出的频率是很稳定的、一致的高频信号,当有铁质物品进入时,这个线圈的电感值变化,从而 引起振荡电路输出的高频信号频率变化,只要通过检测这些变化值,便可以区分出真假币[8]. 电闸门驱动: 电闸门是一个简单的直流电机控制闸门,它的作用就是检测到硬币为真时,驱动小电机正转,使真 币进入,然后再反转关闭进币口,如检查到硬币为假时,则让硬币退出[9] (见图 2,图3). 3.1.3. 水箱的设计 存储豆浆的水箱结构类似于自动电热开水器,分为两个大区域,一个区域负责存储开水,另一个区 域用来存储成品豆浆,其由水箱、水路通道以及电加热控制电路组成[10].结构示意图如下图

4 所示,电 加热控制电路如下图

5 所示. Figure 1. 5~12 V boost circuit 图1. 5~12 V 升压电路

1 2 IN X1 GND

1 2 OUT X2 +5V R3 10K R2

200 R1

1 R4 1.2K C1

104 GND L1

150 uH SC SE CT GND VCC lpk VCC RFE IC1 MC34063 D1 IN5819 GND C2

101 C3

104 470uF C4 +12V GND 何聪聪 等207 Figure 2. Square wave oscillation circuit 图2. 方波振荡电路 Figure 3. Switch gate drive 图3. 电闸门驱动 C1 D4 C9 C10 L2 D5 D6 Q1 Q2 R10 R11 20kΩ Key=A 50% R9 R12 R8 D1 C6 C7 C4 C5 C8 D2 R13 R3 R6 R4 R5 50% U1 IC

1 DO

2 ~CS

3 GND

4 AIN

5 REF+

6 REF-

7 VCC

8 D3 C2 R1 C1 VCC VCC Q2 D1 D2 Q3 Q1 Q4 D3 D4 Q5 Q6 S2 M R1 R3 R2 R5 R6 R4 R7 何聪聪 等208 Figure 4. Schematic diagram of water tank structure 图4. 水箱结构示意图 Figure 5. Electric heating control circuit 图5. 电加热控制电路 水箱的工作原理工作原理: 1) 水箱、水通道:生水箱进水.水位上升浮子使进水阀关闭.浮子开关 s2 动作.电热管加热,水 开后沸水被蒸汽压入储水箱. 煮沸储存箱水满时,浮子 sl 动作,恒温电热........