1、基于单片机的智能豆浆机设计（加热打浆熬煮自动控制与防干溢保护）
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2、系统功能介绍
智能豆浆机是一种能够自动实现原料加热、粉碎打浆、二次加热熬煮以及安全防护的家用电器。本设计以单片机作为核心控制器，通过温度检测、电机驱动、加热控制、液位监测、声光提示等多种模块的协作，实现对整个豆浆制作过程的精确管理。其目标是让用户只需按下一个"启动"键，即可自动完成从大豆软化到豆浆出锅的全部操作。
系统的主要功能包括：
（1）启动控制 ：用户按下"启动"键后，系统开始执行第一阶段加热，准备进入后续的打浆过程。
（2）温控加热 ：单片机根据温度传感器的数据判断加热状态，当温度达到约80℃时自动关闭加热器，为打浆提供最佳温度环境。
（3）打浆循环控制 ：电机按照"20秒正转---20秒反转"的方式循环运行，共执行4次，使豆浆更加细腻均匀。
（4）加热熬煮 ：打浆结束后再次进行30秒加热处理，使豆浆彻底熟化，提升口感与安全性。
（5）完成提示功能 ：在制作完成后，蜂鸣器与LED灯同时进行提示，让用户及时知晓豆浆制作完毕。
（6）安全保护机制：当检测到干烧或溢出现象时，系统立即停止加热并报警，防止设备损坏和发生危险。
通过这些功能，智能豆浆机能够在无人干预的情况下完成整个制作流程，是典型的智能小家电控制系统应用案例。
3、系统电路设计
本系统的电路设计采用模块化结构，包含单片机控制模块、温度检测模块、电机驱动模块、加热控制模块、液位检测模块以及声光提示模块。各模块之间通过信号传输与控制指令协同工作，实现整个系统的自动化控制与安全防护。
3.1 单片机控制核心模块
单片机是整个系统的大脑，负责采集传感器数据、执行逻辑判断、控制执行部件工作。它管理所有流程，包括加热控制、打浆控制、安全检测与提示功能。本设计可选用STC89C52、AT89S52或STM32系列MCU。
核心模块的主要任务包括：
（1）负责读取温度传感器数据，判断加热启动与停止条件；
（2）负责控制H桥驱动器实现电机的正转与反转逻辑；
（3）实现对继电器或MOSFET的控制，从而驱动加热器工作；
（4）采集干烧探头与溢出探头的信号，实现安全保护；
（5）使用定时器管理时间流程，如20秒定时与30秒熬煮定时；
（6）驱动蜂鸣器与LED灯用于状态提示、报警等功能。
为了确保系统稳定运行，单片机电源端需加入滤波电容，如104电容与10μF电解电容以减少干扰噪声。
3.2 温度检测模块
温度检测模块使用数字式温度传感器 DS18B20。相比模拟传感器，DS18B20具有采样精度高、抗干扰能力强且无需ADC转换等优点。
模块的主要职责包括：
（1）实时监测豆浆温度，以保证在加热到80℃时精确停止；
（2）为后续的30秒熬煮过程提供温度监测；
（3）在干烧检测中提供辅助信息，例如温度异常快速上升时可作为干烧判据之一；
（4）单总线通信实现简单，只需一个I/O口即可完成数据传输。
温度探头通常需具备防水封装，使其能够长时间浸泡在液体环境中。
3.3 电机驱动模块
电机驱动模块负责控制电机的旋转方向与运行时间。打浆电机是系统中功率较大的执行机构，需要具有足够驱动力与稳定性。
本设计采用 L298N 或 TB6612 电机驱动芯片，其特点包括：
（1）支持电机正反转切换；
（2）具备过流与过热保护能力；
（3）拥有续流二极管保护电路，避免电机反电动势损坏芯片；
（4）可支持PWM调速，提高打浆均匀性。
电机根据程序执行4次循环，每次包括正转20秒与反转20秒，实现充分粉碎豆料。
3.4 加热控制模块
加热控制模块是豆浆制作过程的关键部分，通过控制加热器电路开关实现温度管理。
模块设计特点如下：
（1）采用继电器或MOSFET与光耦隔离，保证强弱电隔离；
（2）继电器控制电热丝或加热盘，满足300---600W的加热功率需求；
（3）由单片机输出控制信号决定其"加热/停止"状态；
（4）在出现干烧或溢出状况时必须立即断电。
该模块是高功率模块，需注意高压隔离与散热处理，确保长期工作稳定可靠。
3.5 液位检测与安全保护模块
为防止豆浆机在特殊情况下发生危险，本系统特别设计了液位检测与安全保护模块。
功能包括：
（1）干烧检测 ：底部液位探头检测锅内是否存在足够液体，当液体蒸干或添加不足时立即触发报警；
（2）溢出检测 ：顶部探头监测液体或泡沫是否上升接近溢出位置；
（3）安全停机 ：一旦出现异常，单片机立即停止加热并启动报警程序；
（4）信号隔离：检测信号需经过光耦隔离或滤波处理以提高系统可靠性。
安全保护功能是智能豆浆机的重要组成部分，可避免设备损坏与烫伤事故。
3.6 声光提示模块
系统完成提示依靠声光提示模块，包括蜂鸣器与LED灯两种设备。
模块功能：
（1）提示豆浆制作完成；
（2）提示干烧、溢出等异常情况；
（3）通过不同闪烁节奏或蜂鸣时长区分提示类型。
蜂鸣器一般采用有源蜂鸣器，控制方式简单，而LED灯负责视觉提示，使系统更具人机友好性。
4、程序设计
系统程序采用模块化设计方法，将复杂的控制流程拆分成多个子模块，如主流程控制、温度采集与判断、电机调度、加热控制、安全保护以及提示模块。各模块之间通过函数调用与状态变量协作完成系统任务。
4.1 主流程控制程序
主流程程序控制豆浆制作全过程：
void main() {
init_all();
while(1) {
if(start_key_pressed()) {
heat_to_80(); // 加热至80℃
motor_cycle_run(); // 完成4次打浆循环
cook_30s(); // 再加热30秒
finish_signal(); // 完成提示
}
safety_check(); // 实时监测安全状态
}
}主流程通过顺序调用各功能程序，使系统按预定逻辑运行。
4.2 温度检测程序模块
温度检测程序用于采集当前温度并进行阈值判断。
float read_temp() {
return ds18b20_read();
}
void heat_to_80() {
while(read_temp() < 80) {
heater_on();
safety_check();
}
heater_off();
}该程序循环采集温度，实现精确加热控制。
4.3 打浆循环程序模块
打浆过程通过电机正反转循环实现：
void motor_cycle_run() {
for(int i = 0; i < 4; i++) {
motor_forward();
delay_seconds(20);
motor_stop();
motor_reverse();
delay_seconds(20);
motor_stop();
}
}这种循环模式可使豆浆更细腻。
4.4 加热熬煮程序模块
熬煮程序用于对豆浆进行最后加热处理：
void cook_30s() {
heater_on();
delay_seconds(30);
heater_off();
}熬煮阶段须持续监测安全状态。
4.5 安全保护程序模块
安全保护程序随时检查干烧和溢出状态：
void safety_check() {
if(dry_burn_detected()) {
heater_off();
motor_stop();
alarm_signal();
while(1);
}
if(overflow_detected()) {
heater_off();
alarm_signal();
while(1);
}
}确保设备在异常情况下不会继续运行。
4.6 提示程序模块
制作完成后给出声光提示：
void finish_signal() {
for(int i = 0; i < 3; i++) {
beep_on();
led_on();
delay_ms(300);
beep_off();
led_off();
delay_ms(300);
}
}用户可立即得知制作已完成。
5、总结
本设计通过单片机作为控制核心，协同温度检测、电机驱动、加热模块、液位检测模块以及声光提示模块，实现了智能豆浆机从启动、预热、打浆、熬煮到完成提示的全自动化流程。系统不仅结构合理、流程清晰，而且安全功能完善，能够有效防止干烧与溢出事故。整体设计兼具实用性、安全性与智能化特点，可作为典型的智能家电控制系统应用案例。