破壁机高速电机控制器软件子系统设计(附件)
在时代的驱动下，破壁料理机以全新的方式来改善饮食习惯。本课题提出一种基于单片机的高速直流电机控制系统，系统以STM32单片机最小系统为核心，采用LCD12864显示系统当前状态，以PWM脉宽调制技术完成电机调速，结合DS18B20和PTC加热器实现温度控制。利用高速电机和刀片实现对细胞壁的破坏，以便于人体对营养的吸收。关键词 破壁机 温度控制 高速电机
目 录
1 绪论1
1.1 本课题的研究背景1
1.2 国内外研究状况1
1.3 发展趋势2
2 总体方案2
2.1 设计要求2
2.2 方案选择与确定3
2.3 总体设计3
3 硬件设计6
3.1 电路中主要器件介绍及原理6
4 软件设计13
4.1 主程序设计13
4.2 液晶屏显示子程序设计15
4.3 温度传感器初始化及温度采集子程序设计16
4.4 定时器及中断初始化子程序19
4.5 PMW定时器及中断初始化子程序20
5 系统仿真与实验22
5.1仿真软件介绍22
5.2 调试工具22
5.3 结果与分析22
5.4 问题及解决方案23
结 论24
致 谢25
参考文献26
附录A 系统原理图27
1 绪论
中国人崇尚养生，在如今这个时代，破壁料理机正在改善中国人的饮食习惯，中国人越发喜爱用破壁机来制作食物。对养生颇有些研究的学者对某些破壁机的功能实现产生巨大的分歧，但是他们都认为破壁机将成为中国小家电的明星产品之一。破壁机的出现，打破传统技术的局限，无论什么食材都能通过破坏细胞壁，保证食物的最佳营养成分不受破坏，使人类能更好的吸收营养成分。不仅如此，倘若我们进行榨汁，可以达到一种榨汁最佳速度；倘若进行豆制品类的破壁将会产生更高的破壁速度，特殊食材还可以进行加热处理，此过程都比以往的榨汁机、豆浆机等更为安静。
1.1 本课题研究的目的及意义
本设计所使用的破壁机可以当做榨汁机、豆浆机料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
理机等产品的升级版，可以在极短的时间内破坏食材的细胞壁，释放植物内的生化素。
由于破壁机能在极短时间内破坏食材细胞壁，得到植物的生化素，所以还被冠以料理机的荣耀，是现代生活居家养生的最佳家电产品之一。而最新发明的破壁机则是附加了加热和搅拌功能的料理机，可以用来制作冷食和热食。
破壁机是通过超高速的直流电机，内附不同长度的刀片，在一定容量的容器内进行高速切割和粉碎，以此来破坏食材的细胞壁，将食材中的生化素释放，从而不破坏食材的营养成分。影响破壁率和破壁效果的主要因素包括：1.电机的负载转速；2.经由连接器传动到刀片的转速；3.刀片的数量、长度、厚度参数；4.杯体的形状参数等。最终我们用刀片切割或破壁的瞬间速度和频率会达到均衡以提升破壁粉碎的结果。
1.2 国内外研究状况
第一代破壁机以及它的破壁原理：手动的取汁。使用物品挤压使其产生汁液或用手挤压，由于挤压能力有限，仅是对细胞壁进行挤压无法充分挤压，且对大而软的食材的取汁有限。
第二代破壁机以及它的破壁原理：传统料理机。通过直流电机带着不锈钢刀片进行快速旋转击打食材，因其电机工作负载转速并未特别高，刀片长度、厚度都固定大小，最终破壁效果一般。特别是大番茄类的食材破壁率无法达到50%，通常我们用来绞肉、榨汁、磨粉等。
第三代破壁机以及它的破壁原理：破壁料理机。第三代破壁机继承了第二代料理机的功能和主要结构，极大地提高的电机工作负载速度，调整了刀片的长度以及数量，使得不锈钢刀片切开或者击打食材的瞬间速度变得更高，破壁率也超过了50%。市面上的破壁机添加了预热功能，但是无法长时间加热，做出的食物口感一般。通常我们使用此破壁机来做鱼汤、豆浆、浓汤、中药材等。
第四代破壁机以及它的破壁原理：破壁调理机。此种破壁机采用大功率加热使食物快速沸腾，实现破壁与加热功能的完美结合。不仅破壁率高达68%，而且食物口感美味细腻。我们可以采用底盘加热和环绕立体加热两种不同的加热形式。通常我们需要用的的食材都可以通过破壁调理机来完成，比如豆浆、果汁、鱼汤、冰沙、中药食材等。
1.3 发展趋势
随着破壁机未来市场的高速发展，人们对破壁机的需要已经大大超过如今的破壁机所能达到的性能，保健、智能、多元化都是将来破壁机优化发展的重中之重。可加热的破壁机进入千家万户，破壁机正在向着变频方向发展，加入变频控制程序，通过芯片感知所用食材来提供不一样的切削速度和不同温度，防止糊底现象发生，这样破壁机的使用更加多元。未来几年，破壁机仍然是研讨小家电炙手可热的产品之一，破壁机将被保持高度注重，快速发展，市场的规模破几十亿为期不远。
2 总体方案
2.1 设计要求
1、本课题以STM32单片机为控制器，完成直流电机的三级有级调速，水温的采集与显示，加热时间的控制等任务；
2、软件系统流程图设计；
3、KEIL5中设计电路各部分程序，包括按键程序，直流电机驱动程序，温度采集程序，液晶屏显示程序，继电器输出程序设计等；
4、在流程图的基础上，进行工程源文件的开发；
5、同硬件进行联合调试。
2.2 方案选择与确定
本次设计开始时，我一共考虑了3个设计方案，3种设计的区别在于软硬件能否融合，实物是否人性化、智能化，对于本设计三个方法部分能实现，最后根据实际能达到的水平以及设计成本的考虑，本设计选择了STM32单片机和LCD12864液晶显示屏的方案。下面将详细说明一下曾经考虑的三个方案。
方案一：
方案一采用的是51单片机和数码管来完成这个设计。虽然51单片机内部有一套完整的操作系统而且编程也很便利，但是他的缺点还是很明显的。它的许多功能需要拓展，增加了硬、软件的包袱，尽管I/O口使用不复杂，但高电平输出乏力，初始化速度不行，控制能力不行，保护能力弱，没有硬件PWM，容易烧坏芯片，给编程带来很多困难。不仅如此选取的数码管虽然考虑到了功耗低，但是显示单一，无法达到预期想达到的要求，所以基于很多因素考虑，我们不采用方案一。
目 录
1 绪论1
1.1 本课题的研究背景1
1.2 国内外研究状况1
1.3 发展趋势2
2 总体方案2
2.1 设计要求2
2.2 方案选择与确定3
2.3 总体设计3
3 硬件设计6
3.1 电路中主要器件介绍及原理6
4 软件设计13
4.1 主程序设计13
4.2 液晶屏显示子程序设计15
4.3 温度传感器初始化及温度采集子程序设计16
4.4 定时器及中断初始化子程序19
4.5 PMW定时器及中断初始化子程序20
5 系统仿真与实验22
5.1仿真软件介绍22
5.2 调试工具22
5.3 结果与分析22
5.4 问题及解决方案23
结 论24
致 谢25
参考文献26
附录A 系统原理图27
1 绪论
中国人崇尚养生，在如今这个时代，破壁料理机正在改善中国人的饮食习惯，中国人越发喜爱用破壁机来制作食物。对养生颇有些研究的学者对某些破壁机的功能实现产生巨大的分歧，但是他们都认为破壁机将成为中国小家电的明星产品之一。破壁机的出现，打破传统技术的局限，无论什么食材都能通过破坏细胞壁，保证食物的最佳营养成分不受破坏，使人类能更好的吸收营养成分。不仅如此，倘若我们进行榨汁，可以达到一种榨汁最佳速度；倘若进行豆制品类的破壁将会产生更高的破壁速度，特殊食材还可以进行加热处理，此过程都比以往的榨汁机、豆浆机等更为安静。
1.1 本课题研究的目的及意义
本设计所使用的破壁机可以当做榨汁机、豆浆机料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
理机等产品的升级版，可以在极短的时间内破坏食材的细胞壁，释放植物内的生化素。
由于破壁机能在极短时间内破坏食材细胞壁，得到植物的生化素，所以还被冠以料理机的荣耀，是现代生活居家养生的最佳家电产品之一。而最新发明的破壁机则是附加了加热和搅拌功能的料理机，可以用来制作冷食和热食。
破壁机是通过超高速的直流电机，内附不同长度的刀片，在一定容量的容器内进行高速切割和粉碎，以此来破坏食材的细胞壁，将食材中的生化素释放，从而不破坏食材的营养成分。影响破壁率和破壁效果的主要因素包括：1.电机的负载转速；2.经由连接器传动到刀片的转速；3.刀片的数量、长度、厚度参数；4.杯体的形状参数等。最终我们用刀片切割或破壁的瞬间速度和频率会达到均衡以提升破壁粉碎的结果。
1.2 国内外研究状况
第一代破壁机以及它的破壁原理：手动的取汁。使用物品挤压使其产生汁液或用手挤压，由于挤压能力有限，仅是对细胞壁进行挤压无法充分挤压，且对大而软的食材的取汁有限。
第二代破壁机以及它的破壁原理：传统料理机。通过直流电机带着不锈钢刀片进行快速旋转击打食材，因其电机工作负载转速并未特别高，刀片长度、厚度都固定大小，最终破壁效果一般。特别是大番茄类的食材破壁率无法达到50%，通常我们用来绞肉、榨汁、磨粉等。
第三代破壁机以及它的破壁原理：破壁料理机。第三代破壁机继承了第二代料理机的功能和主要结构，极大地提高的电机工作负载速度，调整了刀片的长度以及数量，使得不锈钢刀片切开或者击打食材的瞬间速度变得更高，破壁率也超过了50%。市面上的破壁机添加了预热功能，但是无法长时间加热，做出的食物口感一般。通常我们使用此破壁机来做鱼汤、豆浆、浓汤、中药材等。
第四代破壁机以及它的破壁原理：破壁调理机。此种破壁机采用大功率加热使食物快速沸腾，实现破壁与加热功能的完美结合。不仅破壁率高达68%，而且食物口感美味细腻。我们可以采用底盘加热和环绕立体加热两种不同的加热形式。通常我们需要用的的食材都可以通过破壁调理机来完成，比如豆浆、果汁、鱼汤、冰沙、中药食材等。
1.3 发展趋势
随着破壁机未来市场的高速发展，人们对破壁机的需要已经大大超过如今的破壁机所能达到的性能，保健、智能、多元化都是将来破壁机优化发展的重中之重。可加热的破壁机进入千家万户，破壁机正在向着变频方向发展，加入变频控制程序，通过芯片感知所用食材来提供不一样的切削速度和不同温度，防止糊底现象发生，这样破壁机的使用更加多元。未来几年，破壁机仍然是研讨小家电炙手可热的产品之一，破壁机将被保持高度注重，快速发展，市场的规模破几十亿为期不远。
2 总体方案
2.1 设计要求
1、本课题以STM32单片机为控制器，完成直流电机的三级有级调速，水温的采集与显示，加热时间的控制等任务；
2、软件系统流程图设计；
3、KEIL5中设计电路各部分程序，包括按键程序，直流电机驱动程序，温度采集程序，液晶屏显示程序，继电器输出程序设计等；
4、在流程图的基础上，进行工程源文件的开发；
5、同硬件进行联合调试。
2.2 方案选择与确定
本次设计开始时，我一共考虑了3个设计方案，3种设计的区别在于软硬件能否融合，实物是否人性化、智能化，对于本设计三个方法部分能实现，最后根据实际能达到的水平以及设计成本的考虑，本设计选择了STM32单片机和LCD12864液晶显示屏的方案。下面将详细说明一下曾经考虑的三个方案。
方案一：
方案一采用的是51单片机和数码管来完成这个设计。虽然51单片机内部有一套完整的操作系统而且编程也很便利，但是他的缺点还是很明显的。它的许多功能需要拓展，增加了硬、软件的包袱，尽管I/O口使用不复杂，但高电平输出乏力，初始化速度不行，控制能力不行，保护能力弱，没有硬件PWM，容易烧坏芯片，给编程带来很多困难。不仅如此选取的数码管虽然考虑到了功耗低，但是显示单一，无法达到预期想达到的要求，所以基于很多因素考虑，我们不采用方案一。
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