5软件设计
5.1 控制系统的软件功能分析
软件上就是对单片机的编程了，在编程前需要画出一个流程图，根据高效省时的豆浆机控制系统的设计要求及目的，即插上电源按下按钮后，先对豆浆机进行水位检测，符合要求后加热管开始对水进行加热，这时加热管是以1500w的功率对水加热的。当水温达到80℃左右，启动磨浆电机开始磨浆，磨浆电机不间断的打浆，磨浆的同时对豆浆这时加热管改为750w的功率工作。当豆浆研磨完毕时电动机停止运转，加热管改为400w的功率对豆浆进行加热。最后阶段使用350W对豆浆加热，由于加热的缘故会豆浆上溢，当豆浆沫接触到防溢电极时，暂停磨浆，启动主动消泡装置，进行消泡。这样直到豆浆加工完成，间歇30秒后发出声音信号。实际工作中，打浆的时候会有少量的豆浆溅到防溢电极上，这时就需要一个延时子程序对其进行延时使得豆浆机不会产生误操作。按照上述对高效省时的豆浆机控制系统的要求，完成高效省时的豆浆机控制系统设计的流程图后，对单片机进行软件的编程来配合硬件的设计以至于完成整个高效省时的豆浆机控制系统的设计。
豆浆机控制器结构框图如图9所示[14]。
缺水检测模块 溢出检测模块 单 片 机 电动机驱动 加热驱动 晶振电路 电源电路 报警模块
图9 豆浆机控制器结构框图
5.2 控制系统的软件功能实现
高效省时的豆浆机控制系统的流程图如图10所示，先上电初始化，然后按下按钮，先检测水位符合要求，如果不符合，则由蜂鸣器发出嘀嘀的声音来提示主人，如果符合要求，则加热管用全功率1500W开始对豆浆机内的冷水进行加热，当加热到80℃以后，启动电动机进行打浆，2分钟后加热管的功率降
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至750W，直到打浆结束进入小功率煮浆阶段，这时的加热管功率为400W。煮浆阶段豆浆由于加热会起泡，如果泡沫触到防溢电极则启动主动消泡装置，如此往复，直到完成煮浆过程，延时10后蜂鸣器发出声音进行提示。
第一步为初始化程序。单片机得到+5V工作电压后就进入工作状态。首先，+5V电压对 E1进行充电，使单片机RST（复位）端瞬间变成高电位，从而使单片机硬件复位。因为E1具有放电作用，这样就会又使复位端的电位慢慢的减低，最终，复位端就会从高电位变到低电位，至此已完成复位任务，之后51单片机即将进入任务初始化，51单片机首先要进行任务初始化工作状态也就是开执行行程序。程序是由51单片机里面的CPU将P1.6口就会变成高电位，这样就会让其中的发光二极管D4有发光显示，这样做的目的是为了检验电源电路能否工作正常，再者51单片机就开始工作。
第二步为水位检测程序。按下按钮SW1，51单片机工作时，单片机的CPU就会通过访问P1.1端电位的状态实现验证豆浆机有没有水，并且检验水位是否符合控制系统设计要求。如果P1.1端的电位是高电位，此时我们可以判断水位没有符合要求，单片机就会令P3.5端输出相关提示信号，之后再通过三极管T4放大之后来推动B1,从而能够让蜂鸣器有急促响声发出。若 P1.1端为低电位，则说明水位的高度是能够满足要求的，单片机就会进入下一个工作阶段。
第三步为水加热程序。当水位满足要求时，CPU就会令P3.0口从低电位变到高电位，目的是为了让能够T2导通，这样可以驱动继电器JR1动作，再通过JR1触点来将电热器和220V的电源接通，于是加热管开始对冷水进行加热，一直要让水温加热直到80℃，主要目的是防止在以后粉碎黄豆等物的时候，避免了产生过多的的泡沫。在烧煮豆浆时就不会因泡沫过多而造成频繁的溢出，造成加热频繁的被迫停止，延长了豆浆的加工时间，所以，预加热在自动豆浆机中是很有必要的，当加热3分钟后水温达到80℃时，CPU发出电机启动的控制信号后，即令P3.4口为低电位，使T3导通,JR2触点闭合，电机启动，至此加热冷水阶段结束。
第四步为粉碎程序。水温加热进行到80℃时候，单片机进入粉碎阶段中。CPU就会令P3.4口输出相应的高电位，使得T3能够导通，来驱动里面的的继电器JR2吸合，接着就会连接粉碎电机的电源，使粉碎电机能够进行高速模式旋转，于是就会带动刀片以高速的形式进行切削，做到对粉碎物的粉碎一直到粉碎完全为止。电机启动两分钟后，CPU向P3.0口发出指令，使之输出高低电平周期为之前的二分之一，起到半功率加热的目的。
第五步为烧煮豆浆程序。当粉碎过程结束，接下来就进入烧煮豆浆阶段。先使用400W的功率加热30秒，在改为350W加热直到结束。由于豆浆被粉碎时，虽然是在80℃水温下进行粉碎的，但还是会产生较多的泡沫，所以该阶段表现的是加热与溢出之间的一对矛盾，为了使豆浆机适应较多种类植物的加工需要，该程序中与防溢电极配合，当防溢电极检测到有豆浆溢出则停止磨浆，并启动主动消泡装置进行消泡，消泡结束后再继续进行磨浆加热，直到豆浆磨好煮熟，烧煮豆浆程序就宣告结束[15]。
第六步为报警程序。当豆浆煮好时，CPU就会令P3.5口输出较慢节奏的音频信号，再让T4推动蜂鸣器B1发出嘀嘀的响声，当然，在此之前，你也已经闻到香浓的豆浆味了。
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初始化 水位符合 N 报警 Y 启动加热管用1500W全功率对水加热至启动电机打浆，两分钟后加热管功率降至打浆完毕，加热管功率降至400W进行Y 是否溢出 N 加热管使用350W功率文火煮浆，完成煮浆过启动主动消泡装30秒后声音提示 图10 控制系统的流程图
程序清单见附录。
5.3 控制系统的仿真及调试
由于各个模拟量建立在豆浆已经加热到80℃左右时发生。所以，仿真模拟的是80℃以后电机打浆、防溢出检测、防干烧检测、报警信号以及整体的工作状态。
在建立仿真电路时，由于缺少相应的元器件，我采用了等量的发生结果，所有的检测装置都模拟为脉冲发生装置，以此来模拟整体电路的工作。调试时，由于对豆浆机运转过程中出现的突发事件，例如豆浆沫溢出时容易污物，加水少时豆浆容易出现焦糊，影响饮用等等。在实物制作及测试中由于出现未知错误，没能实现电路应该具备的功能。不过由于仿真的实现符合预期，整个调试过程还是进行的比较顺利。以下是仿真进行时的部分电路，其中红色表示高电平，蓝色表示低电平。
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图11运行中的整体电路
按下溢出检测时的电路如图12所示，按下溢出检测电路中的按键，电机停止工作，也就是发光二极管熄灭。当按键复位时，电机接着运转，每搅拌15秒，停5秒，如此反复，直到程序中规定的时间到达，电机停止转动。
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图12 运行时按下溢出检测键，电机停止工作
图13 运行时按下防干烧检测电路，发出警报
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