豆浆机说明书

2023年4月20日发(作者：客厅电视柜款式效果图)

河北工程大学毕业设计

摘 要

本设计说明书是将家庭使用的豆浆机外形和单片机控制系统的设计与改进过程。该豆

浆机保持了豆制品传统加工工艺精华,主要通过单片机和豆浆机容量等一些关键零件的控

制。,运用电加热原理和声光报警等系统有效地防止豆浆蛋白质破坏。

这种全自动豆浆机是由很多零部件和多功能系统组成，其中精磨器、防干烧探针、防

溢电极合理布局在下盖上，机头部分主要采用蓝色背景光显示；聚集电子零件的PCB印刷

电路板；微电脑控制板。对这些采用科学的操作程序将对豆浆机的性能和创新有巨大的影

响。

关键词：豆浆机、精磨器、微电脑控制板、单片机等

I

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Abstract

The design specification is the shape and soya-bean milk machine family using

single-chip microcomputer control system design and process improvement. This

soya-bean milk machine maintained a bean products traditional processing essence,

mainly through the single-chip microcomputer and soya-bean milk machine capacity of

some key parts such as the control. The principle, using electric heating the audible and

visual alarm system effectively prevent soya-bean milk protein disrupted.

This automatic Soya-bean milk machine composed by many parts and

multifunctional system composition, including fine grinding machine, prevent dry heating

probe, prevent excessive electrode rational layout, next cover nose section main USES

blue background light show; Gather electronic parts of printed circuit board (PCB);

Microcomputer control panel. For these adopt scientific operating procedures will

Soya-bean milk machine performance and innovation to have a big impact.

Keywords: Soya-bean milk machine, fine grinding machine, micro-computer control

panel, microcontroller, etc.

II

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目 录

摘 要

............................................................................................................................................ I

Abstract

....................................................................................................................................... I

第 1 章 设计思路与方案

..................................................................................................... 1

1.1设计思路 ........................................................................................................................... 1

1.2 工作控制方案设计 .......................................................................................................... 1

第2章 九阳豆浆机的发展历史

......................................................................................... 2

2.1九阳豆浆机的发展历程 ................................................................................................... 2

2.1.1 豆浆机行业的首创者王旭宁（1994-2002） ............................................................ 2

2.1.2 九阳豆浆机的发展步伐（2002-至今） .................................................................... 2

2.2九阳豆浆机的技术根基 ................................................................................................... 3

2.2.1 先进的技术是基础，设计创新是核心 ...................................................................... 3

2.2.2九阳15年产业变化 ..................................................................................................... 3

2.2.3豆浆机行业的新卖点 ................................................................................................... 3

2.2.4九阳豆浆机的策略三部曲 ........................................................................................... 3

2.2.5九阳销售动力 ............................................................................................................... 4

2.2.6九阳豆浆机的发展转变对比 ....................................................................................... 4

2.2.7九阳豆浆机的销售的路线 ........................................................................................... 4

2.2.8 九阳销售理念和对消费者的改变 .............................................................................. 4

第3章结构设计

........................................................................................................................ 6

3.1结构组成 ........................................................................................................................... 6

3.2各部分作用 ....................................................................................................................... 6

3.3各部件的选择原则 ........................................................................................................... 7

3.4 PRO/E下的零件建模 ................................................................................................... 8

3.4.1 Pro/E软件系统简介 ................................................................................................... 8

3.4.2 Pro/Engineer Wildfire概述 ................................................................................... 8

3.4.3 Pro/Engineer系统的特点 ......................................................................................... 9

3.4.4 Pro/Engineer软件模块介绍 ................................................................................... 10

3.4.5下盖结构建模 ............................................................................................................. 14

3.4.6 杯体的结构建模 ...................................................................................................... 19

III

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3.4.7 电机的结构建模 ........................................................................................................ 22

3.5结构设计对机器的影响 ................................................................................................. 24

3.5.1对性能的影响 ............................................................................................................. 24

3.5.2对安全的影响 ............................................................................................................. 24

第4章 系统组成及工作原理

......................................................................................25

4.1 系统组成 .................................................................................................................... 25

4.2系统的工作原理 ............................................................................................................. 25

第5章 单元电路设计

..................................................................................................26

5.1传感器的设计及选用 ..................................................................................................... 26

5.1.1传感器的作用及组成 ................................................................................................. 26

5.1.2传感器的设计与选用 ................................................................................................. 26

5.1.3传感器的工作原理 ..................................................................................................... 29

5.2单片机处理电路的设计及选用 ..................................................................................... 29

5.2.1单片机处理电路的设计 ............................................................................................. 29

5.2.2单片机的选用 ............................................................................................................. 29

5.2.3单片机的作用及组成 ................................................................................................. 30

5.2.4单片机的结构引脚及功能 ......................................................................................... 30

5.3缺水，沸腾溢出电路设计 ............................................................................................. 32

5.3.1缺水溢出电路的作用及组成 ..................................................................................... 32

5.3.2缺水、沸腾溢出电路工作原理 ................................................................................. 32

5.4报警电路设计 ................................................................................................................. 33

5.4.1报警电路的作用 ......................................................................................................... 33

5.4.2报警电路设计 ............................................................................................................. 33

5.4.3报警电路的工作原理 ................................................................................................. 33

5.5磨浆及加热电路设计 ..................................................................................................... 33

5.5.1打浆电路的作用 ......................................................................................................... 33

5.5.2加热电路的作用 ......................................................................................................... 33

5.5.3打浆及加热电路的设计 ............................................................................................. 33

5.5.4打浆及加热电路的工作原理 ..................................................................................... 33

5.6电源电路的设计 ............................................................................................................. 34

5.6.1电源的作用及组成 ..................................................................................................... 34

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5.6.2电源技术指标 ............................................................................................................. 34

5.6.3整流二极管、变压器容量的计算与选择 ................................................................. 35

5.6.4稳压器的选用 ............................................................................................................. 35

5.6.5电源工作原理 ............................................................................................................. 37

第6章程序设计

.......................................................................................................................38

6.1程序流图 ..........................................................................................................................

38

第7章 产品制作与调试

..................................................................................................

40

7.1 PCB板设计 ................................................................................................................. 40

7.2元器件检测与元器件项目表 ......................................................................................... 42

7.2.1元器件检测 ................................................................................................................. 42

7.2.2产品安装 ..................................................................................................................... 43

结束语

..........................................................................................................................................

45

参考文献

.....................................................................................................................................

46

附录

...............................................................................................................................................

47

致谢

...............................................................................................................................................

48

V

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第 1 章 设计思路与方案

1.1设计思路

随着我国生活水平的不断提高，对豆浆机的需求量日益增加，豆浆机是豆浆产品的

发明与推广者，则豆浆机需不断更新不断技术升级是关键。

家用豆浆机全自动控制装置是在单片机的程序控制下进行工作的。打浆时，插上电源

插头，接通电源, 直接按“启动”键，控制电路控制豆浆机工作。先给黄豆加热大约8分

左右，并由传感器检测温度，当温度达到打浆设定的温度时停止加热。豆浆机电机开始工

作，电机按间歇方式打浆：运转20秒后停止转运，间歇10秒后再启动打浆电机，如此循

环进行打浆５次。磨浆完后，开始对豆浆加热，豆浆温度达到一定值时，豆浆上溢。当豆

浆沫接触到防溢电极时，停止加热，间歇20秒后再开始加热，如此循环16次，豆浆加工

完成，间歇10秒后发出音响信号工作结束后，电热器、电机等部件自动断电，提示豆浆

已做好。拔下电源插头后，即可准备饮用豆浆。

上述过程均采用微电脑自动控制，用时20分钟左右，用电不足0.2度，。

1.2 工作控制方案设计

此方案由单片机、传感器、功能电路、

沸腾检测电路、磨浆电路、加热控制电路、

报警电路等组成。

先将黄豆放入豆浆机的杯体内，杯体

加热电路磨浆电路

功能电路

传感器

单

片

机

内加入1000-1200ml的水。装好拉法尔网，

接好电源，蜂鸣器长鸣一声，提示电源已

接好，LED指示灯亮，此时防干烧探针开

始检测水位线，若水位线太低或太高时，

蜂鸣器就会发出柔和的报警声，提示用户

缺水、沸腾溢

出电路

报警电路

加水或减少水。若防干烧探针检测到水位线符合标准，则按下“启动键”，机器开始加热，

当加热温度达到90度左右时，停止加热，报警器发出3声报警声时，电机开始工作，开

始搅浆。搅浆3秒，电机停止工作，继续加热，当加热到95度左右时，电机再次开始工

作，打浆5次后，加热电路开始工作，进入煮浆阶段。直到豆浆煮沸后，当浆沫碰到防溢

电极后，加热电路断开，浆温下降，此时浆沫离开防溢电极，加热短路再次导通，再次开

始加热，如此反复持续5分钟左右，豆浆机停止加热，并发出报警声，提示豆浆已做好，

1

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第2章 九阳豆浆机的发展历史

在现代快节奏生活的冲击下，饮用豆浆的习惯生正逐渐减弱。而正是豆浆机的出现，

这种状况才得以扭转。更多人青睐豆浆饮品。而豆浆机的质量很大程度上决定着豆浆品质。

目前，豆浆机已经是制作豆浆必备工具。通过十几年的发展和创新，我国的豆浆机行业日

趋规模化，每年不乏有特色的新产品出现，如何找到豆浆机的创新点，如何把握豆浆机发

展趋势？设计新颖的产品和新技术的运用又将带来怎样的新概念？这将影响豆浆系列饮

品给我们带来的品质生活。

第一台全自动家用豆浆机是九阳的现任董事长王旭宁发明的，因此有了九阳这个商

标。这种全自动家用豆浆机，是家庭自制 多种五谷豆浆、全豆豆浆、果蔬豆浆、玉米汁

的实用小家电。全自动家用豆浆机采用微电脑控制，预热、粉碎、煮浆、延时熬煮全自动

完成，可在十几分钟做出各种新鲜香浓的熟豆浆，全自动家用豆浆机具有多重功能设置，

可以根据您的需要选择不同的工作程序。全自动家用豆浆机型运用了专利多功能易清洗技

术---拉法尔网，实现全循环粉碎，营养释放更充分。全自动家用豆浆机还运用了 “文火熬

煮技术”，豆浆通过“大火煮沸，文火熬香”的科学熬煮后，熬的透，喝着香。同时，豆浆均

质乳化效果好，五谷豆浆香稠营养，更利于人体吸收。

1994年，九阳创始人王旭宁发明了世界上第一台全自动家用豆浆机。1999年，智能型

家用全自动豆浆机获得国家发明专利。2000年，九阳的豆浆制备方法及自动豆浆机再次获

得国家发明专利。“家庭自制熟豆浆”使九阳家用全自动豆浆机很快在市场上占有一席之地，

人们的豆浆消费习惯随之开始由传统的“外出购买”转变为“家庭自制”。自此，九阳成为中国

家用豆浆机行业的首创者，在这个前人尚未涉足的领域开疆辟土。

专利技术是九阳的核心竞争力之一，15年间，九阳对豆浆机产品技术进行了九次重大

革新，在2006年推出“无网豆浆机”完成第8次技术革新后，于2008年全新推出了“五谷

精磨器”使豆浆口感和营养得到了质的飞跃。目前九阳已经拥有了20多项国家专利，积累

了15年的专业经验，可以说九阳豆浆机的发展史就是豆浆机行业的发展史，每一个关键

专利技术的发明，都使豆浆机产业发展上升到一个新的高度， 15年来，九阳致力于产品

技术的研发升级，通过智能不粘、文火熬煮、五谷精磨器等技术提高粉碎效果和营养价值，

并保证产品的便利性和安全性。

2.1九阳豆浆机的发展历程

2.1.1 豆浆机行业的首创者王旭宁（1994-2002）

1994年，九阳创始人王旭宁发明了世界上第一台全自动家用豆浆机。1999年、2000年

九阳先后获得智能型家用全自动豆浆机、豆浆制备方法及自动豆浆机的国家发明专利。“家

庭自制熟豆浆” 将人们的豆浆消费习惯由传统的“外出购买”转变为“家庭自制”。

2.1.2 九阳豆浆机的发展步伐（2002-至今）

2002年，王旭宁、黄淑玲、朱泽春等共同出资，成立山东九阳小家电有限公司。2004

年，建立了多个生产基地，九阳开始朝着集团化方向发展。2007年9月正式改制为股份公

司。2008年5月28日，九阳股份在深交所正式挂牌上市，九阳股份公布的2008年报数据

2

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表明，2008年九阳股份实现营业收入43.23亿元，同比增长122.54％；利润5.38亿元，

同比上升71.71％

2.2九阳豆浆机的技术根基

2.2.1 先进的技术是基础，设计创新是核心

九阳之所以能够创造豆浆机行业，并始终保持绝对领先地位，一，是得益于其突破性

的思维，二，在于其后期的持续创新能力。

专利技术是九阳的核心竞争力之一，九阳十五年间，对豆浆机产品技术进行了多次重

大革新：

2006年，九阳完成了第8次技术革新，推出了“无网豆浆机”，丰富了产品系列。进

入2008年，九阳第9次技术革新，推出了“五谷精磨器”使得豆浆营养和口味得到质的

飞跃。目前九阳已经拥有了20多项国家专利，积累了十五年的专业经验，可以说九阳豆

浆机的发展史就是豆浆机行业的发展史，不仅是“外观设计”，而是融合了品牌、结构、

材料、颜色、控制、文化等多种因素。2003年，九阳豆浆机JYDZ-17 、电磁炉JYC-24E、

JYC-21D三款产品荣获中国工业设计创新大奖——CIDF金奖，2009年， JYDZ-29荣获《财

富》中文版举办的“年度最成功设计”大奖。

2.2.2九阳15年产业变化

九阳连续保持15年的领先优势，市场份额高达80%以上，九阳的发展，2007年整个

豆浆机行业市场规模达550万台，在2008年相对于2007年翻一番。这些表明这个行业仍

存在巨大的潜在空间，产业的壮大。

2.2.3豆浆机行业的新卖点

阳光豆坊豆料是九阳产业延伸的新卖点。数据显示，2008年九阳销售大豆共5000吨

（剔除掉随机赠送的大豆），共实现大豆的销售收入1300万元。其中，大豆的销售毛利

率为41%。尽管相对于整个公司43亿多元的营收。与豆浆机一样，阳光豆坊同样打的是健

康牌。包装精美的阳光豆坊产品在经过严格把关的育种、种植、收割之后，还要经过机选、

人工手序，并根据营养学原理进行五谷原料的科学配比。到今天，九阳所倡导的理念，已

经从一种消费习惯转变成为了一种包含“豆浆文化”在内的健康生活风尚。

2.2.4九阳豆浆机的策略三部曲

一是对当地农业产业结构的重要改造，拉动内需刺激经济，主动参与和掌握上游产业

链的定价；二是将公司盈利模式从豆浆机的一次销售模式转变为长期结合豆浆豆的反复销

售模式；三是通过提供制作原料，将九阳与其它豆浆机生产商的关系从竞争向合作转变：

不管市场如何发展，消费者选择谁家的豆浆机，最后都可以选择九阳的豆子，随着豆浆机

的普及，将是不可估量的巨大市场。

3

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2.2.5九阳销售动力

九阳的销售也有此困难的一面，如何开展营销工作，信念是最本原的动力。九阳人至

始至终坚信，豆浆一定会受到消费者欢迎，豆浆机行业一定会发展，市场规模一定会扩大。

因此，九阳在营销工作上的起步、开拓、探索、坚持，信念支撑着九阳人积累了足以让同

行学习借鉴的经验，我们称之为“九阳”式营销。在经历了多年“寂寞的开疆拓土”之后，

已经把豆浆机行业做成了众多品牌眼红的热门产业，同样，九阳也已经成长为小家电行业

最具知名度的品牌。2007年，九阳的品牌价值增加到12.07亿元。

2.2.6九阳豆浆机的发展转变对比

九阳从成立至2002年，品牌之路颇为艰辛。默默无闻的九阳，品牌推广宣传显得力

不从心。没有强大的销售网络，没有资金，没有主流媒体的广告传播，于是在 2002年，

九阳提出“争创新鲜健康小家电第一品牌”的目标，首先要改变消费者对品牌认识的误区。

在2008年，九阳成功上市，融资9亿元不仅扩大生产、研发、营销投入，而且还加

速提高企业发展规模与推动产业扩张。提出了更进一步的目标，即“打造中国健康厨房小

家电第一品牌”，如今已经成为厨房小家电最具影响力的品牌之一。以豆浆机及豆浆配料

为主打产品，在巩固豆浆机市场龙头地位的情况下，以电磁炉、营养煲、料理机、榨汁机

等其他关联化产品为依托，并不断进行新产品的开发和推广和完善公司的健康厨房小家电

产品线。

2.2.7九阳豆浆机的销售的路线

九阳公司从一开始就确立小区域代理模式，这在一定程度上保证经销商的赢利空间，

刺激了他们的积极性，发挥了经销商的能动性，充分利用了经销商的人力、物力、财力、

社会关系。。。。。。

如今，营销网络由公司本部、一级经销商和销售终端三个层次构成。公司目前有450

名一级经销商，营销网络覆盖全国270个以上地级城市、2000个县级城市，在对一级经销

商的管理上，公司对省级和地级市经销商级市、县和乡镇合二为一，使营销渠道更为扁平。

另外，九阳与沃尔玛、麦德龙、国美、苏宁、泰斯科等全国大连锁零售机构都建立了紧密

合作关系，2007年，公司销售网络已初步形成了以电器专营店和大卖场为主，百货商场、

分销商和专卖店齐头并进的发展态势。 攸关重要的是要对重视销售网络的终端形象，做

了大量工作。对专柜摆放、促销地台、宣传海报、演示派送等工作制定了严格的标准语规

范，极大提升了终端形象与品牌知名度。

2.2.8 九阳销售理念和对消费者的改变

九阳一方面加强全国的庞大销售网络。另一方面通过广告投入、终端演示及赠饮的模

式，加强消费者教育，提高销量。最初，消费者一般在外面才喝豆浆。九阳改变了人们的

这个习惯。使消费者在家自制豆浆，这样方便了人们的生活。

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在销售方面，通过产品演示、讲解，一定能提高豆浆机的销售。把一个产品做成了一

个行业，创造了一个全新的消费市场。九阳董事长王旭宁坚信“文化引导消费”的理念，

“从卖产品到卖生活方式”。因此，从一开始九阳就确立了体验式营销策略。

在2007年提出了 “终端体验，快乐品尝”的活动在各大商地超市展开，让全国近亿

消费者品尝到鲜浓豆浆的体验营销效果尤其显著，市场规模的扩张超出预期，各地严重断

货！

在2008年，九阳在全国建设了600多家九阳豆浆生活馆。如同APPLE体验店，消费

者在九阳豆浆生活馆里可以自己制作和免费品尝各种五谷花色豆浆。

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第3章结构设计

为了满足人们对豆浆的需求。在豆浆的市场中，豆浆机的出现成为一个焦点，由于豆

浆机技术上的一些问题，豆浆机存的一些问题没有得到有效地解决，像清洗机件困难、烧

糊、打浆时喷溅、煮浆时溢出、口感和营养的不足、外观设计不协调等问题都制约了其发

展。 本次设计主要从豆浆机的历史与现状出发，推断出豆浆机的发展趋势；从豆浆机的

基本原理出发，透析豆浆机出现的缺陷，从设计理论和创新设计的理念出发，通过人们对

理想豆浆机调查和数据统计的基础上，对豆浆机的结构、选材、外形等做了改进，提高热

效率，同时也解决烧糊电加热管和营养损失等问题，增加了旋转内胆的设计，并在此基础

上对打浆和熬煮方式进行了改进。在进行结构改进设计中，使用了PRO／E软件。 研究结

果表明，采用相关的设计理论，通过PRO／E软件对豆浆机相关部件进行3D模拟仿真能够

有效的防止一些常见的豆浆机的缺陷。进而延长了豆浆机的使用周期。下面我从豆浆机的

关键零件开始，以前期和后期的豆浆机为对照说明一些关键零件的设计，进而引出关键技

术对一款豆浆机的作用。

3.1结构组成

本设计主要涉及豆浆机的结构有总装图，各部分

零件图。其主要组成部分有：上盖、下盖、把手、开

关面板、精磨器、电机、刀片等。根据要求此豆浆机

的最大容量为1300ml.做好一锅豆浆的时间大约为

20分钟左右。其中需要一定得安装才能使豆浆机平

稳的运行。作为一个全自动智能豆浆机，安全运行始

终是一大问题，我所设计的豆浆机结构紧凑、外观大

方能更好的传递厨房小家电的精美。同时以暖红色作

为此款机器的主打颜色，为您带来美味早餐的同时，

又让你体会出家的温馨快乐，让你更爱家、爱豆浆。

图2-1为豆浆机的爆炸图。从图上可以看到各个部分的安装位置。了解他们的工作环境及

工作方法。

3.2各部分作用

机头：本机主要部件，内有电机、电脑板等部件。

面板开关：按下功能按键选择要执行的功能程序，相应的功能指示灯亮。

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电源插座：用于插接电源线。

防溢电极：用于检测豆浆沸腾，防止溢出。

开始工作。

精磨器：使大豆粉碎的更精细，口感香，如右图所示。

电热器：不锈钢材质，用于加热豆浆或其它饮品。

下盖：符合食品卫生的优质材料，用于安装主要部件等。

符合食品卫生的优质不锈钢材料，用于粉碎各种物料。

刀片：高硬度不锈钢材料，用于粉碎各种物料。如图左所示

。

杯体：符合食品卫生标准的优质材料，用于盛放豆浆。

水位线：水位标识，制作豆浆或者各类饮品时，应将黄豆或者其

他物料放入杯体，然后加水至上下水位线之间。

理想水位线：防止由于水量过多引起溢出杯体。

温度传感器：用于检测水温，当水温达到设定温度时电机

刀片

3.3各部件的选择原则

机头：机头作为固定电机及电路板主要部件应选用PVC高强度塑料，因加热时温度过

高，需有一定耐热特性，机头若使用金属材质易温度过高，并且塑料材料机头易于清洗，

美观大方。不易生锈。拥有绝缘特性，不会因操作失误或其他原因导电。

面板开关：面板开关采用触压式一体薄膜开关设计，保证在工作及一万情况下不易进

水，并且拥有良好的耐潮特性，适宜使用在此类使用液体并产生蒸汽的机械设备上。

电源插座：电源插座采用嵌入板式插座设计，在一定程度上拥有防水效果，同事较插

头易于清洗且进水后易烘干，适合放在机器上，插座采用三孔式接地设计，防止机器漏电

产生意外事故。

防溢电极：防溢电极采用湿敏电阻，保证在相对湿度达到一定值时产生警报并动作，

防止浆液溢出或喷溅造成事故。同时要求防溢电极拥有较高准确性，不会因蒸汽湿度较大

导致其动作，从而影响机器正常工作。

温度传感器：温度传感器用于探测当前液体温度，保证在加热过程中及时准确了解液

体温度信息，保证程序可根据此信息执行程序将豆浆加热至指定温度并煮熟。

电热器：电热器用于加热豆浆后其他液体，需保证其拥有较长工作寿命，易于清洗，

不易生锈。并且长期工作不会产生漏电或其他安全事故

下盖：下盖用于保护电机及电路板等不受水蒸气及水滴等影响，正常工作，因其可能

直接接触液体，因此除耐高热，防水的同时需符合相关食品卫生安全规范

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精磨器：即豆子在研磨过程中产生研磨空间腔体，保证设计时应注意其上孔洞大小合

适，并具有较高的机械强度，易于清洗，不易生锈。等特性

刀片：刀片用于研磨豆子等各种物料，因技术进步，刀片采用钝齿设计，因此保证刀

片具有较高的机械强度，易于清洗，不易生锈。等特性

杯体：杯体用于盛放豆浆及液体，应符合食品卫生规范，并耐高热，为防止安全事故，

杯体亦应具有一定得机械强度。保证在意外情况下多一层安全保证。为了使机器整体美观

并看到内部工作情况，杯体采用透明材质制作。

定位柱：定位柱用于定位及锁定打开机头机械装置重要部分，应具有较高机械强度，

其制作过程中应注意其精度，保证有一定得工作间隙并可将机头固定到位。

3.4 PRO/E下的零件建模

3.4.1 Pro/E软件系统简介

Pro/Engineer Wildfire 中文版是美国PTC(Pvarametric Technology Corporation，

参数技术公司)公司推出的工程设计技术软件，其功能强大，参数化特征造型时期占据的

三维设计领域的软件市场份额越来越大，尤其在我国的CAD/CAM研究所和工厂中得到了广

泛应用。

Pro/Engineer经过了R20、2000i、2000i2、2001等版本的不断升级，随着该公司对

其他相关技术公司的合并进程，引进了很多新功能，因此，在2003推出了Wildfire（野

火）版。

3.4.2 Pro/Engineer Wildfire概述

美国PTC公司作为参数化技术的提出者，从1988年推出实体参数化设计软件

Pro/Engineer ，在全世界受到人们的广泛接受。自从推出以来，PTC公司又不断进行完善，

陆续推出多个版本，目前的最新版本是Pro/Engineer Wildfire。它是基于特征、采取参

数化技术、全数据相关、单一集成数据库、支持并行工程操作的最新实体参数化设计软件，

更完整地集成了各种模块，完美地为开发者解决了由工业设计至NC加工的全套解决方案，

极大地提高料业界的竞争能力。

Pro/Engineer 适用于工业设计自动化方面的大型集成软件，它引入了行为建模功能，

可以通过对永固的设计要求和目标进行分析，自动得到最优结果。它所涉及的主要行业包

括工业设计、机械、仿真、制造和数据管理、电路设计、汽车、航天、玩具等。

Pro/Engineer Wildfire软件的功能比较丰富，包括三维实体建模、三维曲面建模、

模型的空间转换、显示控制和观察、零件装配及干涉检验、平面出图、渲染处理、资料炎

症、数据交换、文件管理及数据库等功能。该系统采取参数化特征建模技术，既有特征建

模、模块化、集成化程度高、可移植性强以及兼容性好等优点。

特征建模不仅描述料几何形状信息，而且在更高层次上表达产品的功能信息，其操作

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不在是原始的线条和体素，而是产品的功能要素，如通孔、键槽、倒角等。

通过采取参数化和尺寸驱动技术，可以通过修改模型的约束尺寸来修改模型的大小和

形状，而尺寸之间又可以相关，尺寸更改会引起模型的自动变化。

同时该软件采取统一数据库进行模型数据管理，这样使得对木一对想做的任何改动都

能及时自动地在调用该对象的任何地方得以体现。这位设计开发的同步工作、数据共享及

现代并行设计工程提供了很大的便利性。

Pro/Engineer Wildfire产品系列软件采取模块化方式，其集成化程度比较高，它不

仅提供基本功能模块，还提供了选装模块。Pro/Engineer 就是其中一个基本的产品建模

模块，还有Pro/Assembly、Pro/Mechanica、Pro/Engineer等二十几个可选装模块。

该软件具有良好的兼容性，在其中设计好的模型可以通过系统提供的接口输出到其它

软件所兼容的格式，如CATIA、STEP、GIFF、IGES等，同时也可以将相应格式的模型输入

到Pro/Engineer环境中，如IGES、NEUTRAL、SET、STEP、CATIA、ENGEN等。

Pro/Engineer Wildfire将Pro/Engineer 的易学易用性、功能强大性以及互联互通

性融为一体，大大提高料用户的工作效率。与Pro/Engineer 2001相比，野火般的操作更

简洁，其界面、风格以及操作方法也发生料较大的变化，更比便于用户学习、掌握，同时

野火般引入了极富创造力的连接功能，从而改进了用户获取信息的方法以及与人合作的方

式。野火版中，用户可以很方便地通过Internet与团队的其他设计人员实现信息沟通。

目前，Pro/Engineer Wildfire是Pro/Engineer 系列中最强大、最完善的版本，它

是继承了Pro/Engineer 中颇受欢迎的各项功能，同时加强了软件以及Web的连通性，使

Pro/Engineer 真正成为产品设计的新标准。

3.4.3 Pro/Engineer系统的特点

随着CAD/CAMde研究进程，PTC率先提出参数设计、特征建模、全数据相关和单一集

成数据库的设计新思路，使Pro/Engineer系统成为当前非常优秀的CAD/CAM设计软件。

1. 参数化设计

Pro/Engineer 是第一个引入参数化概念的计算机辅助软件，它带来了业界的一次技

术革命。所谓参数化是指特征之间具有一定的关联关系，这种关系可以通过一定的参数来

表示，该参数既可以是变量，也可以是关系式。这就决定了个参数是随着外部变量的变化

而变化的，带有实时性。也就决定了同某个特征相关联的其他特征也要发生相关变化，而

不需要重新绘制。

参数化设计通过尺寸驱动来实现，所谓尺寸驱动就是以模型的尺寸来决定模型的形

状，一个模型有一组具有一定关联的尺寸进行定义。利用参数化技术，可使设计人员从大

量繁重而琐碎的建模工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。

在Pro/Engineer 中定义的参数主要包括几何形状参数和定位尺寸参数两种。

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2. 基于特征

特征的概念最早出现在1978年美国MIT的一片学士论文“CAD中基于特征的零件表

示”中，随后经过几年的酝酿讨论，至80年代有关特征建模技术得到广泛关注。特征是

一种集成对象，是包含丰富的工程语义，因此，它是在更高层次上表达铲平的功能和形状

信息。对于不同的设计阶段和应用领域有不同的特征定义，例如功能特征、加工特征、精

度特征等。

在Pro/Engineer 中的所有模型都是由多个特征组成的，改变与特征相关的各种数据

信息，则可以直接改变模型的外观等。

（1）基础特征。每个零件模型都有它的大体形状，如果我们在工程实践中直接选择

一个与零件外形相似的铸件等进行加工的话，则可以省去很多麻烦。在Pro/Engineer 中

的基础特征就是这个类似铸件的意思。

（2）辅助特征。在建立料基础特征后，需要对其进行加工和处理，这时所涉及到的

所有特征就是辅助特征。辅助特征也叫做修饰特征。

3. 全数据相关

采用全数据相关，在设计中任何一处的修改都将反映到整个设计的其他环节中，例如，

如果修改工程途中的剧本数据，三维实体模型也将随之改变，在加工中的数控加工路径也

会自动更新。这将给铲平的设计和生成带来很大的方便，大大地减轻了设计人员的重复性

工作，提高设计效率。

4. 单一集成数据库

Pro/Engineer 系统建立在单一数据库举出之上，这一点不同于大多数建立在多个数

据库之上的传统CAD系统。所谓单一数据库，就是工程中的所有数据都来自同一个数据库，

这样可以使不同部门的设计人员能同时拷发同一个产品，实现协同工作。

3.4.4 Pro/Engineer软件模块介绍

Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是

一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。

参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化

系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及

圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上

从未有过的简易和灵活。

单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM

系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每

一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过

程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程

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详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样

反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的

设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价

格也更便宜。

Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功

能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三

维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通

过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）

和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无

需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体 尺寸，不象

其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之

间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方

便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支

持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软

件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上

Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环

境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包

括ANSI， ISO，DIN或JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩

色打印机的二维和三维图形输出。

Pro/Engineer功能如下：

1．特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）。

2．参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）。

3．通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来

进行设计。

4．支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，Pro／PROGRAM的

各种能用零件设计的程序化方法等)。

5．贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变

动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro／ENGINEER的基本功能。

Pro／ASSEMBLY Pro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去

生成一组组装系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项

模块，只能在 Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：

1．在组合件内自动零件替换(交替式)

2．规则排列的组合(支持组合件子集)。

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3．组装模式下的零件生成(考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件)。

4．Pro/ASSEMBLY里有一个 Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行

编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设

计，只需要输入一些简单的参数即可。

5．组件特征(绘零件与，广组件组成的组件附加特征值．如：给两中零件之间加一个

焊接特征等）。

Pro／CABLING Pro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能，它为在Pro/ENGINEER的

部件内真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设

可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者在机械与电缆空间进行优化

设计。

Pro/CABLING功能包括：

1．新特征包括：电缆、导线和电线束。

2．用于零件与组件的接插件设计。

3．在Pro/ENGINEER零件和部件上的电缆、导线及电线束铺设。

4．生成电缆/导线束直线长度及BOM信息。

5．从所铺设的部件中生成三维电缆束布线图。

6．对参数位置的电缆分离和连接。

7．空间分布要求的计算，包括干涉检查。

8．电缆质量特性，包括体积、质量惯性、长度。

9．用于插头和导线的规定符号。

Pro／CATPro／CAT是选用性模块，提供 Pro／ENGINEER与 CATIA的双向数据交换接

口，CATIA的造型可直接输入 Pro／ENGINEER软件内，并可加上 Pro／ENGINEER的功能定

义和参数工序，而 Pro／Engineer也可将其造型输出到 CATIA软件里。这种高度准确的数

据交换技术令设计者得以在节省时间及设计成本的同时，扩充现有软件系统的投资。

Pro／CDT Pro/CDT是一个 Pro/ENGINEER的选件模块，为 CADAM 2D工程图提供

PROFESSIONALCADAM与 Pro/ENGINEER双向数据交换直接接口。CADAM工程图的文件可以直

接读入Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，经由PROFESSIONAL CADAM输出或读入任何

运行Pro/ENGINEER 的工作站上。Pro/CDT避免了一般通过标准文件格式交换信息的问题，

并可使新客户在转入 Pro/ENGINEER后，仍可继续享用原有的 CADAM数据库。

Pro／CMPOSITE Pro/COMPOSITE是一个 Pro/ENGINEER的选件模块，需配用

Pro/ENGINEER及Pro/SU***CE环境下运行。该模块能用于设计、复合夹层材料的部件。

Pro/COMPOSITE在Pro/ENGINEER的应用环境里具备完整的关联性，这个自动化工具提供的

参 数化、特征技术．适用于整个设计工序的每个环节。

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河北工程大学毕业设计

Pro／DEVELOP Pro/DEVELOP是一个用户开发工具，用户可利用这软件工具将一些自己

编写或第三家的应用软件结合并运行在 Pro/ENGINEER软件环境下。Pro/IDEVELOP包括C语

言的副程序库,用于支援 Pro/ENGINEER的交接口，以及直接存取Pro/ENGINEER数据库。

Pro／DESIGN Pro/DESIGN可加速设计大型及复杂的顺序组件，这些工具可方便地生成

装配图层次等级，二维平面图布置上的非参数化组装概念设计，二维平面布置上的参数化

概念分析．以及3D部件平面布置。Pro/DESIGN也能使用2D平面图自动组装零件。它必须在

Pro/Engineer环境下运行。其功能有：

1．3D装配图的连接层次等级设计；

2．整体与局部的尺寸、比例和基准的确定；

3．情况研究-参数化详细草图（2D解算器、工程记录和计算）绘制；

4．组装：允许使用3D图块表示零组件了定位和组装零件位置；

5．自动组装。

Pro／DETAIL Pro/ENGINEER提供了一个很宽的生成工程图的能力，包括：自动尺寸

标注、参数特征生成，全尺寸修饰，自动生成投影面，辅助面，截面和局部视图，Pro/DETAIL

扩展了Pro/ENGINEER这些基本功能，允许直接从Pro/ENGINEER的实体造型产品按

ANSI/ISO/JIS/DIN标准的工程图。 Pro/DETAIL支持的功能包括：

1． 支持ANSI，ISO，JIS和DIN标准；

2． 全几何公差配合： * 特征控制标志 * 基本尺寸标注 * 公差基准面和轴；

3． 测量标准 * 毫米尺寸 * 公差尺寸 * 角度尺寸

4． 字符高剖线 * 半剖图 * 多暴露度控制；

5． 图内可变字符高度；

6． 用户自定义字体；

7． 图内多种字体；

8． 双尺寸标准；

9． 纵向尺寸标注；

10． 扩展视图功能： * 零组件剖视图 * 自动画面视图 * 旋转面剖视图 * 比例视

图（所有视图不同比例） * 轴测图(ISO标准);

11． 表面光洁度标记；

12． 用户自定义绘图格式和绘图格式库；

13． 图表；

14． 用于Pro/DETAIL设置隐含标准的配置文件；

15． 用于注释表面光洁度和球星的多引线种类；

16． 尺寸与尺寸线平行；

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17． 可选择的消隐线显示观察；

18． 具有输入用于注释的ASCII文件能力；

19． 多层零件图和布置图。

Pro/DETAIL也包括2D非参数化制图功能，可用于生成不需要3D模型的产品

图。 Pro/DETAIL提供下列功能：

1． 具有读其它符合 IGES4．0、SET和 DXF标准的 CAD系统生成的图形能力。

2． 具有修改输入图形来影响设计修改或更新能力。

3． 具有利用 Pro/PROJECT提供图形储存、恢复等功能来管理这些图形的能力。

4． 具有通过 IGES到 PTC支持的绘图仪输出这些图形能力。

5． 具有将非相关性几何体加到 Pro/DETAIL图形的能力。

6． 具有生成用户自定义的符号和符号库的能力。

7． 具有生成用户自定义的线型能力。

在Pro/Engineer中,特征是构成零件的最小单位,也是组成零件的最基本要素。因此,

利用Pro/Engineer进行零件设计及产品造型的过程,实际上就是按照一定的顺序和规则创

建一系列特征的过程。特征通过各种几何参数确定其形状，修改参数就能自动变更特征。

基础特征是指由二维截面草图经过拉伸、旋转、扫描和混合等方式形成的一类实体特

征。因为截面是以草图的形式绘制，故也称为草绘特征。在零件建模的过程中，可以使用

“加材料”或者“切除材料”的方法建立基础特征。

进行零件设计的一般步骤是：

（1）启动Pro/Engineer，进入零件设计（Part）模式；

（2）生成第一个基础特征，即基体特征；

（3）添加或修改特征，完善设计；

（4）满意后存盘退出，否则返回到上一步继续操作。

下面简要介绍各个零件的建模：

3.4.5下盖结构建模

1.进入零件设计模式

（1）启动Pro/Engineer Wildfire 5.0。

（2）在主菜单中单击[文件]→[新建]，系统弹出如图所示的[新建]对话框。

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（3）在对话框的[类型]栏中点选[零件]，在[子类型]栏中点选[实体]。

（5）选定了设计模板后，在对话框上单击[确定]按钮，即进入零件设计模式。

2.建立旋转特征

(1)选择主菜单[插入]→[旋转„]项，系统弹出[旋转]操控板。

(2)打开[放置]上滑面板，单击其中的 [定义]按钮，弹出[草绘]对话框。

(3)选择基准平面REONT为草绘平面，接受缺省的草绘视图方向，指定RIGHT为定向

参考平面，法线方向向右，单击 [草绘]按钮，进入草绘环境。

(4)绘制如图3-2所示的，完成后单击按钮，退出草绘环境。

(5)在操控板的文本编辑框中指定旋转角度为360度。保持其他选项不变，最后单击

按钮，完成旋转特征的建立。

3. 拉伸功能 建立加热管和试探棒

(1)建立有个平面DTM1，选择主菜单[插入]→[拉伸]项，系统弹出[拉伸]操控板。

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同上，以这个平面为基准平面，建立相应的凸台来安装，工具进行凸台的建立。

利用拔模中的斜度。将它导成曲面，具体如下图：

拉伸凸台已经完毕，但与下盖的整体的结构还有出入，继续采用拔模工具将其修改，

与下盖的斜度保持高度一致。在凸台建立好的基础上进行安装孔的建立。

(2)通过快捷键将下盖进行抽壳。壁厚选择2.5.

(3)上部完成之后开始同样采用拉伸，先后进行三次拉伸工具将安装加热管及缺水

探针的位子建立起来，如下图所示：

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(4)通过2次拉伸组，建立线路板和变压器的安装及位子，需要建立开槽来安装，以及变

压器需要螺栓固定。

通过定义条件对2次拉伸组进行约束，具体如下图所演示的：

同上部一样。下盖是用来固定电机，所以从电机的结构来考虑，其下盖的下半部分需要固

定的肋板及固定电机的螺栓孔。先来考虑肋板的结构，其主肋板有两对。选用两次拔模工

具将其完成，以及底部的定位肋板采取拉伸，倒角以及阵列工具将其固定在相应的位置。

由于电机与下盖是两对螺栓来固定，采取用拉伸组工具将其直接定位到下盖的底部，

然后再通过两次的拉伸工具以及旋转工具完成孔的生成。再有电机与下盖底部的接触不能

直接的链接，否则将给电机的带来磨损以及在打豆的时候产生噪音，所以需要橡胶垫来缓

冲，这就需要建立一结构来安放垫片，由于结构的需要及效率，继续采用拉伸组工具来完

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成。

固定电机的4个挡板，通过建立好一对，运用

中的斜度。建立如右图：

(5) 下盖底部外缘要与精磨器结合，由于二者是螺纹交接，通过矩阵功能完成。

三维图如下：

同样的方法。将下盖与上盖的固定连接孔打出。

(6) 添加或修改特征

倒圆角。单击绘图工具栏中的，弹出倒圆角控制面板，按住Ctrl键选择需要

倒圆角的边，单击按钮，完成倒圆角。

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（7）最终实体图如图所示：

3.4.6 杯体的结构建模

1 同上，在主菜单中单击[文件]→[新建]，系统弹出话框。选定了设计模板后，在对话

框上单击[确定]按钮，即进入零件设计模式。

2.建立旋转特征

(1)选择主菜单[插入]→[旋转]项。

(2)打开[放置]上滑面板，单击其中的 [定义]按钮，

弹出[草绘]对话框。

(3)选择基准平面RRONT为草绘平面，接受缺省的草

绘视图方向，指定RIGHT为定向参考平面，法线方向

向右，单击 [草绘]按钮，进入草绘环境。

(4)绘制所示的草绘截面，完成后单击按钮，退出

草绘环境，如又图：

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3.采用抽壳，将其抽空。

4.建立手柄特征

(1)选择主菜单[插入]→[扫描] →[伸出项] 。

(2)在伸出项的对话框中，选取RIONT作为草绘平面，

选取正向→缺省。开始画图。

(3)先画出手柄的扫描轨迹：

(4)在画出截面（圆形）。半径R为26.如下图：

(5) 在完成上面的步骤之后，点击。再点确定。完成。如图所示：

(6)在利用，将其接触点导成为10的圆。

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（7） 杯嘴，同样采取扫描的功能，

（8）在利用拉伸去除材料的功能，对其进行修剪。其图为：

（9）运用拉伸的功能，将底座画出。在用 ，将杯体改成透明型，好手柄，底座

为粉色。

杯体总体如左图：

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3.4.7 电机的结构建模

对于一个豆浆机而言，动力系统的输出完全靠电机，它是工作的核心。对电机外形结

构的观察，和生活常识知道，电机的外部结构是由线圈外壳，电机轴，固定件以及其他一

些必备零件组成的。

（1） 我们继续选一个草绘平面DTM3，点击旋转功能键，拉出一个圆柱。设置为360°

旋转，作为电机的主体建立。

（2）在上面（1）所做的圆柱上使用使用 拉伸功能。拉住电机的上框架，宽度设为12.

（3）继续用指令，拉住下面框架，

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（5）在第2步的基础上，建立有一个拉伸平面。厚度为2.:；第三步同样建立有个厚度为

2的平面。

（6）运用2次，建立电机线圈。

(7) 继续用，建立电机的轴，和 高度为10的固定端。

(8) 电机轴的下端和电机的主体（1）继续使用拉伸工具的去除材料，将其修剪。

其完成的电机总图为：

电机传动机构以及安装刀片的电机轴，选择旋转工具，以电机的下端平面作为基准面，

将电机轴的位置选择好，进行建模，点击确定完成建模。但电机轴的伸出固定的不稳定，

所以需要进一步的加固定件来对电机轴的过约束，在原有的电机的基础上选择旋转工具进

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行建立实体来加固。完成电机的实体设计最后，电机轴的下端需要安装刀片应在电机轴的

下端继续使用拉伸工具的去除材料。

以上是豆浆机的部分零件的实体设计简要叙述，其他各个零件可以参看Pro/E实体建模

的具体流程。

3.5结构设计对机器的影响

3.5.1对性能的影响

对于一款机器其结构对其性能有着很大的影响，对于相同的刀片和五谷精磨器来说，

不同的杯体容量粉碎效果有很大的差别。

3.5.2对安全的影响

如果五谷精磨器和下盖的结合不紧凑，在打浆的时候容易导致五谷精磨器脱落，影响

刀片和五谷精磨器的使用寿命。严重时有可能导致电机堵转、烧坏等问题

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第4章 系统组成及工作原理

4.1 系统组成

系统主要有稳压电源、Z86E02单片机、功能电路、沸腾检测电路，磨浆电路、报警电

路等组成。

4.2系统的工作原理

电路由Z86E02单片机控制，全制动制浆时，插上电源插头，接通电源。220V交流电

源经变压器T1降压，得到+12V的电压，给继电器JM、JH和报警蜂鸣器B1供电。稳压器

输出+5V的电压给单片机。

Z86E02振荡频率为4MHz，有P0、P1、P2三个输入输出端口。P0口作为按键。P0.0

接加热键，P0.1接全自动启动键。键未按下时P0.0

P0.1分别由电阻R13、R14拉成高电平（+5V）,当开始键或加热键按下时P0.0或P0.1

变为低电平，软件不断P0.0和P0.1电平便知道哪个键被按下，执行相应的控制动作。

Z86E02的P2.4输出报警信号，经三极管T4放大，控制加热器R加热。P2.6输出马

达驱动信号，经三极管T2放大，驱动继电器JM闭合，控制马达M运转。为了避免继电器

开关断开断电时拉弧，分别在JM、JH开关两端并接RC吸收元件。

P3口为输入口，内有两个模拟比较器，其中P3.3为比较器的参考电压端，由R11、

R12对+5V分压提供，按比较器的反向输入端。P3.1为缺水检测输入端，P3.2为沸腾溢出

检测输入端，分别接比较器的正向输入端。

杯内加水不够时，PW没被水淹没，PW和PG之间的电阻较大，这时单片机得到高电平，

加热器、马达均不工作。当水位正常时，控制电路控制豆浆机进行加热，当温度达到75

度左右时，单线数字温度传感器DS1820，可把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机

处理。单片机控制停止加热，并输出马达驱动信号，经三极管放大，驱动继电器闭合，控

制马达运转打浆;打浆电机按间歇方式打浆：运转20秒后停止运转，间歇10秒后再启动

打浆电机，如此循环进行打浆5次。打浆结束后开始对豆浆加热，豆浆温度达到一定值时，

豆浆上溢，浆沫淹没防溢电极，PF和PG之间电阻变小，单片机得到低电，马上停止加热，

间隔20秒后再开始加热，如此循环16次，豆浆加工完成，间歇10秒后发出音响信号。

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第5章 单元电路设计

5.1传感器的设计及选用

5.1.1传感器的作用及组成

传感器一般由敏感元件、传感元件、测量电路和辅助电源四部分组成，如图2.1所示。

在工业生产自动化过程中，检测、监视和控制温度，压力，流量，液位，PH等参数，以便

设备工作在最佳状态，成本消耗最低，产品质量最高，同时，在生产过程中将各个环节的

参数转为电信号，并与计算机接口，实现生产自动化。

被测电量

非电量

敏感元件传感元件测量电路

辅助电源

传感器的组成方框图

5.1.2传感器的设计与选用

(1)传感器的设计

家用豆浆机的串励电机的工作转速可达到12Kr/S左右，大约一分钟的时间就可以将

豆粒彻底粉碎。但由于电机不可长时间连续运转，为了提高工作效率，更为了使豆浆接近

天然味道，粉碎前需要将水温加热到90度左右，所以需要设计传感器来测温计。

在一定得温度范围内，半导体材料的电阻RT和绝对温度T的关系可表示为：

RT=aeb/T (2.2)

其中常数a不仅与材料的性质有关而且与它的尺寸均有关系，而材料b仅与材料的性

质有关。常数a,b可通过实验的方法测得。例如在温度T1时测得其电阻为RT1

RT1=aeb/T1 (2.3)

在温度T2测得其电阻为RT2

RT2=aeb/T2

将以上两式相除，消去a得：

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显然，半导体热敏电阻的温度系数是负的，并与温度有关。

热敏电阻在不同温度时的电阻值，可用惠斯通电桥测得。

半导体热敏电阻是一种新型的测温元件，它的电阻-温度特性曲线如图所示，可以看

出其阻值随温度升高而很快减小，用它来设计测温计或传感器是很灵敏的。

为了用它来制作测温计，首先要测定它

的电阻-温度特性。这里介绍一种简单测试方

法。

（1）取热敏电阻，如型号是RRC6型的

小型热敏电阻，按图4-3所示的结构，焊上

引线，套上一套塑料套管，再把它浸在熔化

的石蜡锅里浸蜡封口。

图4-2 温度特性曲线

（2）把上述热效电阻接在

图4-4所示的电桥臂中，图中

检验电流用50微安的微安表，

R3为电阻箱，取R1= R2≈4K

欧，毫安表量程可取5毫安。

热敏电阻

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河北工程大学毕业设计

（3）把热效电阻放在如图所示的热水瓶中，瓶中开

始放冰水混合物，用0.2摄氏度分度值的水银温度计测

量水温。

（4）接通电桥电源，调节W,使微安表读数不大于1

毫安，再调节R3,使电桥平衡，测出对应温度下热敏电

阻的阻值。

（5）逐步提高水温，测出不同温度下热敏电阻阻值。

图

顺便说一下，为什么测量时电桥干路中的电流不能超过一定值，这是由于热敏电阻伏

安特性决定的。热敏电阻在同一室温下的伏安

特性如图所示。为什么当电流I上升到一定值

后，他两端的电压U反而下降，这是由于通过

热敏电阻的电流过大使他本身发热造成的（自

热）。设计热效电阻温度计应避免它进入特性的

这一阶段（称为负阻段）。

伏安特性曲线

设计热敏电阻温度计的电路如图所示。取R2=R3, R1值等于测温范围最低温度（0摄

氏度）时热敏电阻的阻值。R4是校正满刻度电流用的。取R4值等于测温范围最高温度（100

摄氏度）热敏电阻的阻值，测量时首先把S2接在R4端，改变W使微安表指示满刻度，然

后把S2接在RT端。如果在0摄氏度时，RT= R1，R3= R2，电桥平衡，微安表指示为零。

温度越高RT越小，电桥越不平衡，通过表头的电流越大，这样就可以用通过表头的电流

来表征被测温度的高低。

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热敏电阻温度计的电路图

（2）传感器的选用

要测量壶中水的温度，需要体积小的温度计，而热敏电阻传感器的结构简单，体积小，

电阻率高，热惯性小，所以选用它作为家用豆浆机的测温计。

5.1.3传感器的工作原理

金属导电是靠自由电子在电场作用下的定向移动，当温度升高时，自由电子的数目基

本不增加，自由电子杂乱无章的动能增加了。因此在一定电场作用下，使电子做定向运动

就会遇到更大的阻力。即电阻值增加了，而半导体参加导电的是载流子（为自由电子和空

穴两种异性电荷），由于半导体中的载流子数目要比原子的数目少几千倍到几万倍，所以

在一般情况下它的电阻很大。当温度升高时，半导体中更多的价电子获得热能而激发，挣

脱核束缚称为载流子，因而参加导电的载流子增加了，所以，半导体的电阻随温度升高而

急剧减小，且指数规律下降，呈非线性。

5.2单片机处理电路的设计及选用

5.2.1单片机处理电路的设计

随着科学技术的不断发展，采用单片机控制的产品已经十分普遍，涉及的领域也十分

广泛。在家电领域中，如豆浆机，它以单片机为核心，在单片机控制下完成从加热到打浆

的全过程。是保障豆浆机智能控制的核心技术，在家电行业中单片机起着主导作用。

5.2.2单片机的选用

单片机的总类较多，使用较多的是MCS-51系列。但美国Zilog公司的Z8系列单片机

新颖，品种多，特别适合家用智能化更新换代。Z8具有下列主要特点：（1）多累加器的结

构，内部RAM128字节或256字节单元均可做为累加器使用，方便了软件的编写，减少了

软件的长度，提高了内存的利用率（2）端口3的一些引脚可通过软件接通内部的模拟器，

可用于过零检测，A/D转换。（3）矢量中断(4)有看门狗，提高抗干扰能力。

我选用Z86E02单片机，内含512字节ROM,128字节RAM,18引脚，体积小，价格低廉，

很适合小家电智能控制。

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5.2.3单片机的作用及组成

单片机控制家用豆浆机完成了从加热，打浆，再加热，报警整个工序，减少了人们的

繁琐操作和劳动强度。它有时钟OSC，中央处理器CPU，程序存储器ROM，数字存储器RAM,

内部总线，各种I/O,定时器/计算器CTC等组成。

5.2.4单片机的结构引脚及功能

（1）单片机的结构

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（3）单片机的功能

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5.3缺水，沸腾溢出电路设计

5.3.1缺水溢出电路的作用及组成

（1）缺水，沸腾溢出电路的作用是以传感器作为信息采集系统的前端单元来控制家

用豆浆机缺水时干烧和沸腾溢出等问题。

（2）缺水，沸腾溢出电路由碳膜湿敏传感器，单片机和电阻组成，其碳膜湿敏传感

器形状如图所示

碳膜湿敏传感器形状

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在

感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、

酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也

发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。

湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环

境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。

5.3.2缺水、沸腾溢出电路工作原理

缺水、沸腾溢出检验原理如图所示。PG是装在豆浆机搅拌壶底的参考电极，经R10(100

欧)接地。PW是装在搅拌壶中部的缺水检测电极，PF是装在搅拌壶顶部的沸腾溢出检测电

极。正常工作时，PW和PG被水淹没，PW和PG之间电阻较大，与R7、R6共同对+5V分压，

P3.1得到比 P3.3高的电压，比较器1输出高电平，缺水时，PW露出水面，和PG之间的

电阻很小，与R7、R6共同对+5V分压，P3.1得到比 P3.3低的电压，比较器2输出高电平.

用软件检测比较器2的输出电平，便知豆浆是否沸腾溢出。

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缺水、沸腾溢出检验电路

5.4报警电路设计

5.4.1报警电路的作用

报警电路的作用是通过蜂鸣器发出声音信号，提醒主人豆浆已煮好。

5.4.2报警电路设计

声信号电流从单片机的P24脚输入到三极管T4,

使功率放大，以驱动蜂鸣器B2发出声音，报警电路如

下图所示

5.4.3报警电路的工作原理

报警电路由单片机Z86E02、电阻R4三极管T4与

蜂鸣器B2组成。通过事先编好的程序，在单片机的控

制下，系统开始工作，当加热完成后，单片机P24脚

自动输出一个高电平，通过电阻R4使三极管T4饱和

导通，于是蜂鸣器B2发出报警声音，提醒用户加热完

成。

报警电路图

5.5磨浆及加热电路设计

5.5.1打浆电路的作用

打浆电路的作用是通过电机，把黄豆的物料磨成粉末。

5.5.2加热电路的作用

加热电路是通过加热管，把搅拌成粉沫的黄豆煮熟。

5.5.3打浆及加热电路的设计

单片机输出的电流经三极管放大,来驱

动继电器闭合，使电极转动，把物料搅拌成

粉粒。同理，使加热管发热把东西煮熟，打

浆及加热电路图如图所示。

5.5.4打浆及加热电路的工作原理

磨浆及加热电路由继电器K1、K2、三

极管T2、T3,电阻R15、R16、电容C6、C7

及二极管D1,单片机Z86E02组成。当按下

加热键时，赋给P0.0一个低电平，软件检

测到P0.0变为低电平后，赋给单片机P2.6

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脚一个高电平，使三极管T2饱和导通，电流流过继电器K1，使其闭合，于是电机得电开

始打浆。在系统程序控制下，打浆按间歇方式打浆。电机运转20秒后，单片机P2.6

打浆及加热电路

脚又恢复为高电平，从而继续驱动电机工作。如此循环5次打浆结束，单片机P2.5脚变

为高电平使三极管T3饱和导通，从而让继电器K2闭合，电阻丝R得电开始对豆浆加热。

当豆浆温度加热到75摄氏度时，单线温度传感器DS1820将温度信号传给单片机，单片机

检测到这个信号时，使P2.5脚变为低电平，三极管T3截止，继电器K2断开，电阻丝停

止加热。

5.6电源电路的设计

电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术

指标以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类，

随着集成电路飞速发展，，稳压电路也迅速实现集成化，市场上已有大量生产各种型号的

单片机集成稳压电路，它和分立的晶体管电路比较，具有很多突出的优点。主要体现在体

积小，重量轻，耗电省，可靠性高，运行速度快，且调试方便、使用灵活，易于进行大量

自动化生产。

5.6.1电源的作用及组成

(1)电源的作用

各种电子电路都要求用稳压的直流电源供电，由整流滤波电路可输出较为平滑的直流

电压，滤波电路的输出电压还应经稳压电路进行稳压。

（2）电源的组成

电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。稳压电路的组成方框图如

所示

稳压电路组成方框图

<1>电源变压器：将电网提供的220V电压转化为各种电子设备所需要的交流电压。

<2>整流电路：利用单向导电器件将交流电转换为脉动直流电。

<3>滤波电路：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流转化为比较平坦的直流电。

<4>稳压电路：利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压。

5.6.2电源技术指标

输入电源 AC 220V

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输出电压 DC 220V

输出电流 I0 1A

5.6.3整流二极管、变压器容量的计算与选择

根据整流原理，因为U0=0.9 U2则可以得到U2= U0/0.9=5V/0.9≈5.56V。再考虑到变

压器、绕组损耗（压降）和整流二极管的压降，在工程中必须再在上述基础上增加5﹪，

即U2=5.56×（1+5﹪）≈5.83V,整流二极管承受的最大反向电压UD1=21/2U2≈8.24V,同

理，UD2=21/2U2≈8.24V,因为稳压器的最大电流是3A所以流过二极管的最大电流

ID1=I/2Ii=0.75A;综上所叙述，D1中的四个耐压值至少为8.24V，允许流过的最大电流是

0.75A。D2中的四个二极管的耐压值至少为8.24V,允许流过的最大电流是0.75A。

由于变压器输入的电压是220V，而副线圈的输出的电压是12V,固有

N=U1/U2=220V/12=18.1

由于线圈匝数比只能为一个常数，因此匝数比取18.变压器副边的有效值：12=1.11

×1.5=1.67A.变压器的容量：S=U1=5.83×1.67=9.74V.

5.6.4稳压器的选用

嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习

惯采用线性稳压器件作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变为MCU所需的工作

电压这种线性稳压电源的线性调节方式在工作中会产生大的“热损失”，其工作效率仅为

30﹪-50﹪。加之工作环境恶劣，从而使嵌入式控制系统的稳压性变得更差。

而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此，工作时要么是大电流流

过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此开关电源的功耗极低。其平均

工作效率可达70﹪-90﹪。在相同条件下，开关电源调节器件与线性稳压器相比具有少的

多的热损失，因此，开关电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积，甚至在大多数情况

下不用加装散热片，从而减少了对MCU工作环境的有害影响。

采用开关稳压电源来代替线性稳压电源作为MCU稳压的另一个优势是：开关管的高频

通断特性以及串联滤波电管的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外由

于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高

交流电压抗跌落干扰的能力。

LM2576系列开关稳压电路是线性三端稳压器件的替代品，它具有可靠的工作性能、较

高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的

保证。

LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下：

最大输出电流：3A:

输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可调）等可选；

最高输入电压：LM2576为40V,LM2576HV为60V；

振动频率：52KHz；

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转换效率：75﹪-88﹪（不同输出电压时效率不同）；

控制方式：PWM；

工作温度范围：-40℃-+125℃；

工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制；

工作模式控制：TTL电平兼容；

所须外部元件仅4个（不可调）或6个（不可调）；

器件保护：热关断及电流限制;

封装性质：TO-220或TO-263。

LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、

放大器、内比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接

基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，

其中R1=1K欧（可调-ADJ时开路），R2分别为1.7K欧（3.3V）、3.1K欧（5V）、8.84（12V）、

11.3K欧（15V）和0（-ADJ），上述电阻由于型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而

无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电

压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。

LM2576构成的基本稳压电路仅需四个外围器件，其电路如图所示。

稳压电路原理框图

电感L1的选择要根据LM2576的输出电压、最大输出电压、最大负载电流等参数选择，

首先，依据如下公式计算出电压.微妙常数（E∑T）:

E∑T=(Vin-Vout)×Vout/Vin×1000/f(1)

上式中，Vin是LM2576的最大输入电压、Vout是LM2576的输出电压。f(1)是LM2576

的工作振荡频率值（52kHZ）。

该电路的输入电容C2一般应大于或等于100微法，安装时要求尽量靠近LM2576的输

入引脚，其耐压值应与最大输入电压值相匹配。而输出电容C1的值应依据下式进行计算

（单位：微法）：

C≧13300Vin/Vout×L(2)

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上式中，Vin是LM2576的最大输入电压、Vout是LM2576的输出电压、L是经计算并

查表选出的电感L1，其单位是μh。电容C铁耐压值应大于输出电压1.5-2倍。对于5V电

压输出而言，推荐使用耐压值为16V的电容器。

二极管D1的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍，考虑到负载短路的情况，二

极管的额定电流值应大于LM2576的最大电流限制。二极管的反向电压应大于最大输入电

压1.25倍。

Vin的选择应考虑交流电压最低跌落值（Vac-min）所对应的LM2576输入电压值及

LM2576的最小输入允许电压值Vmin（以5V的电压输出为例8V），因此，Vin可依据下式

计算：

Vin≧（220Vmin/Vmac-min）

如果交流电压最低允许跌落30﹪（Vac-min=154）、LM2576的电压输出5V（Vmin=8V）,

则当Vac=220V时，LM2576的输入直流电压大于11.5V，通常可选为12V.

5.6.5电源工作原理

整个电源电路如图所示，接通电源后。220V交流电源经变压器T5降压，得到+12V的

交流电压，再经过整理滤波电路，得到+12V直流电压，又经稳压器LM2576输出+5V电压

给单片机供电

电源电路图

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第6章程序设计

6.1程序流图

主程序流图如图5-1所示。接上电源，蜂鸣器长鸣一声（滴--；约1秒），提示已接

通电源。调缺水检测子程序，若缺水，则急促报警（滴，滴„），若有水则检测全自动启

动按键是否按下，若按下，则处理START程序；若没按下，则检测加热键是否按下，若加

热键按下，则处理加热程序，若没按下则返回缺水检测程序，循环进行。

主程序流程图

全自动启动键程序流程如图5-2所示。接通搅拌马达电源，运转20秒，停10秒，共

5次，保证马达间歇工作。然后关闭马达，调缺水检测子程序，若缺水，则急促报警，关

闭马达；若有水，加热管加热管通电加热。检测是否沸腾溢出，若没有沸腾溢出则返回缺

水检测程序，若不缺水，继续加热；若沸腾溢出，溢出小于16次，则加热停止20秒，避

免豆浆继续溢出；然后缺水检测程序，不缺水时，再加热。若沸腾溢出达到16次，则第

一次沸腾后，间断加热约5分钟，保证豆浆完全煮熟。最后发出“滴---，滴，滴”一长

两短周期性双音报警，提示工作完毕，豆浆已做好。

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START程序流程

加热键程序流程如图所示，先调缺水检测程序，若缺水，则报警，关闭加热管；若有

水，加热管通电加热，检测是否沸腾溢出。若没有沸腾溢出，则返回检测是否缺水，不缺

水，继续加热；若沸腾溢出，然后发出一长两短周期性双音 报警，提示加热完毕。

HEAT程序流程图

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第7章 产品制作与调试

7.1 PCB板设计

印刷电路板（PCB）是电子产品中电路元件和器件的支撑件。它提供电路元件和期间

之间的电器连接随着电子技术的飞速发展，PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大。

要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设很重要。为了设计质量好、

造价低的PCB，应遵循以下的一般性原则。

（1）布局

首先，要考虑PCB尺寸的大小，PCB尺寸大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力

下降，成本也增加；尺寸过小时则散热不好，且临近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，

再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元件进行布局。

在确定特殊元件的位置时要遵循以下原则：

尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减小他们的分布参数和相互间的电磁干扰。

易受干扰的元器件不能挨得太近，输入输出元器件应尽量远离。

某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大他们之间的距离，以免放电引起

意外短路。带高电压的元器件应布置在调试时手触及不到的地方。

重量超过15克的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重，发热量

多的元器件，不宜装在印刷板上，而应装在整机的底板上

对于电位器，可调电感器、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结

构要求。若是机内调节，应放在印刷板上方方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与

调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

应留出印制板定位孔及固定支架占用的位置。

根据电路的功能单元，对电路全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

按照电路的流程安排各个功能电路的单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽

可能保持一致的方向。

以每个功能的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件均匀、整齐、紧凑的排列

在印制板上，尽量减小或缩短各个元器件之间的引线和连线。

在高频工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行

排列。这样，不但壮观，而且焊接容易，易于批量生产。

位于电路板边缘的元器件，高电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形，

长度比为3：2或4：3.电路板面尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板所承受的机械

强度。

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（2）布线

布线应遵循以下原则：

输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加线间地线，以免发生反馈耦合。

印制板导线的最小宽度主要，由导线与绝缘基板的粘附强度和流过它们的电流值决

定。当铜箔厚度为0.5mm、宽度为1-15mm时，通过两安得电流，温度不会高于3度。因此

导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路尤其是数字电路通常选0.02-0.3mm导线宽

度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小距离主要由

最坏情况线间的绝缘电阻和线间电压决定的。对于集成电路，尤其是数字电路只要工艺允

许，可使间距小于5-8mil。

印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角会在高频电路中影响电气性能。此外应

避免使用大面积铜箔，否则长时间受热时，易发生铜箔受热膨胀和脱落现象。必须用大面

积铜箔时最好用栅格状。这样有利于排出铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

（3）PCB与电路抗干扰措施

（1）电源线设计

根据印制板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时使电源线、地线

走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

（2）地线设计

1.正确选择单点接地与多点接地

2.数字地与模拟地分开

3.接地线应尽量加粗

4.接地线构成闭环路

退耦电容配置

1.电源输入端跨接10-100μF的电解电容器。如有可能，接100μF以上的更好。

2.原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01μF的瓷片电容，如与印制板空隙不够

可没4-8个芯片布置一个1-10μF的电容。

3.对于抗噪声能力弱，关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片

的电源线和地线之间直接接入退耦电容。

4.电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。

5.在印制板中有继电器、接触器、按钮等元件时，操作他们时均会产生较大火花放电。

必须采用RC电路来吸收放电电流，一般R取1-2K欧，C取2.2-47μF。

的输入阻抗很高，且易受感应。因此在使用时对不用端要接地或接正电源。

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7.2元器件检测与元器件项目表

7.2.1元器件检测

（1）电容的检测：

1．万用表电阻档的正确选择

因为电解电容的容量较一般固定电容大的多，所以应针对不同容量选用不同的量程。

根据经验，一般情况下，1-47μF的电容，可用R×1K档测量，大于47μF的电容可以用

R×100档测量。

2.测量漏电电阻

将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极。要刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较

大的幅度（对于同一电阻档，容量越大，摆幅越大），接着逐渐向左回转，直到停在某一

位置。然后，将红黑表笔对调，万用表指针则重复上述摆动现象。但此时所测阻值为电解

电容的反向漏电阻，此值略小于正向漏电阻。即反向漏电流比正向漏电流要大。实际使用

经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百K欧姆以上，否则将不能正常工作。在测试中，

若正向反向均无充电现象，即指针不动，则说明容量消失或内部短路，如果所测阻值很小

或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。

3.极性判别

对于正负极标志不明确的电解电容器，可利用上述漏电阻的方法加以判别。即先任意

测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。再次测量中阻值大的事正向

接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。

（2）普通二极管的检测（包括检波二极管、整流二极管、阻尼二极管、开关二极管、

续流二极管）是由一个PN结构构成的一个半导体器件，具有单向导电性.通过万用表检测

其正、反向电阻值，可以判断出二极管的电极，还可估测出二极管是否损坏。

①极性的判别 将万用表置于R*100档或R*1k档，两表笔分别接二极管的两个电极，

测出一个结果后，对调两表笔，再测出一个结果。两次测量结果中，有一次测量的结果阻

值较大（为反向电阻），一次测量出的阻值较小（为正向电阻），在组织较小的一次测量中，

黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。

②单负导电性能的检测及好坏的判断 通常，锗材料的二极管正向阻值为1kΩ左右，

反向电阻为300左右。硅材料二极管的电阻值为5kΩ左右，反向电阻值为∞（无穷大）。

正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。正、反向电阻值相差越悬殊，说明二极管的单向

导电特性越好。

若测得二极管的正、反电阻值均接近0或阻值较小，则说明该二极管内部已击穿短路

或漏电损坏。若测得二极管的正、反向电阻值均为无穷大，则说明该二极管已开路损坏

③反向击穿电压的检测 二极管反向击穿电压（耐压值）可以用晶体管直流承诺书测

试表测量，器方法是：测量二极管是，应将测试表的“NPN/PNP”选择设置为NPN状态，

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再将被测二极管的正极接测试表的“C”插孔内，负极插入测试表的“e”插孔，然后按下

“V（BR）”键，测试表即可只是出二极管的反向击穿电压值

电阻器的检测

将两表笔（不分正负极）分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。为了提高

测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆档刻度的非线性关系，它

的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起

始的20%-80%弧度范围内，以使测量更准确。根据电阻误差等级的不同。读数与标称值之

间分别允许有±5%、±10%、或±20%的误差如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变

值了。

注意：测试时，特别是在测试几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的

导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其它元件对

测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最

好还是用万用表测试一下其实际阻值

7.2.2产品安装

制造电子产品，可靠与安全是两个很重要的因素，为零件的安装对于保证产品的安全

可靠是至关重要的，任何疏忽都可能造成整机工作失常，甚至导致更为严重的后果

安装的基本要求

保证导通与绝缘的电气性能

电气连接的通与断，是安装的核心，这里所说的通与断，不仅是安装以后简单的使用

万用表测试的结果，而且要考虑在震动、长期工作、温度、湿度等自然条件变化的环境中，

都能保证通者恒通、断者恒断。

保证机械强度

电子产品在使用过程中，不可避免的需要运输和搬动，会发生各种有意或无意的震动、

冲击，如果机械安装不够牢固，电气连接不够可靠，都有可能因为加速运动的瞬间受力使

安装受到损害

保证传热的要求

既要保证绝缘的要求，又要不能影响散热的效果，即希望导热而不导电

安装时接地与屏蔽要充分利用

接地与屏蔽的目的：一是消除外界对产品的电磁干扰，而是消除产品对外界的电磁干

扰，三是减少产品内部的相互电磁干扰，接地与屏蔽在设计中要认真的考虑，在实际安装

中更要高度重视，一台电子设备可能在实验室工作很正常，但到工业现场工作时，各种干

扰可能就会出现，有时甚至不能正常,这绝大多数是由于接地屏蔽设计安装不合理所致。

印制电路板上元器件的安装

元器件引线的弯曲成形

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为了使元器件在印制板上的安装排列整齐并便于焊接，在安装前通常用手工或专用机

械把元器件弯曲成一定的形状。

•引线弯曲的最小半径不得小于引线直径的2倍，不能“打死弯”。

•引线弯曲处距离元器件本体至少在2mm以上，绝对不能从引线的根部开始弯折。

元器件的插装

•装配时，应该先安装那些需要机械固定的元器件，然后再安装靠焊接固定的元器件

•各种元器件的安装，应该使它们的标记朝上或朝着易于辨认的方向，并注意标记的

读书方向一致。

•当元器件在印制板上立式安装时，单位面积上容纳的元器件的数量最多，适合于机

壳内空间较小、元器件紧凑密集的产品。

•在非专业条件下批量制作电子产品时，通常是安装元器件与焊接同步进行操作。

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结束语

单片机系统具有如下特点：1）抗干扰能力强。在硬件上，用继电器隔离强电和弱电;

为了避免加热器感应电对缺水实验和沸腾检测的干扰，残开地电极pa不直接接地，而是

经R10（100Ω）接地。软件上，加看门狗。2）安全可靠。为了防止加热器干热，在主程

序和子程序中，不断检测是否缺水，一旦缺水，关闭马达或加热器，并发出警告音。硬件

也有安全设计。3）报警程序为多警声输出，接通电源是发出声音，便于区分工作状态经

反复测试表明，该家用豆浆机使用方便。具有5大安全保护：自动防溢;增设微动安全开

关，操作更安全；无水防干烧；温度传感器故障自检；轴密封安全保护。它的运行达到了

最初设计要求，由于整个过程完全采用程序控制，可根据不同的硬件要求，和容易通过调

整相关指令和时间常数等，实现最佳的运行效果

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参考文献

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[2] 王化祥，张淑英编著.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社,1992

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[11] 申 军.微机应用系统抗干扰方法的探讨[A].中国自动化学会第十一届青年学术年会

论文集[C],1996

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附录

豆浆机剖视图

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致谢

本系统设计得到了段楠老师的大力支持，段楠老师工作认真负责的态度，治学严谨的

作风给我留下了深刻的印象，本次设计过程使我感受到了设计人员的辛苦，同时坚定了自

己报效祖国的信念。通过这次设计，使我对电子产品的设计有了一定的了解。使自己多年

的理论知识与实践有了很好的结合，进一步深化和巩固了自己的理论知识。当然在设计中

还存在很多问题，主要是自己理论知识掌握的不够，这给设计工作带来了一定困难。感谢

大学三年老师对我的教导，正是在他们的帮助下我才得以顺利的完成我的是设计，再次衷

心的感谢他们。

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