單片機控制的家用豆芽機設計

摘 要：本文采用AT89C52單片機為主控芯片設計了一款家用豆芽機。該豆芽機能夠實現全自動的豆芽培育，豆芽生長過程中能自動保溫保濕，不用人看管。為完成恒溫控制、自動淋水、溫度顯示、溫度設定功能，在設計上分別對單片機基本電路、溫度檢測電路、溫度設定電路、電源指示燈、溫度顯示電路、加熱管電路、水泵電路以及軟件程序進行了設計。

關鍵詞：豆芽機；單片機；豆芽；恒溫控制

中圖分類號：TM925.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-02

中國發明豆芽約有兩千多年的歷史，豆芽爽脆可口、營養豐富同時兼具美容、抗癌、延壽等保健功效，因此成為大眾所喜愛的美味菜肴。但是近年來，菜市場上銷售的豆芽食用安全問題多次被曝光，一些不法商販用尿素、恩諾沙星等違法添加劑泡制豆芽，食用后會在人體內生成亞硝酸鹽，長期食用會致癌。現在人們對市場上銷售的豆芽還是會多多少少有一些擔心，如果能在家中吃到自己親手培植的豆芽那該多放心。但是在家中用傳統方法培育豆芽，豆子經過浸泡后要蓋上多層紗布，并且時時注意豆子培育的溫度濕度，經常淋水、換水、防止發霉，對于生活節奏快或缺乏培育豆芽的人來說，很難培育成功。

本文針對以上問題，設計一款方便實用的小家電——單片機控制的家用豆芽機。有了這款豆芽機，可以在家很方便地培養出無公害豆芽，干凈衛生、省時省力，無需人照看。培育豆芽的過程也是一種生活的樂趣，如果安裝透明的豆芽機機殼，可以觀察到從豆子變化為豆芽的生長過程，對于兒童來說也是很好的觀察體驗和智利開發。

一、豆芽機的功能及工作原理

豆芽做的好壞除了豆子與容器用具的清潔外，主要是淋水的溫度、淋水的多少、淋水間隔時間、豆芽室內空氣的溫度與濕度這四樣配合[1]。關于溫度需要恒溫控制，黃豆芽溫度宜控制在25℃，綠豆芽溫度宜控制在27℃，豌豆芽溫度宜控制在25℃，不同的發芽溫度可以通過調溫按鈕來設定。關于濕度，箱體內的空氣相對濕度應保持在90%以上，調節濕度主要靠淋水來解決。

（一）豆芽機應具備的基本功能

恒溫控制、自動淋水、溫度顯示、溫度設定。

（二）豆芽機的工作原理

（1）恒溫控制：在豆芽培養皿中和水中安裝溫度傳感器，將檢測得來的溫度值傳給單片機，當檢測到的溫度低于培育豆芽的溫度下限值時，需要加熱，單片機發送控制信號啟動電熱管加熱；當檢測到溫度值達到培育豆芽的溫度上限時，停止加熱；（2）自動淋水：可以采用定時淋水的方式，例如每小時淋水一分鐘；（3）溫度顯示：顯示溫度傳感器采集來的溫度值；（4）溫度設定：不同豆子發芽所需要的溫度是不同的，通過溫度設定選擇豆子的最佳培育溫度。

二、豆芽機系統設計

（一）硬件電路的設計

為完成以上功能，系統的硬件裝置應包含：單片機基本電路、溫度傳感器、電加熱管、水泵、溫度顯示器、設定按鈕、電源指示燈等。下面對每一部分的電路設計進行詳細的闡述，電路圖的繪制都是在Proteus7.0軟件中完成的。

1.單片機基本電路的設計

單片機采用ATMEL公司的AT89C52型單片機，圖1中單片機18腳19腳所接為單片機的時鐘電路，單片機9腳所接為上電復位和手動復位電路。單片機P0口接上拉電阻。圖1中單片機的電源和接地引腳是隱藏的，默認已經相應的接VCC和GND，EA片選引腳接VCC。

2.溫度檢測電路的設計

溫度傳感器采用單總線數字式溫度傳感器DS18B20，該傳感器只有三個引腳，如圖1所示，DS18B20的第1腳接GND，第3腳接VCC，第2腳為信號傳遞引腳[2]，在本設計中要用到兩個溫度傳感器，分別放置在豆芽培養皿中和水中，如圖1所示，兩個溫度檢測值分別送入單片機的P1.0和P1.1口。

3.溫度設定電路的設計

溫度設定電路由4個微動開關完成，4個開關一端相連接地，另一端接單片機做輸入。如圖1所示，單片機P1.4接選擇按鈕，P1.5接上調按鈕，P1.6接下調按鈕，P1.7接確定按鈕，從而完成不同溫度的設定需要。

4.電源指示燈的設計

如圖2所示單片機的P2.0控制一個發光二極管，只要電路通電正常工作，該燈應一直點亮。

5.溫度顯示電路的設計

溫度顯示采用兩位共陰極數碼管動態顯示，P0口負責送入要顯示的字形，P2.1和P2.2分別控制動態顯示要點亮的位，如圖2所示。

6.加熱管電路的設計

如圖3所示，由單片機的P1.3引腳控制加熱管的啟動和關斷。當P1.3得到低電平時，光電耦合器導通，從而Q2三極管導通，繼電器得電，其常開觸點閉合，加熱管所在的220V電路接通，電熱管開始工作；反之P1.3得到高電平時，加熱管停止加熱。電路中繼電器有效的將低壓和高壓電路、直流和交流電路隔離，保證用電安全。

7.水泵電路的設計

如圖4所示，水泵電路與加熱管電路類似，當P1.2為低電平時，水泵得到220V交流電開始工作；當P1.2為高點平時，水泵停止工作。

（二）軟件程序設計

本系統的溫度檢測采用單片機的定時器中斷實現定時檢測，在其中斷服務程序中單片機接收DS18B20傳回的溫度并存儲和處理。淋水也采用定時器中斷實現，每小時淋水一次。溫度顯示由于采用了兩位動態顯示，也需要一個定時器中斷來提供快速的掃面時間。以上三個中斷服務程序的流程圖不再贅述。主程序的流程圖如圖5所示，上電后調用初始化子程序，接著判定是否需要設定溫度，以及當前溫度是否在設定范圍內的恒溫控制。

三、結束語

豆芽是一種營養豐富同時具有保健功效的美食，家用豆芽機能夠滿足人們在家中自己親手培育無公害豆芽的需要。本文設計的單片機控制的家用豆芽機能夠實現全自動的豆芽培育，只要將泡好的豆子放在豆芽培養皿中即可，豆芽生長過程中豆芽機能自動保溫保濕，不用人看管。特別注意的是，由于培育豆芽有水的參與，在設計豆芽機箱體結構的時候，要注意主控板與箱體中水的隔離，切勿出現漏水而使控制板短路的情況。

參考文獻：

[1]梁浩宇.生態種植 私家菜園——豆芽機的智能環保創新設計[J].工業設計，2011.

[2]于莉，師建軍，路文玲.基于DS18B20的低功耗溫度測量系統設計[J].天津職業院校聯合學報，2011.

[作者簡介]于莉（1982-），天津人，講師，研究方向：單片機智能控制的研究和教學。