中图分类号：TM925.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 10-0000-02
中国发明豆芽约有两千多年的历史，豆芽爽脆可口、营养丰富同时兼具美容、抗癌、延寿等保健功效，因此成为大众所喜爱的美味菜肴。但是近年来，菜市场上销售的豆芽食用安全问题多次被曝光，一些不法商贩用尿素、恩诺沙星等违法添加剂泡制豆芽，食用后会在人体内生成亚硝酸盐，长期食用会致癌。现在人们对市场上销售的豆芽还是会多多少少有一些担心，如果能在家中吃到自己亲手培植的豆芽那该多放心。但是在家中用传统方法培育豆芽，豆子经过浸泡后要盖上多层纱布，并且时时注意豆子培育的温度湿度，经常淋水、换水、防止发霉，对于生活节奏快或缺乏培育豆芽的人来说，很难培育成功。
本文针对以上问题，设计一款方便实用的小家电——单片机控制的家用豆芽机。有了这款豆芽机，可以在家很方便地培养出无公害豆芽，干净卫生、省时省力，无需人照看。培育豆芽的过程也是一种生活的乐趣，如果安装透明的豆芽机机壳，可以观察到从豆子变化为豆芽的生长过程，对于儿童来说也是很好的观察体验和智利开发。
一、豆芽机的功能及工作原理
豆芽做的好坏除了豆子与容器用具的清洁外，主要是淋水的温度、淋水的多少、淋水间隔时间、豆芽室内空气的温度与湿度这四样配合[1]。关于温度需要恒温控制，黄豆芽温度宜控制在25℃，绿豆芽温度宜控制在27℃，豌豆芽温度宜控制在25℃，不同的发芽温度可以通过调温按钮来设定。关于湿度，箱体内的空气相对湿度应保持在90%以上，调节湿度主要靠淋水来解决。
（一）豆芽机应具备的基本功能
恒温控制、自动淋水、温度显示、温度设定。
（二）豆芽机的工作原理
（1）恒温控制：在豆芽培养皿中和水中安装温度传感器，将检测得来的温度值传给单片机，当检测到的温度低于培育豆芽的温度下限值时，需要加热，单片机发送控制信号启动电热管加热；当检测到温度值达到培育豆芽的温度上限时，停止加热；（2）自动淋水：可以采用定时淋水的方式，例如每小时淋水一分钟；（3）温度显示：显示温度传感器采集来的温度值；（4）温度设定：不同豆子发芽所需要的温度是不同的，通过温度设定选择豆子的最佳培育温度。
二、豆芽机系统设计
（一）硬件电路的设计
为完成以上功能，系统的硬件装置应包含：单片机基本电路、温度传感器、电加热管、水泵、温度显示器、设定按钮、电源指示灯等。下面对每一部分的电路设计进行详细的阐述，电路图的绘制都是在Proteus7.0软件中完成的。
1.单片机基本电路的设计
单片机采用ATMEL公司的AT89C52型单片机，图1中单片机18脚19脚所接为单片机的时钟电路，单片机9脚所接为上电复位和手动复位电路。单片机P0口接上拉电阻。图1中单片机的电源和接地引脚是隐藏的，默认已经相应的接VCC和GND，EA片选引脚接VCC。
2.温度检测电路的设计
温度传感器采用单总线数字式温度传感器DS18B20，该传感器只有三个引脚，如图1所示，DS18B20的第1脚接GND，第3脚接VCC，第2脚为信号传递引脚[2]，在本设计中要用到两个温度传感器，分别放置在豆芽培养皿中和水中，如图1所示，两个温度检测值分别送入单片机的P1.0和P1.1口。
3.温度设定电路的设计
温度设定电路由4个微动开关完成，4个开关一端相连接地，另一端接单片机做输入。如图1所示，单片机P1.4接选择按钮，P1.5接上调按钮，P1.6接下调按钮，P1.7接确定按钮，从而完成不同温度的设定需要。
4.电源指示灯的设计
如图2所示单片机的P2.0控制一个发光二极管，只要电路通电正常工作，该灯应一直点亮。
5.温度显示电路的设计
温度显示采用两位共阴极数码管动态显示，P0口负责送入要显示的字形，P2.1和P2.2分别控制动态显示要点亮的位，如图2所示。
6.加热管电路的设计
如图3所示，由单片机的P1.3引脚控制加热管的启动和关断。当P1.3得到低电平时，光电耦合器导通，从而Q2三极管导通，继电器得电，其常开触点闭合，加热管所在的220V电路接通，电热管开始工作；反之P1.3得到高电平时，加热管停止加热。电路中继电器有效的将低压和高压电路、直流和交流电路隔离，保证用电安全。
7.水泵电路的设计
如图4所示，水泵电路与加热管电路类似，当P1.2为低电平时，水泵得到220V交流电开始工作；当P1.2为高点平时，水泵停止工作。
（二）软件程序设计
本系统的温度检测采用单片机的定时器中断实现定时检测，在其中断服务程序中单片机接收DS18B20传回的温度并存储和处理。淋水也采用定时器中断实现，每小时淋水一次。温度显示由于采用了两位动态显示，也需要一个定时器中断来提供快速的扫面时间。以上三个中断服务程序的流程图不再赘述。主程序的流程图如图5所示，上电后调用初始化子程序，接着判定是否需要设定温度，以及当前温度是否在设定范围内的恒温控制。
三、结束语
豆芽是一种营养丰富同时具有保健功效的美食，家用豆芽机能够满足人们在家中自己亲手培育无公害豆芽的需要。本文设计的单片机控制的家用豆芽机能够实现全自动的豆芽培育，只要将泡好的豆子放在豆芽培养皿中即可，豆芽生长过程中豆芽机能自动保温保湿，不用人看管。特别注意的是，由于培育豆芽有水的参与，在设计豆芽机箱体结构的时候，要注意主控板与箱体中水的隔离，切勿出现漏水而使控制板短路的情况。
参考文献：
[1]梁浩宇.生态种植 私家菜园——豆芽机的智能环保创新设计[J].工业设计，2011.
[2]于莉，师建军，路文玲.基于DS18B20的低功耗温度测量系统设计[J].天津职业院校联合学报，2011.
[作者简介]于莉（1982-），天津人，讲师，研究方向：单片机智能控制的研究和教学。
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