基于单片机技术设计的自动豆芽机

基于单片机技术设计的自动豆芽机

【摘要】根据豆芽的生长特性，采用以单片机作为系统控制核心，通过自动化洒水和加热管加温来实现豆芽的恒温和水分补充来实现豆芽的自动化生产。硬件部分主要由单片机系统模块、水循环系统模块、温控模块、显示模块、按钮模块、加热模块五大模块组成。单片机采用AT89S52单片机，水循环系统采用12V 直流微型水泵，温度监测采用DS18B20芯片，显示模块采用LCD1602液晶，加热模块采用电热膜玻璃管。软件设计采用单片机C语言实现本设计的全部控制功能，具有自动定时洒水，自动控制箱内温度，自由设定温度上下限的功能。

【关键词】豆芽机；电热膜石英玻璃管；定时洒水；自动恒温

豆芽因为其中富含有人体所需要的多种氨基酸和维生素等营养，同时价格便宜，味道可口，备受群众青睐，现在利用单片机技术为核心，根据豆芽的生长特性制作一台豆芽机自动生产豆芽。豆种发芽的最低温度为10℃，最高温度为28℃～30℃，不宜超过32℃，豆芽生长的最适宜温度为22～24℃左右，并且充分供给豆芽所需要的水分，避免光照。我们根据豆芽生长这样的生长特性利用单片机，温度传感器，水泵，加热管，晶闸管，光耦来制造具有这样一个环境的系统就能够自动的生长出豆芽。首先是控制豆芽的温度，豆芽的温度控制可以采用淋水的方式，通过控制水温并把水浇到豆芽上来保证豆芽的温度。利用温度传感器来监测水温，用加热管来使之能达到这样一个温度。温度传感器采用DS18B20集成芯片，相比较用温度传感器而言更准，而且可以用单片机将其时时读出来显示。加热管采用的是电热膜玻璃管，这样相比较金属体加热管更耐腐蚀以防水污染到豆芽。采用晶闸管来控制加热管的通断，采用光电耦合来实现信号单向传递，防止干扰和隔绝强电和弱电。系统主要分为单片机系统，温控模块，水泵模块，加热模块，显示模块，键盘模块六大部分，系统硬件框图如图1所示。主要实现系统的自动定时喷水，自动温度调节等功能。设定的温度为20～26℃，当豆芽的温度不在此区间时，豆芽自动喷水，温度低于12℃加热管工作，直到水温提升到20℃时关闭。豆芽机每三个小时喷水一次，每次喷水时间为5分钟。系统的软件设计主要采用的是Keil C语言来编程实现。

图1 系统框架图

图2 单片机系统模块

1.硬件部分设计

1.1 单片机系统模块

单片机资源的分配如图2所示，P3.0、P3.1、P3.2、P3.3接到键盘模块的四个按键上，P2.6接到加热模块上的控制接口，P2.5接到水泵模块的控制端口，P2.3和P2.4分别接监控豆芽温度和监控水温的DS18B20上，P2.2、P2.1、P2.0分别接到液晶上的RS、RW、EN端口，P0口则接到液晶的数据端口。

1.2 温控模块

本系统采用的是DS18B20作为温度传感器来监测温度，模块图如图3所示，通过对豆芽和水温的监控来实现对豆芽温度的控制，在豆芽盘和水层里面分别安装DS18B20温度传感器接到单片机的P2.3，P2.4口，单片机读取两个DS18B20的温度值来实现对温度的监测。

图3 DS18B20模块图

1.3 加热模块

本设计采用的是电热膜玻璃管作为对水的加热装置，对于金属型加热器由于不耐腐蚀，易生锈，易使豆芽收到污染，而采用玻璃管对水加热不仅能够消除

这些弊端，由于采用水循环浇灌的方式，当水从玻璃管中经过的同时，还可以使水均匀的受热，从而使得水洒向豆芽时温度一致，保证豆芽正常生长。加热模块如图4所示，加热管提供220V交流电，由BTA16-600B晶闸管来实现加热管的关断，由MOC3061光电耦合来隔绝交流直流电，实现电气隔绝，将MOC3061的1脚接到+5V，二脚接到单片机的P2.0口，当给P2.0口一个低电平，MOC3061内部发光二极管导通，右侧金闸管都通，BTA16-600B也导通，电热管开始工作，给P2.0口高电平，电热管则关闭。

图4 加热模块

1.4 水泵模块

本设计采用的是12V直流微型水泵，通过5V继电器来控制水泵的启动和关闭。单片机P2.1口给一个低电平时，表明三极管S8550导通，使得继电器得电吸合，水泵开始工作；当给P2.1一个高电平时，水泵停止工作。LED起到指示灯的作用，方便监测电路是否正常运作，水泵模块原理图如图5所示。

图5 水泵模块

1.5 显示模块

本设计采用的是LCD1602液晶作为显示器件，将单片机P2.0、P2.1、P2.2分别接到液晶显示的RS，RW，EN端口，数据端口接到P0口。接通豆芽机电源，单片机读取两个温度传感器的温度，数据转换后显示到LCD1602液晶上，当按下选择按钮时，液晶显示需要调整的上限温度和下限温度。调整完后，再按下选择按钮，跳回到显示现在温度界面，显示模块原理图如图6所示。

图6 显示模块原理图

1.6 键盘模块

按键采用的是微动开关，从P3.0～P3.3口接四个按键，分别作为温度的选择，上调，下调，确认功能，其原理图如图7所示。当按下选择键时，进入调试模式，再按一下选择键，进入温度上限选项调节，按下上调键，温度上升一度，按下下调键，温度下降一度，再按一下选择键，进入温度下限选项调节，调整完毕后，按下温度选择键退出。

图7 按键模块原理图

图8 电路总原理图

1.7 豆芽机总电路图（下转第32页）（上接第30页）

如图8所示，整个电路接入220V交流电，通过变压器转12V交流电，再桥式整流为直流电，经过LM7805稳压芯片提供给单片机电路板通电，各电路板之间线路连接如上图所示，除DS18B20，键盘，水泵，加热管外其他电路都在主板上，DS18B20接三个线延伸到豆芽机箱，键盘和液晶外置与机箱，连线和主板相接，水泵和加热管内置于地盘上，接线盒主盘连接。