禽舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王麗芬

摘要：監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于STC89C52單片機(jī)，利用光敏、光電等多種用于檢測環(huán)境參數(shù)的傳感器對(duì)禽舍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以維持舍內(nèi)適宜禽類生長的環(huán)境參數(shù)，節(jié)省勞動(dòng)力，提高飼養(yǎng)收益。整體系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，以溫度光照監(jiān)控模塊為例進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，具有操作簡單、工作穩(wěn)定、便于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；溫度光照；實(shí)時(shí)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：S831.4+5；S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）06-1432-03

隨著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人們?cè)絹碓絻A向于利用現(xiàn)代技術(shù)自動(dòng)化管理禽舍環(huán)境，使禽舍能夠投入最少的勞動(dòng)力而產(chǎn)生最大的效益。禽舍環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)[1]的工作原理是人工上電后，裝置上的溫度、光感、煙霧等傳感器實(shí)時(shí)檢測室內(nèi)環(huán)境，當(dāng)環(huán)境的某一參數(shù)偏離預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，以使環(huán)境恢復(fù)到正常水平。自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用可大大減少人工勞力，并可高效率改善禽舍內(nèi)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)家禽生長，提高產(chǎn)蛋率[2]。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)大致包括中央控制單元、溫度采集部分、光照采集部分、溫度顯示部分四大硬件部分（圖1）。系統(tǒng)溫度光照監(jiān)控部分所需器件包括STC89C52單片機(jī)（圖2）、DS18B20數(shù)字溫度傳感器、光敏電阻、74LS245驅(qū)動(dòng)芯片、ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)換器、74HC573鎖存器、4位LED數(shù)碼管、繼電器、發(fā)光二極管、直流風(fēng)扇等。

1.1 中央控制單元——STC89C52單片機(jī)

STC89C52單片機(jī)[3]是基于80C51內(nèi)核，采用PHILIPS高密度CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)制造，包含中央處理單元、8kB非異失性Flash、只讀程序存儲(chǔ)器EPROM、256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷源，采用4層優(yōu)先級(jí)中斷嵌套結(jié)構(gòu)，可用于多機(jī)通信的串行I/O口、I/O擴(kuò)展、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。其最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路和由2個(gè)電容及1個(gè)12M晶振組成的振蕩器。STC89C52采用低功耗靜態(tài)設(shè)計(jì)，寬工作頻率為DC-33MHz，寬工作電壓范圍為2.7～5.5 V，兩種軟件方式選擇電源空閑和掉電模式?？臻e模式下，凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。由于是靜態(tài)設(shè)計(jì)，所以掉電模式下，時(shí)鐘振蕩停止，RAM數(shù)據(jù)得以保存，芯片內(nèi)其他功能停止。CPU喚醒后，從時(shí)鐘斷點(diǎn)處恢復(fù)執(zhí)行程序。同時(shí)，STC89C52有PLCC44、DIP40和LQFP44等多種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求[4]。

1.2 溫度的采集、顯示

DS18B20數(shù)字溫度傳感器設(shè)置于禽舍內(nèi)，用于實(shí)時(shí)采集溫度參數(shù)。上電后，單片機(jī)通過P1.7口向DS18B20的DQ端寫開啟溫度采集及轉(zhuǎn)換命令字，溫度傳感器開始工作。傳感器所采集到的室內(nèi)模擬溫度量值經(jīng)由內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換后，向中央控制單元傳送數(shù)字化溫度值，供單片機(jī)分析處理[5]。DS18B20數(shù)字溫度傳感器將采集到的實(shí)時(shí)溫度傳送給控制單元后，由單片機(jī)P0口外設(shè)的4位8段共陰極LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示出來。另外數(shù)碼管還兼有由4組按鍵來顯示可自行設(shè)置的上、下限溫度值。數(shù)碼管的顯示采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，應(yīng)用兩片74HC573鎖存器[6]分別控制4位位選端及8位段選端。鎖存器的輸入數(shù)據(jù)由P0口提供，并由軟件動(dòng)態(tài)掃描4位數(shù)碼管，控制何位顯示、顯示何值。由于掃描速度快、周期短及人眼視覺停留，其效果與靜態(tài)顯示相同。

1.3 光照的采集

利用置于禽舍窗外的光敏電阻監(jiān)測外界光照強(qiáng)度。光敏電阻利用不同光照強(qiáng)度下，其自身電阻值不同的特性（入射光強(qiáng)，電阻減小；入射光弱，電阻增大），將光照強(qiáng)度模擬信號(hào)首先傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804，轉(zhuǎn)換成量化的光照值經(jīng)P1口傳送至處理單元。此時(shí)處理單元將與開燈與否的臨界值進(jìn)行比較，從而發(fā)出相應(yīng)指令。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用了現(xiàn)在流行的C語言編程[7]，易于實(shí)現(xiàn)、移植和擴(kuò)展。

2.1 流程圖的設(shè)計(jì)

溫度監(jiān)控流程和光照監(jiān)控流程分別見圖3和圖4。

2.2 設(shè)計(jì)的部分程序

溫度監(jiān)控子程序：

#include

sbit DUAN=P2^6；//74HC573的LE端，LED的段選端

sbit WEI=P2^7；//74HC573的LE端，LED的位選端

sbit TMDAT=P1^7；//DS1820溫度接口

sbit fengshan=P2^2；//風(fēng)扇接口

sbit jiare=P2^3；//加熱器接口

sbit gao=P3^2；//顯示上限溫度值按鍵接口

sbit di=P3^4；//顯示下限溫度值按鍵接口

sbit jia=P3^6；//升高上下限溫度值按鍵接口

sbit jian=P3^7；//降低上下限溫度值按鍵接口

void main（）

{while（1）

{get_temperature（）；//獲得溫度

if（tempdf≥8）tempdf=5；//0.5°精度顯示

else tempdf=0；

if（gao==0&&di==1）

{xianshigao（）； //顯示溫度上限值

if （jia==0）{delay（20）；i=i+1；}

else if（jian==0）{delay（20）；i=i-1；}}

if（gao==1&&di==0）

{xianshidi（）；//顯示溫度下限值

if （jia==0）{delay（20）；j=j+1；}

else if（jian==0）{delay（20）；j=j-1；}}

if（gao==1&&di==1）

{disp_temp（）；//顯示溫度

if（ tempint≥i）//可以自己設(shè)定報(bào)警的溫度

{ fengshan=0；delay（62）；}//溫度超過上限值開風(fēng)扇

else fengshan=1；}

if（tempint≤j）//溫度低于下限值開加熱器

{jiare=1；delay（62）；}

else jiare=0；} }[11]

光照監(jiān)控子程序：

#include"reg52.h"

#include"intrins.h"

#include"math.h"

#define uint unsigned int//定義無符號(hào)整型變量

#define uchar unsigned char//定義無符號(hào)字符變量

sbit ADC0804_SC=P2^0；//模數(shù)轉(zhuǎn)換器片選接口

sbit ADC0804_RD=P3^7；//模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀接口

sbit ADC0804_WR=P3^6；//模數(shù)轉(zhuǎn)換器片寫口

sbit kaideng=P2^2；//燈光控制端口

void main（）

{uchar ADC0804_data；

ADC0804_SC=0；//讓SC一直為低

while（1）

{adc0804_start（）；//啟動(dòng)ADC0804

delay（5）；//延時(shí)

ADC0804_RD=0；//RD為低

delay（5）；//延時(shí)

ADC0804_data=P1；//將ADC0804的數(shù)據(jù)傳出

delay（5）； //延時(shí)

ADC0804_RD=1；//RD為高

delay（5）；//延時(shí)

if（ADC0804_data≤100）//采光量不足，開燈操作

kaideng=1；

else kaideng=0； } }

3 小結(jié)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初衷是整合多路傳感器，以最低成本對(duì)禽舍環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以維持舍內(nèi)適宜禽類生長的環(huán)境參數(shù)，智能化管理，提高效益。在完成硬件電路的焊接、測試及軟件程序的編寫與調(diào)試后，經(jīng)過反復(fù)的模擬試驗(yàn)、觀測分析，該模塊大致可實(shí)現(xiàn)對(duì)舍內(nèi)氣體、溫度、光照等環(huán)境參數(shù)的有效監(jiān)測與控制功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙 艷，張廣慶，薛其巖，等.雞舍內(nèi)有害氣體的控制措施[J].山東畜牧獸醫(yī)，2010（2）：57-58.

[2] 王自然.光照與溫度對(duì)雞產(chǎn)蛋率的影響[J]. 養(yǎng)殖技術(shù)顧問，2005（3）：5.

[3] 張毅坤，陳善久，裘雪紅.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.

[4] 余錫存，曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[5] 余成波.傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6] 曹漢房.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.119-120.

[7] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.95-121.