基于單片機(jī)控制的雞舍智能控溫系統(tǒng)

丁 元，鐘友發(fā)，邱雪瑩，院東閣，孫玉文

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210031)

傳統(tǒng)中小型養(yǎng)雞場(chǎng)依靠人工喂養(yǎng)，控制精度差，自動(dòng)化程度低，勞動(dòng)力成本高［1］，諸項(xiàng)條件限制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推行自動(dòng)化養(yǎng)殖是未來(lái)的發(fā)展方向［2］。在目前的禽類(lèi)養(yǎng)殖業(yè)中，科技化程度低，新技術(shù)應(yīng)用較少。當(dāng)前惡劣的養(yǎng)殖環(huán)境，低下的養(yǎng)殖方式，大大削弱了肉雞的健康，影響雞肉品質(zhì)。雖然有少數(shù)優(yōu)秀代表如由美國(guó)泰森公司投資的孫莊雞場(chǎng)，養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)節(jié)全部采用自動(dòng)化的流水設(shè)備，是當(dāng)前中國(guó)最先進(jìn)的自動(dòng)化肉雞養(yǎng)殖基地。但這種自動(dòng)化雞舍投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)，可移植性差。作者設(shè)計(jì)了一套成體系，低成本，適用面廣的雞舍智能控溫系統(tǒng) (圖1)。該系統(tǒng)可對(duì)雞舍溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)顯示屏顯示。如果超過(guò)上下限溫度，則自動(dòng)對(duì)控溫設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，并自動(dòng)發(fā)送短信到指定手機(jī)，也可實(shí)時(shí)通過(guò)發(fā)送接收短信了解雞舍溫度。

圖1 雞舍智能控溫系統(tǒng)的構(gòu)成

1 硬件組成

1.1 溫度采集系統(tǒng)

采用數(shù)字式的溫度傳感器DS18B20。能將溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，可以通過(guò)一根數(shù)據(jù)線與單片機(jī)進(jìn)行通信［3］。測(cè)量溫度范圍為－55～125℃，在－10～85℃時(shí)精度為±0.5℃，完全可以滿足測(cè)量雞舍的溫度要求。溫度時(shí)間顯示系統(tǒng)顯示功能由LCD12864來(lái)完成。所顯示的數(shù)據(jù)是由單片機(jī)以并行方式直接輸送給帶中文字庫(kù)的12864。

該模塊的核心是VS1838B的紅外遙控模塊，采用內(nèi)屏蔽封裝，內(nèi)置紅外線接收專(zhuān)用IC。低電平有效，高靈敏度，抗光、電磁干擾能力強(qiáng)。通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收2部分組成，應(yīng)用編/解碼專(zhuān)用集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作?？赏ㄟ^(guò)遙控來(lái)設(shè)置最高溫度，最低溫度和目標(biāo)手機(jī)，以及設(shè)定時(shí)間。

1.2 終端信息處理系統(tǒng)

采用AT89C52單片機(jī)。該模塊固定于基座上，易于拆卸，更換，升級(jí)。該單片機(jī)使用廣泛，設(shè)計(jì)成熟，穩(wěn)定性高，適合用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［4］。

加熱/降溫采用中斷技術(shù)［5］。運(yùn)用簡(jiǎn)單的單片機(jī)中斷控制信號(hào)，控制外部電路的通斷，用正反相電壓和電路通斷來(lái)控制外加的控制設(shè)備，如加熱器和大功率排風(fēng)扇等［6］。

1.3 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)

采用TC35模塊，該模塊采用3.3～5.5 V電壓，通過(guò)串口通信和單片機(jī)連接，通過(guò)放置SIM卡，可用于接收發(fā)送短信。該模塊還具有電話簿，多方通話，漫游檢測(cè)等功能，是系統(tǒng)的重點(diǎn)。其供電與主板相隔離，以保證不受電磁干擾。

2 電路系統(tǒng)

雞舍智能控溫系統(tǒng)的電路系統(tǒng)由主控電路，復(fù)位電路，顯示及檢測(cè)電路，短信收發(fā)電路等部分組成 (圖2)。

2.1 主控電路

主控電路由AT89C52單片機(jī)、11.0592 MHz晶體振蕩器和電阻等元件構(gòu)成。AT89C52單片機(jī)具有CPU系統(tǒng)、存儲(chǔ)器系統(tǒng)及I/O接口和其他功能單元。主板上有蜂鳴器，紅外接收器，繼電器等元器件。當(dāng)溫度超過(guò)上下限時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲響，通過(guò)繼電器對(duì)溫度進(jìn)行反饋控制。繼電器與單片機(jī)的P1.3口進(jìn)行通訊。

圖2 雞舍智能控溫系統(tǒng)的電路

2.2 復(fù)位電路

復(fù)位電路使用的是51/AVR復(fù)位電路，采用的是5 V供電。復(fù)位電路采用上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位相結(jié)合的方案。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位按鈕，電容C通過(guò)電阻R1迅速放電，使RSTVPD迅速變?yōu)楦唠娖?，松開(kāi)后，電容通過(guò)R2和內(nèi)部下拉電阻充電，逐漸使RSTVPD恢復(fù)低電平。

2.3 顯示及檢測(cè)電路

顯示及檢測(cè)電路由LCD12864組成，通過(guò)連接單片機(jī)的P2.0～P2.5和P0.0～P0.7接口引腳，5 V供電，1和20口端接地。

2.4 短信收發(fā)電路

短信收發(fā)電路用的是TC35模塊，通過(guò)TTL電平直接與單片機(jī)的TTL串口通信，用12 V外加電源與單片機(jī)供電。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序

主程序是系統(tǒng)的核心程序，內(nèi)含多個(gè)子程序，可根據(jù)情況調(diào)用，如初始化程序，12864顯示程序，紅外遙控程序等 (圖3)。在程序運(yùn)行的過(guò)程中必須先經(jīng)過(guò)初始化，包括中斷程序以及各個(gè)控制端口的初始化。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入12864顯示程序，通過(guò)引腳輸出圖形。接著進(jìn)入設(shè)置程序。通過(guò)遙控設(shè)置發(fā)送目標(biāo)的手機(jī)號(hào)碼，時(shí)間，最高和最低溫度值，通過(guò)串口讀取。通過(guò)終端控制加熱/降溫模塊完成對(duì)溫度的控制。

3.2 溫度監(jiān)控程序

溫度采集主要由 DS18B20傳感器完成。DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此系統(tǒng)對(duì)DS18B20編程時(shí)必須完全按機(jī)寫(xiě)時(shí)序、讀時(shí)序、復(fù)位時(shí)序進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)超過(guò)最高/最低溫度時(shí)，調(diào)用控制程序，輸出高電平，使外接電源通路，觸發(fā)風(fēng)扇/加熱器，并調(diào)用短信發(fā)送程序。超過(guò)限定時(shí)間后，外界電路自動(dòng)斷電，并重新調(diào)用DS18B20進(jìn)行測(cè)溫。若是仍超過(guò)設(shè)定溫度，則重發(fā)短信，外界電路通電后繼續(xù)工作。若滿足條件，則不工作［7］。

圖3 雞舍智能控溫系統(tǒng)的軟件流程

該方式讀取溫度具有可控的時(shí)間間隔，在保證準(zhǔn)確度的情況下，大大降低了能源損耗，延長(zhǎng)了機(jī)器壽命，也減少了故障幾率，降低了成本［8］。

3.3 短信收發(fā)程序

收發(fā)短信有2種模式。一是紅外遙控監(jiān)測(cè)模式。是通過(guò)編輯中斷程序，預(yù)先設(shè)定短信內(nèi)容，當(dāng)超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，可直接在程序中進(jìn)行調(diào)用，實(shí)時(shí)發(fā)送短信并自動(dòng)撥打制定電話作為提醒，該模式有定時(shí)功能，可防止短時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)發(fā)送。二是通過(guò)用戶發(fā)送短信到設(shè)定手機(jī)號(hào)，單片機(jī)收到短信后，讀取當(dāng)前的雞舍環(huán)境溫度，再發(fā)送短信到用戶手機(jī)。這2種方式可滿足養(yǎng)殖的具體要求［9］。

4 試用效果

試驗(yàn)設(shè)定雞舍智能控溫系統(tǒng)最高溫度為24℃，最低溫度為14℃。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試后，記錄溫度變化如圖4所示。本系統(tǒng)能夠很好、平穩(wěn)地控制雞舍的溫度，能夠保證雞舍溫度處于動(dòng)態(tài)的可控范圍內(nèi)，避免由于晝夜溫差過(guò)大引起的雞舍過(guò)大溫差，保證雞舍的舒適度。

從圖4中也暴露出系統(tǒng)的不足，在一次采集溫度的過(guò)程中，出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況，經(jīng)檢查是由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)局部溫度過(guò)高。由此說(shuō)明系統(tǒng)的溫度檢測(cè)部分有漏洞，過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有二次判定的功能。并且，該系統(tǒng)的加熱裝置反應(yīng)速度太慢，其效率有待提高。

圖4 雞舍智能控溫系統(tǒng)的溫度測(cè)試效果

5 小結(jié)

通過(guò)使用單片機(jī)，GSM系統(tǒng)，紅外遙控等技術(shù)設(shè)計(jì)了一套雞舍智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有功能齊全，穩(wěn)定性好，人機(jī)互動(dòng)高，多模塊結(jié)合，易于檢修和替換等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，系統(tǒng)成本低，系統(tǒng)的通用性好。非常適合1萬(wàn)羽以下肉雞雞舍的養(yǎng)殖場(chǎng)，也適用于放養(yǎng)、蛋雞、種雞的養(yǎng)殖。通過(guò)控制雞舍的溫度條件，能夠保證雞的健康生長(zhǎng)，降低發(fā)病率，增加上肉率，使得雞的品質(zhì)得到保證。

目前，系統(tǒng)溫度檢測(cè)裝置還沒(méi)有自檢功能，加熱和降溫效果慢，不適用于精確控制。在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，可以加入ZIGBEE技術(shù)，完成多點(diǎn)溫度采集。同時(shí)加入模糊算法和二次判定等程序，使溫度檢測(cè)更加靈敏、智能，溫度控制更加合理。

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