畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

宋衛(wèi)海，黃振軒，楊現(xiàn)德

（山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

宋衛(wèi)海，黃振軒，楊現(xiàn)德

（山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

介紹了一種畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和示范性應(yīng)用，對(duì)硬件電路和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，該控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)溫度、濕度和其它參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，可改善畜禽舍的局部小氣候環(huán)境，提高畜禽的生長(zhǎng)性能，降低發(fā)病率。

畜禽養(yǎng)殖；智能監(jiān)測(cè)；控制器

1.引言

山東省是畜禽養(yǎng)殖大省，畜禽的生長(zhǎng)性能除受遺傳、營(yíng)養(yǎng)等因素影響外，更直接受其生長(zhǎng)環(huán)境的影響，尤其是溫度、濕度及氨氣等幾個(gè)關(guān)鍵因素的影響。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)畜禽養(yǎng)殖采用的都是通過(guò)簡(jiǎn)單的儀器判斷當(dāng)前溫濕狀態(tài)，根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉相應(yīng)的畜禽舍環(huán)境調(diào)控設(shè)備，不僅效率低，而且控制效果不好。因此設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一種畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)控制器，利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)畜禽舍的溫度、濕度和氨氣等參數(shù)，通過(guò)自動(dòng)控制裝置對(duì)畜禽舍進(jìn)行環(huán)境控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的調(diào)節(jié)溫度、濕度等可改善畜禽舍的局部小氣候環(huán)境，提高畜禽的生長(zhǎng)性能，降低發(fā)病率，對(duì)于畜禽的健康生長(zhǎng)、實(shí)施畜禽規(guī)模養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.智能監(jiān)測(cè)控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)控制器主要解決大型養(yǎng)雞場(chǎng)、養(yǎng)豬場(chǎng)、養(yǎng)羊場(chǎng)等規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)問(wèn)題，自動(dòng)監(jiān)測(cè)并顯示養(yǎng)殖場(chǎng)的溫度、濕度、氨氣、硫化氫和二氧化碳濃度，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)?？刂破髂軐?duì)溫度（范圍-40~120℃）、濕度 （0～100%RH）、二氧化碳 （0～2000ppm）、硫化氫（0～l00ppm）、氨氣（0～100ppm）進(jìn)行采集，通過(guò)智能化程序進(jìn)行處理，向執(zhí)行器發(fā)出指令啟停通風(fēng)、噴水、加溫等設(shè)施進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)?？刂破骶哂酗@示功能，能夠顯示溫室內(nèi)的溫度、濕度、氨氣數(shù)據(jù)；參數(shù)設(shè)置功能，通過(guò)鍵盤(pán)，可以設(shè)置溫度控制范圍、多級(jí)降溫運(yùn)行時(shí)間、定時(shí)通風(fēng)周期、通風(fēng)時(shí)間、定時(shí)噴水（霧）周期、噴水（霧）時(shí)間；自動(dòng)降溫功能（多級(jí)降溫控制）：當(dāng)室內(nèi)溫度高于所設(shè)溫度上限時(shí)，控制器自動(dòng)啟動(dòng)第一級(jí)降溫設(shè)備（1級(jí)風(fēng)機(jī)），在第一級(jí)降溫運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，如果溫度降到正常，則自動(dòng)關(guān)閉第一級(jí)降溫設(shè)備；如果溫度未降到正常，自動(dòng)打開(kāi)第二級(jí)降溫設(shè)備（2級(jí)風(fēng)機(jī)），在第二級(jí)降溫運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，如果溫度降到正常，則自動(dòng)關(guān)閉第一級(jí)和第二級(jí)降溫設(shè)備；如果溫度未降到正常，再打開(kāi)第三級(jí)降溫設(shè)備（濕簾），直到溫度降到正常為止；升溫控制功能：當(dāng)室內(nèi)溫度低于所設(shè)溫度下限時(shí)，控制器自動(dòng)啟動(dòng)加熱設(shè)備，當(dāng)溫度升到正常時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉加熱設(shè)備；定時(shí)通風(fēng)功能，根據(jù)所設(shè)定的定時(shí)通風(fēng)周期（0~999分鐘）和通風(fēng)時(shí)間（0~99分鐘），自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)。如果通風(fēng)周期和通風(fēng)時(shí)間都設(shè)定為0，則定時(shí)輸出1無(wú)效；定時(shí)噴霧功能：根據(jù)所設(shè)定的噴霧周期 （0~999分鐘）和噴霧時(shí)間 （0~99分鐘），自動(dòng)控制水泵或噴霧機(jī)。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)以實(shí)用為目的，以低價(jià)為目標(biāo)。根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，可包括傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

圖1 智能控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.1.1 傳感器

溫濕度一體型傳感器選用AMT1001，信號(hào)采用模擬電壓輸出方式，該傳感器具有精度高，可靠性高，一致性好，且已帶溫度補(bǔ)償，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，使用方便及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，溫度連線(xiàn)加一個(gè)10K電阻；硫化氫傳感器選用MQ136，該傳感器性?xún)r(jià)比較高，能滿(mǎn)足要求；氨氣傳感器選用MQ137，性?xún)r(jià)比較高，能滿(mǎn)足要求；二氧化碳傳感器選用MG811，具有較好的靈敏性和選擇性，穩(wěn)定性較高，能滿(mǎn)足要求。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：

單片機(jī)選用STC89S52，通過(guò)通信口即可寫(xiě)入程序，即通信端口RS232可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸用也可用作編程寫(xiě)入。傳感器送出的是模擬信號(hào)，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，把來(lái)自各傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，精度8 bit，8路輸入，8路輸出。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路

2.1.3 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)：

數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)采用觸摸屏顯示，能完成較好的數(shù)據(jù)后處理，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖表顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、采用專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行控制優(yōu)化等。 觸摸屏數(shù)據(jù)顯示電路如圖3所示。

圖3 觸摸屏數(shù)據(jù)顯示電路

2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：

通過(guò)RS232串口通信把采集數(shù)據(jù)送PLC和觸摸屏，并接收PLC和觸摸屏的數(shù)據(jù)信息送單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)電路圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)電路圖

2.1.5 執(zhí)行系統(tǒng)：

執(zhí)行系統(tǒng)是把來(lái)自PLC的控制信息變成實(shí)際的動(dòng)作，啟停相關(guān)的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的改變。如啟停通風(fēng)設(shè)備，啟停噴水設(shè)備（電磁閥門(mén) 微型泵 濕簾），啟停加溫設(shè)備等。如果設(shè)備功率較大，要通過(guò)中間繼電器與PLC相連接。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本控制器軟件部分包括溫濕度、硫化氫、氨氣、二氧化碳信號(hào)采集，數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通信軟件設(shè)計(jì)，PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)?？傮w框圖如圖5所示。

圖5 軟件設(shè)計(jì)總體框圖

在數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)直接由單片機(jī)控制，顯示位數(shù)8位，顯示通道號(hào)和數(shù)據(jù)，每次顯示一路數(shù)據(jù)，8路數(shù)據(jù)循環(huán)顯示；在數(shù)據(jù)通信軟件設(shè)計(jì)中，觸摸屏顯示和PLC控制都需要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，采用串口通信方法把采集數(shù)據(jù)傳送到觸摸屏和PLC；觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο缶幊谭椒?，主界面如圖6所示。在PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，PLC數(shù)據(jù)傳輸程序如圖7所示。

圖6 觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)

圖7 PLC數(shù)據(jù)傳輸程序

3.結(jié)語(yǔ)

養(yǎng)殖場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)控制器軟硬件設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，達(dá)到預(yù)期的效果。通過(guò)在齊河縣西魏養(yǎng)豬場(chǎng)、潘店養(yǎng)殖公司等示范點(diǎn)應(yīng)用，提高了畜禽的生長(zhǎng)性能，降低發(fā)病率，得到了養(yǎng)殖業(yè)戶(hù)的好評(píng)，具有很好的推廣價(jià)值。

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編輯：馮惟榘

TP31

：A

：2095-7327（2015）-06-0027-03

宋衛(wèi)海(1973-)，男，山東桓臺(tái)人，山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)械電子工程系副主任，副教授，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。