基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能孵化器設(shè)計(jì)

伴隨時(shí)代的進(jìn)步，初代的自動(dòng)孵化器已不能滿(mǎn)足需要。本設(shè)計(jì)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、電力電子、單片機(jī)等技術(shù)，制作出一個(gè)全自動(dòng)的智能孵化器。用戶(hù)可將雞蛋放入機(jī)器中，便可全程無(wú)人監(jiān)管自動(dòng)孵化，并且應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將機(jī)器接入互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)聽(tīng)，運(yùn)籌帷幄之中，遙控千里之外。更強(qiáng)大的硬件配置，更人性化的軟件設(shè)計(jì)，對(duì)國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)逐步走向智能化，趕上時(shí)代潮流具有重大現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 電力電子 單片機(jī)技術(shù) 智能孵化器

隨著科學(xué)的發(fā)展，物質(zhì)需求的不斷提高，母雞孵蛋顯然是不現(xiàn)實(shí)的，為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，人們發(fā)明了自動(dòng)孵化器。孵化器這個(gè)機(jī)器出現(xiàn)了很多年，但是自從它出現(xiàn)后，好像沒(méi)有多少人給它升過(guò)級(jí)，以至于其落后的技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今的生產(chǎn)需求。因此，智能孵化器應(yīng)運(yùn)而生。

更先進(jìn)的技術(shù)，更強(qiáng)悍的硬件配置，更人性化的軟件操作，更安全放心的保護(hù)措施，都讓其趕上了時(shí)代的潮流，為養(yǎng)殖業(yè)和畜牧的發(fā)展做出了微薄的貢獻(xiàn)。

為了開(kāi)發(fā)這款設(shè)備，進(jìn)行了一系列詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這款電控板幾乎占據(jù)了整個(gè)市場(chǎng)，并通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，該電控板用的幾乎是上世紀(jì)的技術(shù)，繼電器控制溫濕度，數(shù)碼管界面顯示，變壓器+LM7805整流穩(wěn)壓，臺(tái)灣生產(chǎn)的無(wú)晶振八位單片機(jī)。深入實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，利用這款電控的孵化器孵化率基本無(wú)法達(dá)到80%，浪費(fèi)率及其高，各個(gè)廠家都在極力的把機(jī)器外殼和加熱器加濕器等做到很好，來(lái)彌補(bǔ)電控的不足。這一點(diǎn)更加堅(jiān)定了我要做好這款機(jī)器的決心。下面，我將具體展開(kāi)，詳細(xì)說(shuō)明這款機(jī)器的昨天，今天與明天。

1 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)

新型智能孵化器整體分為四個(gè)部分：電力電子，嵌入式控制，物聯(lián)網(wǎng)通信和機(jī)器外殼。電力電子主要是通過(guò)晶閘管控制加熱加濕排風(fēng)等大功率動(dòng)作，是控制板的工兵；嵌入式控制是控制板的指揮官，負(fù)責(zé)命令全體；物聯(lián)網(wǎng)通信是控制板的通信員，負(fù)責(zé)連接云服務(wù)器，與外界通信；機(jī)器外殼是整個(gè)機(jī)器的堡壘，里面擁有加熱扇，翻蛋器，加濕管，排風(fēng)扇。如圖1所示。

2 各部分設(shè)計(jì)

2.1 電力電子設(shè)計(jì)

電力電子主要通過(guò)晶閘管控制加熱和加濕裝置。本設(shè)備采用晶閘管交流開(kāi)關(guān)方案。而原來(lái)那套電控采用的是12V繼電器位式控制，要知道繼電器的電磁鐵一秒鐘只能吸合幾下，并且壽命只有數(shù)十萬(wàn)次，這將嚴(yán)重限制了溫度濕度的控制。我們的方案中，由于晶閘管是半導(dǎo)體元件，開(kāi)關(guān)頻率非常高，我們利用220V 50HZ交流市電的特點(diǎn)，每當(dāng)電壓過(guò)零的時(shí)候?qū)ňчl管，這樣便可以使用PID算法去實(shí)現(xiàn)高精度的溫控濕控。由于溫控濕控有很強(qiáng)的滯后性，我們這里采用了PD控制，控制精度可達(dá)0.05度。

電源方案我們摒棄了原來(lái)的大變壓器+LM7805方案，采用了小巧的開(kāi)關(guān)電源，既節(jié)約了成本，又縮小了體積，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。

2.2 嵌入式控制系統(tǒng)

嵌入式控制是整套機(jī)器的核心，它將指揮其他部分去工作。為了給它一個(gè)強(qiáng)悍的大腦，我挑選了一款主流的32位單片機(jī)STM32F103，80Mhz的主頻保證了它的運(yùn)行速度。

顯示界面部分我選用了2.2寸的彩色液晶，取代了原來(lái)的不友好的數(shù)碼管顯示，更好的人機(jī)交互界面，讓用戶(hù)像用手機(jī)一樣操作機(jī)器。

軟件上，原有的電控軟件上只有溫濕控，模式選擇和數(shù)碼管顯示，我在新的電控上加上了很多更智能更人性化的設(shè)計(jì)。如異常處理，機(jī)器鎖定，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，固件升級(jí)，倒計(jì)時(shí)，計(jì)劃規(guī)劃，計(jì)劃更改等等，這些人性化的功能均能在操作界面去設(shè)置更改。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)通信

作品加入了關(guān)鍵性的技術(shù)——物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)不簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單是從前那個(gè)局域網(wǎng)控制或者TCP/IP透?jìng)鞯耐ㄐ偶夹g(shù)了，云服務(wù)器的壯大讓它成為了真正的“物聯(lián)網(wǎng)”。我們讓機(jī)器接入了微信硬件云和氦氪云服務(wù)器，此時(shí)此刻，我們的機(jī)器已經(jīng)成了龐大的互聯(lián)網(wǎng)中的一份子，我們只需要用我們的手機(jī)或者計(jì)算機(jī)訪問(wèn)該云服務(wù)器便可以監(jiān)聽(tīng)和控制機(jī)器了。

硬件采用了ESP8266 WIFI通信模塊，固件分為兩個(gè)版本，分別是微信版和APP版。微信版固件接入了微信硬件云服務(wù)器，運(yùn)用AirKiss技術(shù)，用戶(hù)以微信公眾號(hào)H5界面的形式控制；APP版本接入了氦氪云，用戶(hù)以APP的形式控制。微信版適用于個(gè)人用戶(hù)，使用方便，無(wú)需下載安裝app，掃碼即可控制，但是后臺(tái)能力匱乏，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析能力不足。氦氪云適用于企業(yè)用戶(hù)，擁有強(qiáng)大的群體管理能力，后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，遠(yuǎn)程后臺(tái)固件升級(jí)等。無(wú)論是哪種固件形式，用戶(hù)均可以在任何有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，通過(guò)我們開(kāi)發(fā)的微信公眾號(hào)或者APP上檢測(cè)孵化器的狀態(tài)和控制各項(xiàng)參數(shù)，一旦發(fā)生異常，會(huì)立即給用戶(hù)推送消息，并及時(shí)做出處理。

2.4 機(jī)器外殼

我們利用泡沫和鋁打造了一個(gè)保溫的機(jī)器外殼，里面加上了加熱扇，排風(fēng)扇，翻蛋器，加濕管等設(shè)備。

3 推廣前景和結(jié)論

機(jī)器做了全面的升級(jí)，孵化率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原有的那套設(shè)備，一旦推出，定會(huì)受到市場(chǎng)的歡迎。

由于機(jī)器集成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，廠家可以賣(mài)的就不單單是機(jī)器，更可以是服務(wù)。生產(chǎn)廠家可以給用戶(hù)提供后臺(tái)技術(shù)支持，設(shè)備維護(hù)，數(shù)據(jù)分析，異常處理等，用戶(hù)要做的僅僅是放蛋和收雞，其他全由廠家提供服務(wù)。

通過(guò)新型智能孵化器的成功設(shè)計(jì)，養(yǎng)殖戶(hù)可以運(yùn)籌帷幄之中，遙控千里之外。更強(qiáng)大的硬件配置，更人性化的軟件設(shè)計(jì)，對(duì)國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)逐步走向智能化，趕上時(shí)代潮流具有重大現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

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作者簡(jiǎn)介

張慧燕（1994-），華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。

作者單位

華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 河北省唐山市 063009