基于單片機(jī)的自動(dòng)鴿蛋孵化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫雪蕾

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

古話說(shuō)“一鴿勝九雞”，鴿子營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，對(duì)老年人、體虛病弱者、手術(shù)病人、孕婦及兒童非常適合。鴿子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，既是名貴的美味佳肴，又是高級(jí)滋補(bǔ)佳品。為滿足市場(chǎng)需求，鴿子的養(yǎng)殖量逐年增加。很多養(yǎng)鴿戶在鴿子孵化時(shí)，因管理不當(dāng)，出現(xiàn)很多死胎蛋，直接影響?zhàn)B鴿的經(jīng)濟(jì)效益。鴿子在孵化時(shí)會(huì)受很多因素影響，為了提高鴿子孵化率，本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的自動(dòng)鴿蛋孵化裝置，根據(jù)入孵蛋發(fā)育時(shí)期不同采用不同溫度進(jìn)行孵化，同時(shí)控制孵化濕度，自動(dòng)進(jìn)行翻蛋，可顯著提高鴿蛋孵化率，破蛋率和死胎率明顯降低。由人工孵化代替種鴿孵化，可提高種鴿的產(chǎn)蛋率，從而提高了生產(chǎn)鴿的利用率。

1 數(shù)字控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)鴿蛋孵化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。主機(jī)模塊由控制單元由STC15F2K60S2單片機(jī)、電源、時(shí)鐘電路等組成。STC系列單片機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的8051內(nèi)核單片機(jī)，在片內(nèi)資源、性能以及工作速度上都有很大的改進(jìn)，尤其采用了基于Flash的在線系統(tǒng)編程（ISP）技術(shù)，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單了，無(wú)需仿真器或?qū)Ｓ镁幊唐骶涂蛇M(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[1]。STC15F2K60S2單片機(jī)集成有8通道10位高速電壓輸入型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），采用逐次比較的方式進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，速度可達(dá)到300kHz（30萬(wàn)次/秒），可將連續(xù)變化的模擬電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。

溫度傳感器采用了DS18B20[2]，它能夠?qū)囟戎苯愚D(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)[3]，可以通過(guò)一根數(shù)據(jù)線與單片機(jī)進(jìn)行通訊，不需要外部元件，測(cè)量溫度范圍為-55～125℃，在-10～85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃，完全可以滿足自動(dòng)孵蛋的溫度要求。溫度傳感器與單片機(jī)連接時(shí)，接在P1.1引腳。

濕度傳感器選用HS1101電容式空氣濕度傳感器[4]，在不同的濕度環(huán)境下，呈現(xiàn)出不同的電容值，0%～100%RH濕度范圍內(nèi)，電容從162PF變化到200PF，誤差為2%RH，精度非常高，足以滿足本裝置的需要。空氣濕度傳感器于單片機(jī)連接時(shí)，接在P1.2引腳。

系統(tǒng)輸入鍵盤采用4X4矩陣鍵盤，實(shí)現(xiàn)電源的開(kāi)關(guān)、開(kāi)始孵化工作、溫度調(diào)整、濕度調(diào)整、翻蛋周期調(diào)整、翻蛋時(shí)間調(diào)整、手動(dòng)開(kāi)啟翻蛋、停止翻蛋、照蛋、報(bào)警值設(shè)定、提示音開(kāi)關(guān)等功能。

圖1 自動(dòng)鴿蛋孵化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖

顯示模塊用LCD顯示，采用TG12864液晶顯示屏，屬于點(diǎn)陣式液晶，可以顯示字符、數(shù)字、各種圖形、曲線及漢字。該點(diǎn)陣的屏顯成本相對(duì)較低，適用于各類儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域，用來(lái)顯示系統(tǒng)的工作情況。12864液晶顯示屏是數(shù)字式接口，采用并行接口與單片機(jī)系統(tǒng)連接。在液晶顯示器和控制器芯片連接時(shí)，顯示器的數(shù)據(jù)線 DB0（7）-7（14）與控制器芯片的P0.0-P0.7相連接，且需要10K的上拉電阻。V0端口接一個(gè)103的電位器，通過(guò)改變電位器的阻值來(lái)調(diào)整液晶顯示器的亮度。PSB引腳在高電平時(shí)選擇并口，低電平時(shí)選擇串口的接法，引腳NC不需要接任何管腳[5]。

翻蛋裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和橫桿組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端與繼電器相連，繼電器與光耦驅(qū)動(dòng)電路相連，光耦驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)的輸出端相連，接在P3.2引腳。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與橫桿帶動(dòng)裝置相連，翻蛋時(shí)電機(jī)帶動(dòng)橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)，多根橫桿并排放置，鴿蛋放置在2根橫桿中間空隙，空隙大小保證鴿蛋不會(huì)掉落或卡住。驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用60KTYZ齒輪減速同步電動(dòng)機(jī)[6]，電壓 220V，頻率 50Hz，功率 14W，轉(zhuǎn)速為15r/min。

照蛋燈采用多只高亮度LED，均勻分布，看清是否為受精卵、死胎的情況。用高亮度的數(shù)碼管顯示器來(lái)顯示孵蛋的當(dāng)前溫度、當(dāng)前濕度，高亮度數(shù)碼管成本低，發(fā)光強(qiáng)，可視性強(qiáng)。

上位機(jī)通過(guò)RS232與單片機(jī)連接，接收并顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對(duì)孵蛋過(guò)程中的溫度、濕度、翻蛋次數(shù)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、存盤、報(bào)警燈等功能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

鴿蛋孵化時(shí)會(huì)受很多因素的影響，孵化過(guò)程中，1～2天溫度為 38.2℃，3～4天降至 38℃，5～8天降至 37.8℃ ，9～10 天 降 至 37.7℃ ，11～15 天 降 至37.6℃，第15天轉(zhuǎn)入出雛機(jī)內(nèi)，溫度保持在36.8～37.0℃。相對(duì)濕度為，入孵7天內(nèi)為50%，7天后升至55%，15天后升至65%。鴿蛋孵化過(guò)程中，由于水分蒸發(fā)，蛋白質(zhì)變化，固定卵黃的系膜逐漸變軟，卵黃下沉，容易與殼膜、蛋殼貉連。因此孵化期間要每隔一小時(shí)翻蛋一次，每次變換角度為180°。這種連續(xù)反動(dòng)不僅可以防止卵黃下沉，而且可以增加胚艙的運(yùn)動(dòng)量，有利于孵化率的提高。而且，一般孵化機(jī)內(nèi)不同位置的溫度都會(huì)有差異，翻蛋可以減少溫差影響，調(diào)整不同部位的溫度。鴿蛋孵化過(guò)程中分次照蛋是為了了解受精率和胚胎發(fā)育情況，通常入孵第5天第一次照蛋，分別出未受精蛋供食用，第15天落盤時(shí)最后一次照蛋，剔除死胎，以免污染出雛盤。根據(jù)鴿蛋孵化需要的溫度、濕度、天數(shù)、照蛋燈功能需求，設(shè)定自動(dòng)鴿蛋孵化系統(tǒng)的工作原理流程圖，如圖2所示。

連接電源后，按下“電源開(kāi)/關(guān)”系統(tǒng)通電，但并未開(kāi)始工作。按下“開(kāi)始孵化”按鍵，系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行。按下“溫度調(diào)整”、“濕度調(diào)整”鍵，對(duì)設(shè)定溫度和設(shè)定濕度進(jìn)行設(shè)定，也可調(diào)整當(dāng)前溫度和當(dāng)前濕度。系統(tǒng)初始的翻蛋周期為每隔一小時(shí)翻蛋一次，按下“翻蛋周期調(diào)整”可以調(diào)整翻蛋周期。按下“翻蛋時(shí)間調(diào)整”，可以調(diào)整翻蛋電機(jī)運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)，從而調(diào)整鴿蛋的姿態(tài)。按下“報(bào)警值設(shè)定”，可以調(diào)整溫度、濕度的報(bào)警值。根據(jù)孵化需要，如果需要手動(dòng)啟動(dòng)翻蛋功能，按下“翻蛋”按鍵，翻蛋驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始工作，再次按下，翻蛋驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作。需要手動(dòng)啟動(dòng)照蛋功能時(shí)，按下“照蛋”按鍵，高亮度LED點(diǎn)亮，再次按下，高亮度LED熄滅。當(dāng)溫度、濕度與設(shè)定值相差過(guò)大時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，提示客戶查看故障，及時(shí)處理。系統(tǒng)運(yùn)行主界面如圖3所示。

圖2 自動(dòng)孵蛋孵化系統(tǒng)工作原理流程圖

圖3 自動(dòng)孵蛋孵化系統(tǒng)運(yùn)行主界面

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鴿蛋孵化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)鴿蛋孵化系統(tǒng)，采用單片機(jī)作為主控制器，對(duì)鴿蛋孵化過(guò)程中不同時(shí)期不同溫度、不同濕度、翻蛋、照蛋燈功能的控制，可以減少外設(shè)，降低功耗，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。本系統(tǒng)有效提高了鴿蛋孵化的成功率，具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。