小蠶共育自動飼育機控制系統(tǒng)設(shè)計與試驗

陳宇 楊創(chuàng) 唐維東 張九通 蔣猛

摘要：小蠶共育是現(xiàn)代蠶業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為提升現(xiàn)有小蠶共育機的工作效率與可靠性，設(shè)計一套自動控制系統(tǒng)。主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和執(zhí)行驅(qū)動模塊的硬件電路與程序設(shè)計。電源模塊以雙電源自動切換方式對各硬件裝置提供電源，數(shù)據(jù)采集模塊采用STM32控制芯片搭載傳感器的方式實現(xiàn)對小蠶共育環(huán)境數(shù)據(jù)和飼育設(shè)備工作數(shù)據(jù)采集，執(zhí)行驅(qū)動模塊實現(xiàn)對飼育機的舉箔、推箔、抓箔、消毒和飼喂電機的控制。試驗結(jié)果表明：系統(tǒng)能在20 ms內(nèi)完成雙電源切換，持續(xù)供電能力達8 h以上；數(shù)據(jù)采集的溫度值誤差為±1.4 ℃，濕度值誤差為±2%，電壓值誤差為±0.5 V，電流值誤差為±0.2 A；執(zhí)行驅(qū)動模塊實現(xiàn)飼喂精度達96%以上，飼喂誤差為±3%。該系統(tǒng)可實現(xiàn)小蠶共育的系統(tǒng)控制與遠程監(jiān)控，具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：小蠶共育；遠程監(jiān)控；控制系統(tǒng)；自動飼育機

中圖分類號：S887： TP273

文獻標識碼：A

文章編號：2095-5553 （2023） 03-0055-09

Abstract： Cobreeding of young silkworms is a key link in modern sericulture production. In order to improve the working efficiency and reliability of the existing rearing machine of young silkworm， an automatic control system was designed in this paper. The main content includes the hardware circuit and program design of power module， data acquisition module and executive driver module. The power module provides power for each hardware device in the dual power automatic switching mode. The data acquisition module uses the STM32 control chip with sensors to collect the data of the environment of silkworm rearing and the working data of the rearing equipment. The executive drive module realizes the control of the foil lifting， pushing， grasping， disinfection and feeding motors of the rearing machine. The test results showed that the system could complete the dual power supply switching within 20 ms， and the continuous power supply capacity was more than 8 h; The error of temperature value of data acquisition was ±1.4 ℃， the error of humidity value was ±2%， the error of voltage value was ±0.5 V， and the error of current value was ±0.2 A; the feeding accuracy of the executive drive module was more than 96%， and the feeding error was ±3%. The system can realize systematic control and remote monitoring of small silkworm rearing， and has high application value.

Keywords： cobreeding of young silkworm; remote monitoring; control system; automatic feeding machine

0引言

中國是世界上最大的家蠶養(yǎng)殖國，2021年蠶繭產(chǎn)量約為700 kt，占全球總量的90%以上［12］。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的進一步實施，我國的養(yǎng)蠶規(guī)模有望再次進入快速發(fā)展階段［3］。同時，較傳統(tǒng)零散手工養(yǎng)蠶相比，當前我國的養(yǎng)蠶模式也發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變，其中，小蠶共育是當前較為盛行的一種養(yǎng)蠶模式，它通過將一個區(qū)域內(nèi)的蠶種集中在一處，由專業(yè)技術(shù)強的飼育人員統(tǒng)一飼育至2齡或3齡起，再分發(fā)給農(nóng)戶飼育，通過提升小蠶飼育質(zhì)量來確保最終的蠶繭產(chǎn)量［4］。然而，目前大部分地區(qū)的小蠶共育方式還主要依賴于人工，且由于我國的蠶桑養(yǎng)殖基地大多分布在邊遠地區(qū)，蠶房、蠶具等養(yǎng)殖設(shè)施較為陳舊，缺乏現(xiàn)代化的飼育裝備和高效精準的管理手段，對蠶桑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級造成不利影響［5］。

近年來，針對小蠶共育存在的問題，研究人員圍繞機械化與自動化小蠶共育開展了大量的研究。石洪康等［6］設(shè)計了一款螺旋升降式小蠶飼育機，實現(xiàn)自動喂食桑葉和撒粉消毒，但需要人工介入調(diào)節(jié)設(shè)備的作業(yè)范圍。顏鑫［7］設(shè)計了一種小蠶共育桑葉飼喂機，實現(xiàn)自動調(diào)整喂桑量與喂桑范圍，但未完成與小蠶共育飼育機的聯(lián)合調(diào)試。湯自強［8］設(shè)計了一種基于CAN總線的小蠶共育飼育機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對單臺設(shè)備的自動控制，但未能對蠶房環(huán)境和設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測。田涯涯［9］采用氣動控制設(shè)計了一款小蠶共育自動飼喂機，減低了機器的生產(chǎn)成本，但氣動控制的作業(yè)效率較低。上述研究均在一定程度上實現(xiàn)小蠶的機械化飼育，但蠶房的環(huán)境狀態(tài)，設(shè)備本身的工作性能等同樣會對小蠶共育的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，而現(xiàn)有設(shè)備均不具備環(huán)境數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測。因此，以現(xiàn)有設(shè)備為硬件基礎(chǔ)，研發(fā)一套具有遠程環(huán)境監(jiān)測和設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測的控制系統(tǒng)，對于提升小蠶共育的效率，確保生產(chǎn)安全具有十分重要的意義。

1控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計

以課題組前期研發(fā)的小蠶共育自動飼育機作為硬件基礎(chǔ)［8］，開展控制系統(tǒng)的設(shè)計。該飼育機采用拆跺、碼垛和下傳輸式的工作原理對蠶箔進行傳輸，在機身固定位置進行桑葉喂食和撒粉消毒，實現(xiàn)小蠶的自動化飼育。

本文設(shè)計的控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由電源模塊、下位機（數(shù)據(jù)采集模塊、執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊、人機交互模塊）、上位機（上位機監(jiān)控軟件、遠程監(jiān)控端）組成。其中，電源模塊采用雙電源供電設(shè)計，主電源和備用電源通過自動轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷供電，以在市電停電狀態(tài)下保證飼育機正常運行；下位機選用ARM架構(gòu)的STM32作為控制芯片，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及處理、自診斷、命令決策、設(shè)備控制、與上位機進行信息交互等功能；上位機與下位機采用USB串口通信的方式實時通信，使上位機控制界面與下位機進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)對飼育機實時監(jiān)測及控制，同時小蠶共育專家通過遠程桌面控制軟件Team Viewer可對共育現(xiàn)場進行遠程技術(shù)指導(dǎo)和在線監(jiān)測［10］。

2控制系統(tǒng)關(guān)鍵模塊硬件電路設(shè)計

2.1關(guān)鍵硬件設(shè)備選型

控制系統(tǒng)硬件包括供電電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊、人機交互模塊。本系統(tǒng)硬件設(shè)備的選擇遵循普遍性、高性價比、可靠性、便于開發(fā)等原則，使整套控制系統(tǒng)的價格在共育戶可承受的范圍之內(nèi)。參考目前市面上的硬件性能參數(shù)及實際設(shè)計需求，本系統(tǒng)采用的關(guān)鍵硬件如表1所示。

1）? 48 V開關(guān)電源。本系統(tǒng)的負載有5個48 V/5 A 的步進電機，8個24 V/1.5 A的步進電機，2個24 V/250 W的直流電機，在系統(tǒng)中分3階段工作，參數(shù)需求分別是25 A/240 W，26 A/500 W，12 A/288 W。因此本系統(tǒng)選用AY-1500A大功率開關(guān)型穩(wěn)壓電源。

2）? 5 V開關(guān)電源。系統(tǒng)中部分傳感器模塊工作電壓為5 V，為確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作。需要采用5 V的開關(guān)電源將交流220 V轉(zhuǎn)成直流5 V，因此選用T-60B 三路輸出開關(guān)電源。

3）? 控制芯片。根據(jù)系統(tǒng)的性能指標以及功能參數(shù)，要求采用一種控制處理運算速度快、能進行圖像處理、I/O接口豐富的控制單元，故選用STM32F407ZGT6作為本系統(tǒng)控制芯片。其性能穩(wěn)定、114個通用I/O口、主頻168 MHz、處理性能可達210DMIPS、8～14位并行照相機接口等優(yōu)點能夠滿足本系統(tǒng)的要求［11］。

4）? 零點位置傳感器。小蠶共育自動飼育機在運行時需要確定舉箔和抓箔電機將蠶箔抬到某個固定位置時，推箔電機才開始工作，因此必須選擇一個參考點作舉升機構(gòu)運行的標準參考點。本系統(tǒng)選用LJ12A3-4-Z/BX型電感式接近開關(guān)作為舉升電機和推箔電機的零點位置參考點。

5）? 電流傳感器。本系統(tǒng)需要對小蠶共育自動飼育機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和故障診斷，故對電源電流進行采集，選用ACS712ELCTR-30A-T芯片（該芯片檢測靈敏度穩(wěn)定，檢測電流為±30 A）檢測備用電池組兩端的電流。

6）? 溫濕度傳感器。小蠶是一種對溫度和濕度要求特別高的生物，溫濕度過高或者過低都會對小蠶的質(zhì)量造成很大的影響，甚至導(dǎo)致小蠶共育失?。?2］。為了提高小蠶的質(zhì)量和減少蠶農(nóng)不必要的損失，選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器對周圍的溫濕度進行實時采集。

7）? 圖像采集模塊。在消毒飼喂控制系統(tǒng)中，圖像的采集是第一步，采集的圖像信息對小蠶共育自動飼育機進行消毒飼喂其關(guān)鍵作用。因此選用CMOS類型的OV2640圖像采集模塊，它具有體積小、工作電壓低等優(yōu)點，具有單片UXGA攝像頭和影像處理器功能，并可以直接連接在STM32的DCMI接口上［13］。

2.2供電電源電路設(shè)計

考慮到下位機中各個模塊的工作電壓多樣、耗電量大的情況，還要保證自動飼育機運行時市電停電的情況下也能正常工作，決定采用雙電源設(shè)計，即交流（AC）220 V市電和蓄電池直流（DC）48 V供電，48 V的蓄電池供電選擇4個12 V、35 Ah的膠體電池串聯(lián)而成。其供電結(jié)構(gòu)如圖2所示。

當市電供電時，接通開關(guān)K1，市電首先經(jīng)過5 V開關(guān)電源U2將交流220 V轉(zhuǎn)成直流5 V，再經(jīng)過SPX1117M3-3.3穩(wěn)壓降壓芯片U4將直流5 V轉(zhuǎn)成直流3.3 V，為控制單元供電。接著控制單元對控制器內(nèi)部電路及外部電路進行檢測，檢測完畢后，控制繼電器KM6導(dǎo)通，48 V開關(guān)電源U1接通，然后將交流220 V的市電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需要的48 V直流電，再通過雙電源自動轉(zhuǎn)換電路SW供給系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)。當市電停電時，備用電池組BT5首先經(jīng)過SC61002穩(wěn)壓降壓芯片U3將直流48 V轉(zhuǎn)成直流5 V，再經(jīng)過U4給控制單元供電，然后控制單元按著既定程序繼續(xù)運行，同時雙電源自動轉(zhuǎn)換電路SW會接通直流48 V備用電源BT5供電電路。

2.3數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計

數(shù)據(jù)模塊負責(zé)對飼育機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并把采集到的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至STM32控制芯片，通過分析處理后控制飼育機自動工作，數(shù)據(jù)采集模塊的電路設(shè)計如圖3所示。

零點位置檢測選用24 V供電的NPN三線常開型LJ12A3-4-Z/BX接近開關(guān)傳感器，為了防止工作過程中接近開關(guān)的信號受到干擾，選用5 V供電的TLP512-4光電隔離芯片與傳感器共陽極連接，傳感器信號從光耦的輸入端輸入，經(jīng)過光耦隔離后從輸出端連接到STM32的PA11引腳，當檢測到蠶箔托架靠近時為低電平信號，反之為高電平信號，通過PA11反饋的電平信號類型，實現(xiàn)對零點位置的判斷。

蠶箔的檢測選用5 V供電的NPN三線常開型E18-D80NK光電開關(guān)傳感器，采用與零點位置檢測相同的電路設(shè)計，輸出端與STM32的PB8連接，蠶箔通過時產(chǎn)生低電平信號傳送給PB8引腳。

溫濕度檢測選用5 V供電的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，采用單總線通信，將傳感器的3腳和4腳接地，然后將2腳連接到STM32的PB12引腳。

電流傳感器選用5 V供電的ACS712ELCTR-30A-T傳感器，將傳感器的IP+和IP-腳串聯(lián)到備用電池組供電電路中，然后將VIOUT腳連接到STM32的PF4引腳。備用電池組供電電壓的檢測采用分壓電阻測量法，輸入電壓經(jīng)過電阻分壓后接入5 V 供電的LTC2051放大器，在經(jīng)過RC無源濾波后連接在STM32中具有ADC轉(zhuǎn)換功能的PF5引腳。

圖像采集選用3.3 V供電的圖像采集模塊（OV2640攝像頭、SCCB總線、電壓模塊、有緣晶振集成在一塊芯片上）與STM32的DCMI接口直接連接。

2.4執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊電路設(shè)計

舉箔和推箔電機驅(qū)動模塊，選用86HBP113AL4步進電機和2HD8080驅(qū)動器。STM32的PC2、PC3和PB14、PB15引腳分別與兩個驅(qū)動器的DIR（-）、PUL（-）接口連接，通過PC2、PC3和PB14、PB15引腳的高低電平去控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和速度［14］。驅(qū)動器的信號輸入采用共陽極的接法，所有信號的正端接在5 V電源的正端，驅(qū)動器的供電電源外接48 V的直流電，驅(qū)動器的輸出端并接兩個混合式86HBP113AL4型的M1、M5步進電機，如圖4（a）所示。

抓箔電機驅(qū)動模塊，選用17HD4007-22B步進電機和ZD-8731-D驅(qū)動器。STM32的PC0、PC1、PF2、PF3引腳分別與驅(qū)動器的DIR（2）、PUL（2）、DIR（1）、PUL（1）接口連接，通過PC0、PC1、PF2、PF3引腳的高低電平去控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和速度。步進電機驅(qū)動器的公共端COM接在5 V電源的正端，供電電源為外接24 V的直流電，輸出端接兩個兩相混合式17HD40007-22B型的M6、M7步進電機，如圖4（b）所示。

消毒飼喂驅(qū)動模塊，選用MY1016Z2直流電機和LB27驅(qū)動器。STM32的PC4引腳接入電阻R31（1 kΩ），然后接入一個三極管Q2（S8050）的2腳，三極管的1腳與繼電器KM5連接、3腳與驅(qū)動器的GND接口連接，STM32的PC5引腳直接與驅(qū)動器的V（-）接口連接。通過PC4引腳的高低電平信號控制直流電機轉(zhuǎn)動，通過PC5引腳輸出不同占空比的脈沖控制電機轉(zhuǎn)速，如圖4（c）所示。

3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計分為上位機軟件編程和下位機控制程序設(shè)計。上位機主要功能為監(jiān)控小蠶共育自動飼育機的實時運行狀態(tài)與飼喂消息，通過Team Viewer軟件實現(xiàn)遠程監(jiān)控。下位機主要功能為小蠶共育主程序、數(shù)據(jù)采集、故障診斷、人機交互。

3.1上位機軟件設(shè)計

本系統(tǒng)上位機軟件開發(fā)包含監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)庫、遠程監(jiān)控的設(shè)計，在Windows10操作系統(tǒng)下完成。監(jiān)控界面設(shè)計采用VB語言進行開發(fā)，VB語言具有文件訪問技術(shù)、數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)、圖形處理技術(shù)和通信技術(shù)等功能優(yōu)點；數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用MySQL進行開發(fā)，MySQL具有運行速度快、永久開源、系統(tǒng)體積小等優(yōu)點；遠程監(jiān)控采用Team Viewer遠程控制軟件，通過互聯(lián)網(wǎng)對共育現(xiàn)場監(jiān)控軟件進行遠程監(jiān)控［15］。上位機軟件總體框架如圖5所示。

3.1.1監(jiān)控軟件的開發(fā)

監(jiān)控軟件根據(jù)生產(chǎn)需求設(shè)計了具有控制功能的開機、關(guān)機、急停、復(fù)位、速度等級調(diào)節(jié)按鍵；報警信息、狀態(tài)信息、運行次數(shù)、環(huán)境溫濕度、歷史記錄查詢、消毒飼喂情況、故障查看、幫助界面等信息顯示界面，如圖6所示。利用VB中的MSComm控件工具對監(jiān)控軟件串口通信進行開發(fā)，實現(xiàn)上位機與下位機進行實時通訊，具體設(shè)計步驟如下：（1）在上位機監(jiān)控界面的“工程”中添加MSComm串口通信控件；（2）添加MSComm控件ID的變量對象；（3）對串口進行初始化，設(shè)置MSComm控件的屬性（參數(shù)、波特率、傳輸位數(shù)、停止位）；（4）添加串口事件的消息處理函數(shù)，根據(jù)應(yīng)用需求，編寫數(shù)據(jù)處理代碼；（5）編寫串口發(fā)送等代碼；（6）關(guān)閉串口［16］。

3.1.2數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫選用MySQL8.0，利用Navicat Premium 16接入MySQL8.0數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)庫開發(fā)。為了方便查閱和調(diào)用，數(shù)據(jù)庫采用分表的設(shè)計方式［17］，有圖像采集表、運行參數(shù)表、飼喂參數(shù)表、事件記錄表等。由于系統(tǒng)采集頻率較快，為確保數(shù)據(jù)庫運行穩(wěn)定，需要對數(shù)據(jù)庫進行優(yōu)化處理以提高查詢的速度，在數(shù)據(jù)表中建立合適數(shù)量的索引，盡量使用可變長度類型Varchar，把Data_ID字段設(shè)置為主鍵。

3.1.3遠程監(jiān)控的設(shè)計

在監(jiān)控端和被監(jiān)控端的PC機上安裝Team Viewer遠程控制軟件，在被監(jiān)控端打開Team Viewer，該軟件將自動生成一個ID號和隨機密碼，在監(jiān)控端的Team Viewer軟件輸入這個ID和密碼，就能遠程監(jiān)控共育現(xiàn)場小蠶共育自動飼育機的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)小蠶共育專家對異地的小蠶共育現(xiàn)場進行遠程在線指導(dǎo)和培訓(xùn)。

3.2下位機控制程序設(shè)計

本系統(tǒng)的編譯環(huán)境為Keil5，編程語言為C語言，采用嵌入式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)μ C/OS-II移植到STM32控制芯片中，通過設(shè)置各個任務(wù)的優(yōu)先級和并行線程去達到多任務(wù)的控制［18］。

3.2.1小蠶共育主程序

小蠶共育主程序如圖7所示。

首先讀取人機交互線程的輸入信息，讀取到開機命令后調(diào)用系統(tǒng)初始化程序，對系統(tǒng)進行初始化，并將初始化結(jié)果通過人機交互線程傳至上位機，上位機控制界面顯示“小蠶共育自動飼育機初始化完成請上箔”，待共育人員將蠶箔放入拆箔區(qū)后，點擊運行按鈕，數(shù)據(jù)采集線程里的蠶箔檢測傳感器程序就會檢測拆箔區(qū)是否有蠶箔，當檢測到拆箔區(qū)蠶箔后，小蠶共育自動飼育機就開始對堆疊好的一摞蠶箔進行拆箔、推箔、消毒飼喂、疊箔等，將這一摞堆疊好的蠶箔飼喂完后，小蠶共育自動飼育機又回到初始的狀態(tài)，等待下次飼喂命令。系統(tǒng)在運行小蠶共育主程序的同時，控制單元通過人機交互線程來定時讀取上位機發(fā)送給控制單元的信息，同時并將下位機的信息傳送至上位機。通過數(shù)據(jù)采集線程，對各數(shù)據(jù)采集點進行實時采集；通過故障診斷線程，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時診斷［19］。

3.2.2急停復(fù)位程序

急停復(fù)位程序如圖8所示，當系統(tǒng)檢測到步進電機發(fā)生丟步現(xiàn)象時系統(tǒng)自動急?；蛲话l(fā)情況時按動監(jiān)控軟件界面或者飼育現(xiàn)場的急停按鍵，待故障處理后，按下復(fù)位按鈕設(shè)備從急停狀態(tài)進入運行狀態(tài)［20］，此時程序并不會返回到主程序，而是去執(zhí)行復(fù)位程序。復(fù)位程序控制算法：在主程序中先設(shè)有一個全局變量，該變量記錄步進電機所行走步數(shù)，當調(diào)用復(fù)位程序時，首先通過變量值，確定步進電機當前所處位置，應(yīng)該執(zhí)行的動作，然后根據(jù)變量值，讓復(fù)位程序以較低的速度驅(qū)動步進電機完成余下的行程和動作，當再次到達初始點時，系統(tǒng)進行軟復(fù)位，然后以正常的狀態(tài)繼續(xù)運行。

3.2.3蠶座位置采集程序

圖像采集程序如圖9所示，首先對SCCB總線、OV2640傳感器寄存器、DMA、DCMI等進行初始化配置，然后對各個寄存器進行復(fù)位，即開始圖像采集，將采集到的圖像傳入圖像緩存區(qū)SRAM，給圖像操作系統(tǒng)的全局消息變量賦值，此時人機交互程序讀取SRAM內(nèi)的圖像信息，并將圖像信息存放至SD卡進行存儲，同時將圖像傳至圖像處理單元，進行圖像處理。控制單元將圖像處理結(jié)果傳送至控制終端顯示并存儲，根據(jù)圖像處理結(jié)果控制消毒飼喂機構(gòu)實現(xiàn)定點定量消毒喂桑。

4系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

測試地點為西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院。選取二齡蠶若干，蠶箔若干，測試時間為2022年4月，二齡蠶共育標準按照四川省《桑蠶小蠶共育技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。

4.1雙電源自動切換測試

以舉箔電機作為研究對象，利用軟件程序控制舉箔電機固態(tài)繼電器斷開，供電電源由市電切換為蓄電池，使用示波器觀測舉箔電機兩端電壓的變化。當市電供電時，舉箔電機兩端電壓為高，斷電瞬間電壓變?yōu)?，當系統(tǒng)切換到蓄電池供電時，電壓又變?yōu)楦摺Ｍㄟ^測量電壓為0時持續(xù)的時間為雙電源切換所用的時間，共重復(fù)測試10次，示波器的測量數(shù)據(jù)如表2所示。

試驗結(jié)果表明，飼育系統(tǒng)電力供應(yīng)自動切換的時間在20 ms內(nèi)，基本實現(xiàn)了市電與蓄電池之間的無縫切換，達到了系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)參數(shù)要求。

4.2數(shù)據(jù)采集準確性測試

測試系統(tǒng)采集的溫度、濕度、電流、電壓數(shù)據(jù)與人工測量的數(shù)據(jù)對比。為確保測試的準確性，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的時間節(jié)點與人工測量數(shù)據(jù)的時間節(jié)點相同，皆為每天上午10點整，連續(xù)采集10天。記錄的數(shù)據(jù)如圖10所示，經(jīng)計算，溫度值誤差為±1.4 ℃，濕度值誤差為±2%，電壓值誤差為±0.5 V，電流值誤差為±0.2 A，表明系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)與人工測量的數(shù)據(jù)誤差較小，可以滿足小蠶共育對飼育環(huán)境的要求。

4.3遠程監(jiān)控操作測試

選取二齡蠶（蠶座面積為60 cm×70 cm）作為試驗對象，通過Team Viewer軟件遠程監(jiān)控操作自動飼育機進行小蠶飼喂，隨機選取飼喂后的10個蠶箔樣本進行測量得到實際飼喂面積，與專用計算機輸出的蠶座識別面積進行比較，根據(jù)計算得到的飼喂誤差和標準誤差判斷桑葉撒喂的均勻性和范圍。飼喂過程相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，飼喂誤差在±3%以內(nèi)，此誤差來自執(zhí)行機構(gòu)的定位精度偏差；進一步觀察可知，實際飼喂區(qū)域略大于蠶座的范圍，以保證所有小蠶正常進食，96%的飼喂精度達到了系統(tǒng)設(shè)計的允許范圍，通過Team Viewer軟件遠程監(jiān)控操作能夠替代生產(chǎn)現(xiàn)場人工值機。

4.4蓄電池供電穩(wěn)定性測試

以整機運行為試驗對象，在實驗室條件下使用輔助電源供電模擬小蠶共育的實際生產(chǎn)流程，人為地斷開市電，飼育機每天運行3次，每次完成150個蠶箔的小蠶飼育，選用2齡蠶，正常飼喂桑葉，對飼育機進行10天的穩(wěn)定性試驗，單日運行時長8 h以上，其余為蓄電池自動充電，系統(tǒng)運行記錄如圖11所示。

圖11中預(yù)警次數(shù)為運行過程中意外情況出現(xiàn)的次數(shù)，例如溫濕度異常、備用電源電量不足等，誤操作次數(shù)表示出現(xiàn)預(yù)警信息后飼育機繼續(xù)運行的次數(shù)。測試表明，本文設(shè)計的小蠶共育自動飼育控制系統(tǒng)能夠達到系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的所有參數(shù)要求。

5結(jié)論

1） 設(shè)計了一種可遠程監(jiān)控的自動飼育機控制系統(tǒng)，包括硬件電路設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計。設(shè)計了一種基于雙電源供電的控制電路系統(tǒng)，并基于C語言和嵌入式多任務(wù)μ C/OS-II方法開發(fā)了下位機的自動控制程序，采用VB語言設(shè)計開發(fā)了PC端上位機監(jiān)控軟件，選用MySQL作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，并利用Team Viewer軟件實現(xiàn)飼育機的遠程監(jiān)控。

2） 通過測試表明雙電源在20 ms內(nèi)完成自動切換；數(shù)據(jù)采集準確性測試中得到系統(tǒng)采集的環(huán)境溫度值誤差在±1.4 ℃，濕度值誤差在±2%，電壓值誤差在±0.5 V，電流值誤差在±0.2 A；遠程監(jiān)控操作測試中得到飼喂誤差在±3%，飼喂精度達96%以上；蓄電池供電穩(wěn)定性測試證明了飼育機可以在蓄電池供電的情況下正常工作超過8 h。

3） 以上試驗結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能夠借助溫濕度、電壓、電流、接近開關(guān)等傳感器，實現(xiàn)系統(tǒng)在市電或蓄電池供電的情況下進行故障自診斷并自動完成飼育任務(wù)，并可通過遠程軟件對飼育機進行監(jiān)控。與之前的小蠶共育飼育機相比，本文設(shè)計的控制系統(tǒng)能夠更好地進行生產(chǎn)作業(yè)，提高小蠶飼喂效率，以及降低飼喂桑葉物料浪費，并且小蠶共育專家可以通過互聯(lián)網(wǎng)對共育現(xiàn)場進行遠程在線指導(dǎo)和培訓(xùn)，有助于確保小蠶安全高效共育，具有較強的應(yīng)用價值。

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