基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計（可編輯）

1、分類號tp273+. 2學(xué)校代碼10129udc 621學(xué)號2011205044基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計design of the henhouse environment intelligent controllerbased on mcu申請人：劉引弟學(xué)位類別：工程碩士領(lǐng)域：農(nóng)業(yè)工程指導(dǎo)教師：錢珊珠教授李建光工程師論文提交日期：二？一三年六月摘要在雞的養(yǎng)殖過程中，雞舍環(huán)境對雞的生長和生產(chǎn)性能影響重大,通過養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)和有關(guān)科學(xué)研宄表明，光照和溫濕度是影響雞舍環(huán)境最主要的因素，它們與肉雞的生長狀況和蛋雞的產(chǎn)蛋質(zhì)量有非常密切的關(guān)系。本文通過分析國內(nèi)養(yǎng)雞業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及h前影響?zhàn)B雞業(yè)

2、發(fā)展所存在的問題，針對中小型養(yǎng)雞場研宂并設(shè)計一套集燈光控制與通風(fēng)控制為一體的雞舍環(huán)境智能控制器。設(shè)計以stc90c58rd+單片機為核心，以bii1750光照傳感器和am2301濕度傳感器為檢測元件，成本低廉、使用方便、操作簡單、可靠性高,并且對不同種類、不同日齡的雞都適用。本文詳細(xì)介紹了控制器的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，硬件部分主要由獨立按鍵電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲擴展電路、實時時鐘電路、通信接門電路以及液晶顯示電路組成。軟件部分主要是在keil nvision3中使用c語言進行模塊化編程，主要包括鍵盤模塊、數(shù)據(jù)釆集模塊、時鐘模塊、顯示模塊等。本文將控制器實物與軟件程序相結(jié)合進行調(diào)試，驗證了硬

3、件電路和軟件程序的正確性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的基本要求。關(guān)鍵詞:雞舍;燈光;溫濕度;單片機;控制design of the henhouse environment intelligent controller based onmcuabstracthenhouse environment affects the growth and production of chicken.breedingindustry and related scientific research shows that light,temperature and humidity are themost importa

4、nt factors in henhouse environment, which have a veryclose relationship withgrowth of broiler chickens and eggs' quality of laying hensthisarticle analyses current development and the problems of the domesticpoultryindustry. additionally, an intelligent controller with lighting andventi1ation co

5、ntrol isdesigned for small and medium-sized chicken farm. stc90c58rd +microcontroller is thecore of the design, bh1750 light sensor and am2301 temperature andhumidity sensorsare the detecting elements- the controller is low cost and easy touse, with simpleoperation and high reliability. moreover, it

6、 is adapt to differenttypes of chickens atdifferent agesthis paper describes the design of hardware andsoftware of the controller in detailthe hardware part concludes theindependent button circuit, data acquisition circuit, datastorage expansion circuit, real-time clock circuit, communicationinterfa

7、ce circuit and lcddisplay circuit. the software part, programming mainly in the keilu vision3 and using clanguage to program modularly, concludes keyboard module, dataacquisition module,clock module and display module, etckey words: house;light;temperature and humidi ty;mcu;controldirected by :prof.

8、 qian shanzhuagricultural engineeringapplicant for master degree: liu yindicollege of mechanical and electrical engineering, inner mongoliaagricultural university,huhhot 010018,china 0 錄1引言.11.1課題的研究背景11.2雞舍環(huán)境對雞的影響.11.2. 1光照對雞的影響21.2.2溫、濕度對雞的影響21.3國內(nèi)外雞舍環(huán)境控制的研宂概況31.4我國雞舍環(huán)境控制存在的主要問題.41.5研宄意義及內(nèi)容41.5.1研

9、宄意義41.5.2研宄內(nèi)容42系統(tǒng)總體方案的設(shè)計52.1系統(tǒng)的運行方案設(shè)計.52.1.1雞舍環(huán)境參數(shù)的確定52. 1.2光照系統(tǒng)的方案設(shè)計6 2.1.3通風(fēng)系統(tǒng)的方案設(shè)計82.2系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計.83硬件電路設(shè)計.103. 1單片機的選擇103. 1. 1單片機概述103. 1.2 stc90c58rd+單片機介紹.113. 1.3單片機晶振電路和復(fù)位電路.123.2傳感器的選擇與連接133.2.1光照傳感器選擇133.2.2溫濕度傳感器選擇143.2.3傳感器采集電路153.3直流穩(wěn)壓電源電路163.4獨立按鍵電路173.5日歷時鐘電路173.6液晶顯不電路183.7外部擴展rom電路19

10、3.8其他輸出電路203.8. 1繼電器驅(qū)動電路203. 8.2報警電路21 3.8.3數(shù)據(jù)通信接口電路設(shè)計214雞舍控制器軟件程序設(shè)計224. 1編程軟件簡介224.2系統(tǒng)主程序234.3 1c總線數(shù)據(jù)通信協(xié)議234.4數(shù)據(jù)存儲驅(qū)動程序設(shè)計.254.5燈光控制系統(tǒng)254.6雞舍通風(fēng)控制程序設(shè)計.264.7鍵盤程序.274. 8液晶顯不程序284.9日歷時鐘程序設(shè)計284. 10濾波程序295系統(tǒng)調(diào)試.295. 1系統(tǒng)硬件調(diào)試295.2系統(tǒng)軟件調(diào)試305.3系統(tǒng)整體調(diào)試306結(jié)論與展望336. 1結(jié)論336.2展望33致謝.35參考文獻36附錄38作者簡介56插圖和附表清單1. 圖1系統(tǒng)運行流

11、程圖52. 圖2斯凱灣養(yǎng)雞場雞舍內(nèi)景63. 圖3雞舍燈光全部關(guān)閉74. 圖4雞舍第一組燈亮75. 圖5雞舍第一、二組燈亮.86. 圖6雞舍三組燈光全部都亮87. 圖7總體方案設(shè)計圖98. 圖8系統(tǒng)硬件電路框圖109. 圖 9 stc90c58rd 封裝圖 1110.圖10單片機晶振電路和復(fù)位電路1311.圖11bh1750光照傳感器模塊說明圖和實物圖.1412.圖12am2301實物圖.1413.圖13傳感器采集電路圖.1614.圖14直流穩(wěn)壓電源電路.1615.圖15按鍵與單片機連接圖1716.圖16ds1302芯片封裝1817.圖17時鐘電路圖.1818.圖18lcm1604 實物圖.18

12、19.圖19液晶顯小模抉電路.1920.圖20at24c02與單片機連接圖2021.圖21繼電器實物圖2022.圖22繼電器電路圖2023.圖23報警電路2124.圖24數(shù)據(jù)通信接口電路設(shè)計2125. 圖 25 keil uvision3 操作界面.2226. 圖26主控程序工作流程圖23227. 圖27 i c總線數(shù)據(jù)傳送時序圖24228. 圖28 i c總線起始信號與停止信號時序圖.24229. 圖29 t c總線數(shù)據(jù)傳輸吋序圖2430. 圖30 at24c02讀寫數(shù)據(jù)流程圖2531. 圖31燈光控制流程圖2632. 圖32通風(fēng)控制流程圖2633. 圖33傳感器采集數(shù)據(jù)流程圖2734.圖3

13、4按鍵檢測流程圖2835. 圖35 lcm1604工作流程圖2836. 圖36時鐘讀取程序流程圖2937. 圖37濾波程序圖.2938. 圖38系統(tǒng)pcb圖.3039. 圖 39 keil uvision3 操作界面 3040. 圖40控制器設(shè)置選擇界面3141. 圖41控制器對雞種類的設(shè)置界而3142. 圖42控制器對年份的設(shè)置界面.3243. 圖43控制器運行狀態(tài)顯示界面13244.圖44控制器運行狀態(tài)顯示界面23345. 表1設(shè)計所需參數(shù)確定646. 表2 p3 口的第二功能定義1247表3 am2301相對溫度性能表1548.表4 am2301相對濕度性能表151內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位

14、論文1引言1.1課題的研宄背景雞舍環(huán)境控制就是通過一系列措施,使雞舍環(huán)境始終適于雞的生長發(fā)育，防止雞因環(huán)境不適而引發(fā)疾病，避免因季節(jié)氣候的變化對養(yǎng)雞業(yè)造成影響，從而保證雞產(chǎn)品的持續(xù)供給。對雞舍環(huán)境控制的研究不僅是養(yǎng)雞業(yè)的耍求,也是解決“三農(nóng)”問題的需求。農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民問題是近年來政府主要重視的問題，近期的十八大報告再次指出解決好“三農(nóng)”問題是全黨工作的重中之重，報告還指出城鄉(xiāng)發(fā)展一體化是解決“三農(nóng)”問題的根本途徑，要形成以工促農(nóng)、以城帶鄉(xiāng)，工農(nóng)互惠的新型工農(nóng)、城鄉(xiāng)關(guān)1系。在這種有利形式下，畜牧業(yè)作為承工啟農(nóng)的“中軸產(chǎn)業(yè)”必將得到進一步的發(fā)展。養(yǎng)雞業(yè)是畜牧業(yè)中最常見的一種,有較早的養(yǎng)殖傳統(tǒng)。我國是

15、世界上最早養(yǎng)雞的國家之一,大約在七八千年以前我國人民就開始了養(yǎng)雞活動。近20年,我國的養(yǎng)雞業(yè)迅速發(fā)展，尤其是肉雞的飼養(yǎng)持續(xù)保持了快速增長的勢頭。2001年我國加入世貿(mào)組織后，雞產(chǎn)品能夠直接參與國際市場競爭，有了打入國際市場的機會，2002年我國禽蛋生產(chǎn)量己經(jīng)達到2535萬噸，禽肉產(chǎn)量高達1 350萬噸，人均占有量9公斤，2-3接近世界的平均水平。同時，隨著國際動物福利組織、國際環(huán)保組織以及歐盟和美國等國家和地區(qū)對動物福利關(guān)注程度的增高,我國雞產(chǎn)品的出口也越來越受到關(guān)于動物福利方面新的技術(shù)壁壘，因此，在雞養(yǎng)殖過程中對動物福利的關(guān)注程度會直接影響到養(yǎng)雞業(yè)產(chǎn)品的出口及其持續(xù)發(fā)展。另一方面,隨著我國人

16、口的不斷增長和人們生活水平的不斷提高，雞產(chǎn)品的需求量還在不斷加大，科學(xué)養(yǎng)雞已經(jīng)成為一個2-3潮流。我國的養(yǎng)雞業(yè)在技術(shù)上已經(jīng)取得一定的成就，同養(yǎng)雞業(yè)發(fā)達的國家相比，在雞的品種、所供應(yīng)的飼料和對雞的疾病防治技術(shù)上差距逐漸縮小,但我國養(yǎng)雞業(yè)中，大部分是以農(nóng)戶中小規(guī)模養(yǎng)雞業(yè)為主，在雞的飼養(yǎng)環(huán)境與設(shè)施方面還奮很大的差距，所以研究一套針對中小型養(yǎng)雞場的雞舍環(huán)境控制器意義重大。1.2雞舍環(huán)境對雞的影響雞舍環(huán)境對雞的生長發(fā)育影響重大。研究表明，養(yǎng)雞場雞只的大腸桿菌和慢性4-5呼吸道等疾病與其養(yǎng)殖環(huán)境的優(yōu)劣密切相關(guān)，目前造成養(yǎng)雞業(yè)生產(chǎn)損失較大的最主耍的因素之一是雞場環(huán)境控制不合理。雞舍環(huán)境是一個完整的系統(tǒng),包括

17、光照、溫濕度、灰塵、氨氣、二氧化碳以及其他環(huán)境因素。國內(nèi)有關(guān)人員的研宂表明:對雞舍環(huán)境影響最大的幾個因素有光照、溫度和濕度。通過對雞舍的環(huán)境控制可保證6-7雞群健康，明顯提高雞只的生產(chǎn)性能，對雞舍環(huán)境進行改善也可以改善動物福利。2基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計1.2. 1光照對雞的影響光照時間及光照強度與雞的代謝、活動及行為關(guān)系密切。對于蛋雞而言，光昭8對蛋雞的性成熟、產(chǎn)蛋吋間、蛋的質(zhì)量等各個方面都有很大的影響。育成期的蛋雞光照時間要適宜，因為時間過短將推遲蛋雞的性成熟，產(chǎn)蛋量減少,過長則使蛋9雞性成熟提前，過早成熟的雞產(chǎn)蛋率低，蛋的質(zhì)量差。對于肉雞而言，光照時間對肉雞生產(chǎn)性能也有非常重

18、要的影響。對小日齡的肉雞來說，光照時間太短，對堉重會有負(fù)面的影響；對人日齡的肉雞來說，在一定范圍10內(nèi)，光照時間越短，飼料的轉(zhuǎn)化率越高，雞的生長速度越快，死亡率也越低。雛雞的視線較弱，只有充足的光照強度和足夠的光照時間才能使它們熟悉環(huán)境，找到水料。而對于其他円齡的蛋雞和肉雞來說,過強的光照,可使雞煩躁不安, 成嚴(yán)重的啄癖、脫肛、神經(jīng)質(zhì)等惡癖。光照突然增強會使蛋雞產(chǎn)出畸形蛋，對肉雞9, 11的采食率和飼料轉(zhuǎn)化率也有影響。1.2.2溫、濕度對雞的影響不論雞舍大小，養(yǎng)雞數(shù)量多少，保持舍內(nèi)空氣新鮮、通風(fēng)良好很重耍。在高密度飼養(yǎng)的雞舍，這個問題尤為重要。如果通風(fēng)不好，大量的有害氣體（氨氣、氧化碳，硫化氫

19、等）濃度就會過大，這會影響雞的正常生長，產(chǎn)蛋，并引發(fā)多種疾病。一般來說，雞舍的溫、濕度高低，灰塵和有害氣體的濃度大小等是判斷雞舍是否需要通風(fēng)的依據(jù)。其中，雞舍的溫度與濕度是判斷雞舍是否需要通風(fēng)的兩個最主12耍的因素。在一般飼養(yǎng)條件下，溫度對雞的生產(chǎn)性能影響非常大，有研宄表明，溫度過高或過低會導(dǎo)致家禽出現(xiàn)冷熱應(yīng)激，影響雞群的健康和生產(chǎn)性能的發(fā)揮。對于雛雞來說，bi身體溫低,羽毛稀短，體溫調(diào)節(jié)能力差，此時如果環(huán)境溫度過高或過低，4, 13影響育雛效果，帶來較大的損失。研宄表明，雞的適宜溫度為1323°c。生長雞的環(huán)境溫度不處在此范圍時飼料轉(zhuǎn)化率就降低。蛋雞的環(huán)境溫度超出這個范圍時，產(chǎn)蛋減

20、少，所產(chǎn)蛋的質(zhì)量下降，2, 14而il平均每公斤蛋所耗的飼料增加，同時死亡率也會增加?？諝鉂穸葘﹄u只的影響基于溫度的高低。在溫度適宜的情況下，空氣濕度對雞體的熱調(diào)節(jié)機能不會有大的影響，因而對雞的生產(chǎn)性能影響不人,但在低溫時，濕度影響明顯。溫度低的情況下，如果濕度高,空氣中水汽的含量大，會使雞體的散熱量過大,失熱過多，雞的采食量加大,從而導(dǎo)致飼料的消耗增大,在嚴(yán)寒時，其至還會導(dǎo)致凍傷。高溫時,雞只會通過蒸發(fā)散熱，此時如果濕度過大，就會對蒸發(fā)散熱產(chǎn)生阻礙，產(chǎn)生高溫應(yīng)激。因此,空氣濕度也是必須考慮的一個因素,一般來說，雞只最適宜的濕度為60%65%，不過當(dāng)環(huán)境溫度適宜時，濕度在40c72%12, 1

21、5范圍，甚至更高些，雞體也能適應(yīng)。3內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1. 3國內(nèi)外雞舍環(huán)境控制的研允概況在國外，一些大型養(yǎng)雞廠對雞舍光照強度調(diào)控設(shè)備的需求量迅速增加，導(dǎo)致些發(fā)達w家的雞舍光照強度調(diào)控設(shè)備很快發(fā)展起來，并且開始向自動化、智能化發(fā)展。20世紀(jì)80年代以后，計算機等高新技術(shù)的發(fā)展使雞舍光照控制也得到了進一步發(fā)展，雞舍光照調(diào)控設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)很快發(fā)展并成為一項新型的產(chǎn)業(yè)。美國、閂本、加拿大等發(fā)達國家都投入精力研究和開發(fā)可以幫助養(yǎng)戶進行管理和提高自動化程度的輔助設(shè)備,光照控制系統(tǒng)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于國外的現(xiàn)代化養(yǎng)雞場中。國外的雞舍光照強度調(diào)控設(shè)備在設(shè)計的過程中，不僅追求良好的調(diào)控效果，而且重視能源和人力

22、的節(jié)約。國外對雞舍自然通風(fēng)的研究有所增加，如/. ey, /. e, fan研宄了組合風(fēng)扇在禽舍的使用效果；ikeguchi、l. okushima、g. zhanga.、/. netsen 研廣禽舍屮阻擋物對風(fēng)的流向所起的影響,研究表明，在禽舍墻體附近，氣流速度較12慢，污染顆粒停留在墻體附近。在家禽養(yǎng)殖業(yè)中，美國timmons-mb等早在1989年就創(chuàng)建了家禽管理專家系統(tǒng)，將家禽的生物學(xué)模型與雞舍的環(huán)境控制模型結(jié)合起來，在控制雞舍溫度、計算通風(fēng)和加熱成本的同時，能判斷出不同的燃料、飼料和16肉雞價格及室外溫度的條件下，獲得最大經(jīng)濟利益所需的雞舍溫度；thorne-dh17等開發(fā)了蛋雞日糧飼

23、喂自動化系統(tǒng);burnctt-ga等介紹了自動控制自然通風(fēng)系統(tǒng)18(acnv)的性能及其在蛋雞場的應(yīng)用;eilmer-d等利用el0ckman系統(tǒng)來對19集約化雞舍的溫濕度、氨水平和通風(fēng)等環(huán)境條件進行控制；sergeaiit-d等報道了20家禽的監(jiān)視系統(tǒng)。國內(nèi)的研究人員對雞舍的燈光和通風(fēng)控制也做丫很多的研究：1994年連樹旺,鄭紹儀設(shè)計了蛋雞舍光電式自動燈光調(diào)節(jié)裝置，利用可控硅單21相交流調(diào)壓器組成的主電路來控制燈光。1996年田澤正設(shè)計了新型雞舍燈光自動控制器,他利用光敏電阻，繼電器，和三極管組成的光電控制電路來控制燈光的工作與熄滅，同時光電控制電路利用雙向晶閘管控制，從而可以實現(xiàn)燈光的漸亮

24、漸暗22。1998年浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)的項士英、楊進行、孫剛等人設(shè)計研究了雞舍通風(fēng)量的模糊控制，實現(xiàn)了用模糊控制變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速,從而達到對雞舍通風(fēng)量的控23制。2006年,唐俊英，劉京中設(shè)計了基于at89c52單片機和ds18b20溫度傳感器的肉雞飼養(yǎng)雞舍通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過溫度檢測電路，過零檢測電路,風(fēng)扇電機接24口控制電路，人機接口電路和軟件編程實現(xiàn)自動通風(fēng)調(diào)節(jié)裝置。2011年，李天華，張真，羅光毅等人設(shè)計并研究了基于led光源的大型養(yǎng)雞場照明系統(tǒng)，采用三基色led光源設(shè)計led燈具，并與led燈光控制器、pc機以及燈光編輯軟件組成25led燈具照明系統(tǒng)。國內(nèi)有人以at89c51單片機作為

25、控制裝置的智能部件，采用光敏電阻構(gòu)成的電路檢測環(huán)境中光的強度;根據(jù)雞舍環(huán)境和蛋雞需要的光照條件，通過對環(huán)境光信號4基于單片機的雞舍環(huán)境裨能控制器的設(shè)計的識別和智能判斷,完成對雞舍照明回路的智能控制。整體系統(tǒng)由光敏電阻采集光強，再送入單片機進行處理，再由單片機控制雞舍燈光。同時將環(huán)境亮度檢測、人工定時控制、液晶顯示等功能加入到系統(tǒng)屮。1. 4我國雞舍環(huán)境控制存在的主要問題國外的雞舍環(huán)境控制技術(shù)己經(jīng)相當(dāng)成熟，不過一般是針對大型養(yǎng)雞場的控制，而對于我國以中小型為主的養(yǎng)雞場并不適用，我國雞舍環(huán)境控制主要存在以下問題：(1) 利用電子元件設(shè)計的控制電路功能較少，精度不高，而且操作麻煩，利用led的設(shè)計價

26、格昂貴，不適于大力推廣。(2) 對于雞舍燈光的控制都是針對某一種類、某一固定育齡的雞進行補光，而對于不同的雞的整個生長發(fā)育周期沒有進行研允。(3) 有些基于單片機的設(shè)計分別實現(xiàn)了調(diào)整光照強度的功能和定時的功能，但是沒有將二者結(jié)合起來。(4) 有些設(shè)計實現(xiàn)了燈光智能控制或是通風(fēng)自動控制，但是沒有將二者結(jié)合起來進行控制。1.5研宄意義及內(nèi)容1.5. 1研究意義目前，我國養(yǎng)雞業(yè)中，大部分還是以農(nóng)戶中小規(guī)模養(yǎng)雞業(yè)為主，例如，蛋雞總12量中75%由存欄2000只以下的飼養(yǎng)戶構(gòu)成。農(nóng)戶傳統(tǒng)的燈光控制方法必須根據(jù)白天自然光照時數(shù)的變化及時調(diào)整開關(guān)燈時間，操作較麻煩，飼養(yǎng)人員也比較辛苦。雞舍何時進行通風(fēng)也只能

27、憑飼養(yǎng)員的主觀判斷，沒有可靠的參考標(biāo)準(zhǔn)，所以很有必要設(shè)計一套適合屮小型雞舍的燈光和通風(fēng)自動控制裝置，來滿足養(yǎng)雞農(nóng)戶的變際需要。課題針對目前雞舍環(huán)境控制存在的問題,建立了一個以單片機為控制核心的雞舍環(huán)境智能控制器。該系統(tǒng)對蛋雞和肉雞都適用，而且可用于雞生長發(fā)育的整個周期。并且燈光漸明漸暗工作，可避免雞舍燈光突變引起雞群紊亂對雞產(chǎn)生的不良影響。本課題的設(shè)計將燈光控制與通風(fēng)控制相結(jié)合,功能性強，而且可以節(jié)省勞動力，從而提高養(yǎng)殖場的經(jīng)濟效益。單片機a有很好的控制性能和高可靠性,而且體積小、價格低，具有良好的性價比，廣大養(yǎng)殖戶都可以接受，所以產(chǎn)品適于推廣。1.5.2研究內(nèi)容本設(shè)計針對我國中小型養(yǎng)雞場現(xiàn)狀

28、，設(shè)計一套基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計。設(shè)計主要內(nèi)容是：(1) 根據(jù)屮小型養(yǎng)雞場的實際情況，確定雞舍環(huán)境控制器的基本控制方案，并5內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文進行系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)研宄；(2) 雞舍環(huán)境控制器硬件設(shè)計，括控制模塊電路設(shè)計、傳感器采集模塊設(shè)計以及通信模塊電路設(shè)計等；(3) 雞舍環(huán)境控制器軟件設(shè)計，包括控制主流程、傳感器采集程序等相關(guān)子程序；(4) 制作實物，并將軟硬件結(jié)合進行調(diào)試。2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計系統(tǒng)總體方案的設(shè)計包括系統(tǒng)的運行方案設(shè)計和系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面的內(nèi)容。系統(tǒng)的運行方案主要針對系統(tǒng)的要求和工藝的要求對系統(tǒng)做出比較詳細(xì)的方案。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是在系統(tǒng)運行方案的基礎(chǔ)

29、上建立的。對于智能控制器來說，在硬件方而主要考慮的是元器件的精度和適用范圍，軟26件部分主?？紤]程序的可移植性和可修改性。2.1系統(tǒng)的運行方案設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，通過光照傳感器和溫濕度傳感器采集實時的雞舍環(huán)境參數(shù),并將采集到的數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機對傳來的數(shù)據(jù)進行處理和判斷，如果判斷當(dāng)前環(huán)境參數(shù)不滿足要求，則發(fā)指令給控制模塊，對執(zhí)行設(shè)備進行驅(qū)動。系統(tǒng)設(shè)計時鐘電路來計算光圖1系統(tǒng)運行流程圖fig .1 the system operation flow chart照時間，并通過顯示電路來顯示實時的光照強度、溫度、濕度和時間等。系的運行流程圖如圖1所示。由圖可知，傳感器作為系統(tǒng)的監(jiān)測元件，

30、負(fù)責(zé)實吋監(jiān)測雞舍中的環(huán)境參數(shù)，通過i/o接口與主按器件stc90c58rd和驅(qū)動電路相連，驅(qū)動電路由主控單元stc90c58rd負(fù)責(zé)給出相應(yīng)的信號，執(zhí)行機構(gòu)由驅(qū)動電路驅(qū)動產(chǎn)生下一步的控制動作。2. 1. 1雞舍環(huán)境參數(shù)的確定雞舍環(huán)境因素有很多，設(shè)計選擇對雞生長發(fā)育影響最大的三個因素作為研究對象，分別是光照、溫度和濕度，參照科學(xué)研究和經(jīng)驗所得結(jié)論，確定設(shè)計所需參數(shù)如下所示:6基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計表1設(shè)計所需參數(shù)確定tab.1 design of the required parameters雞種育齡光照時數(shù)(h)光照強度(lx)溫度cc)濕度(%)12天23 203037天16

31、2030蛋雞8140天8 510141屠宰前16 510 1323 407212天23 2030肉雞37天23 2030屠宰前3天18 5102. 1.2光照系統(tǒng)的方案設(shè)計系統(tǒng)對蛋雞和肉雞，以及它們在不同育齡時所需要的光照強度范圍和光照時間都分別進行了設(shè)置，用戶可在控制器運行前,通過鍵盤選擇雞的狀態(tài)。光照系統(tǒng)設(shè)計主要包括三方而內(nèi)容:光照時間、光照強度、燈光的漸明漸暗。系統(tǒng)使用光照傳感器對環(huán)境中的光照強度進行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機，單片機首先判斷光照時間是否滿足系統(tǒng)所需時長，如果達到時長，則所有燈光關(guān)閉，如果時長沒達到要求，則根據(jù)需要控制燈的數(shù)量，從而使光照強度處于系統(tǒng)設(shè)置的范圍，并

32、使時鐘電路對光照時長進行累加，以此循環(huán)，直到達到當(dāng)前雞種所需光照吋長。系統(tǒng)默認(rèn)-天開始吋間為早晨7點，到第二天早晨7點為一整天，也可根據(jù)不同地區(qū)實際日出日落時間進行調(diào)整。圖2斯凱灣養(yǎng)雞場雞舍內(nèi)景fig. 2 skye bay hennery int 7內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文設(shè)計針對中小型養(yǎng)雞場的實際情況，選擇雞舍燈的為類型為白熾燈，根據(jù)計算燈光瓦數(shù)的公式:w=h2xl/0.9 w來計算所用燈泡的瓦數(shù)（裝有反光罩，其中h為燈泡離地面高度，l為光照強度lx）?？紤]到燈發(fā)出的流明會被墻壁、頂棚、設(shè)備等吸收以及因燈泡的質(zhì)量差會減少許多流明，所以一般在有燈罩、燈高度為2.02.4!11（燈泡距離為高

33、度的1.5倍）時，每平方米面積上需2.7w燈泡可提供3110. 761x :所以如需光照強度為5101x,則每平方米面積需1.52.5w燈泡;如需光照強度在2（f301x,則每平方米面積需57. 5w燈泡。內(nèi)蒙古鄂爾多斯達拉特旗斯凱灣村養(yǎng)雞場，長50m，寬10m，如圖2所示。選擇75w的燈泡42個，在雞舍內(nèi)平均布置，通過分組控制燈的方法能能夠滿足系統(tǒng)要求，并且燈分組動作有利于實現(xiàn)燈光的漸明漸暗，也可根據(jù)實際需要選擇其他數(shù)量、其他瓦數(shù)的燈泡，具體控制燈的方法來控制方案如下所示:將雞舍燈光分三組布置，當(dāng)光照時間已經(jīng)達到系統(tǒng)要求或者光照時間不夠光強度滿足系統(tǒng)要求吋，所有燈光全部關(guān)閉，如圖3所示：圖3

34、雞舍燈光全部關(guān)閉 fig. 3 tunnel lights were closed當(dāng)光照時訟沒有達到要求，而且光照強度小于系統(tǒng)所需光照強度，則控制第組燈亮，光照傳感器繼續(xù)檢測雞舍開燈后的光強，如果還沒達到當(dāng)前雞所需光強，則使第二組燈光亮，直到三組燈光全部打開。開燈順序如圖4、5、6所示:圖4雞舍第一組燈亮fig. 4 lien house the first set of lights is bright8基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計圖5雞舍第一、二組燈亮fig. 5 hen house the first and second set of lights is bright 圖 6雞

35、舍三組燈光全部都亮fig. 6 lien house all three sets of lights當(dāng)光照時間達到系統(tǒng)所需時長或光照強度大于雞所需光照強度時，分組關(guān)閉燈光，光閉順序與開燈順序相反，從第三組燈開始關(guān)閉，最后關(guān)閉第一組燈光。2. 1.3通風(fēng)系統(tǒng)的方案設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)用于調(diào)整雞舍里的溫、濕度。以調(diào)整溫度為主。系統(tǒng)默認(rèn)1323°c 雞的適宜溫度，40%72%為雞的適宜濕度，也可根據(jù)實際需要對它們進行修改。系統(tǒng)使用溫濕度傳感器檢測雞舍里的溫濕度，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機對數(shù)據(jù)進行處理、比較，當(dāng)判斷雞舍內(nèi)溫度低于13°c時，對雞舍進行加熱;當(dāng)溫度高于23

36、6;c時,通風(fēng)機進行通風(fēng)；當(dāng)溫度適宜時,濕度對雞的影響不是很大，所以當(dāng)濕度高于72%，只有在溫度不低與13°c的情況下才進行通風(fēng);濕度低于40%時，對雞舍進行加濕。在北方地區(qū)，低溫季節(jié)一般會有暖氣供熱，所以雞舍溫度低的情況很少，另外由于糞便等因素，雞舍濕度低的情況也不多，因此當(dāng)?shù)蜏鼗虻蜐襁@兩種情況出現(xiàn)時，系統(tǒng)報警，由人工加熱和加濕。2. 2系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的總體設(shè)計目標(biāo)是在完成設(shè)計任務(wù)的前提下，實現(xiàn)系統(tǒng)可靠、成本低、功耗低、精度高等要求。首先依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的原則對硬件進行初步選型，然后擬定一個系統(tǒng)的草案，同時還要考慮軟硬件實現(xiàn)的可行性?？傮w方案經(jīng)過多次比對，最終確定丫以美國stc

37、公司生產(chǎn)的stc90c58rd+型單片機作為系統(tǒng)核心控制部件，并選擇低功耗和低成本的傳感器等元件，總體方案設(shè)計如圖7所示。9內(nèi)蒙農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖7總體方案設(shè)計圖fig. 7 the overall scheme design雞舍環(huán)境智能控制系統(tǒng)需依靠舍內(nèi)裝設(shè)的光照傳感器和溫濕度傳感器采集、觀測雞舍內(nèi)的光照強度和溫濕度等環(huán)境參數(shù)信息，并通過控制設(shè)備對驅(qū)動電路進行控制，使其驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)對雞舍的環(huán)境進行調(diào)節(jié)控制，以滿足雞的需要,為雞的生長發(fā)育和產(chǎn)蛋提供最適宜的環(huán)境，從而提高雞的生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量。系統(tǒng)可分為控制單元、檢測單元、執(zhí)行單元和輔助單元四大部分，這四個部分作為一個整體，共同完成整個控制系統(tǒng)

38、的正常運行。其屮以單片機為主的控制單元是核心單元,檢測單元由它控制,輔助單元也是直接或間接為它服務(wù),執(zhí)行單元也是由它支配的。檢測單元主要包括光照傳感器采集電路和溫濕度傳感器采集電路。傳感器分負(fù)責(zé)雞舍的光照強度檢測和溫濕度檢測，并將檢測的結(jié)果送給主控單元stc90c58rd單片機?？刂茊卧饕瓿蓪ο到y(tǒng)控制信號的處理,并建立相應(yīng)的控制規(guī)則，是系統(tǒng)的核心單元，由檢測單元送入的檢測信號由主控單元進行分析比較后，通過驅(qū)動電路使執(zhí)行單元工作。執(zhí)行單元主要包括燈光控制系統(tǒng)和通風(fēng)控制系統(tǒng)兩部分，分別完成對雞舍內(nèi)光照強度和溫濕度的調(diào)節(jié)。在本控制系統(tǒng)中,對光照強度的調(diào)節(jié)主要通過分組控制燈的數(shù)量來實現(xiàn)，對溫濕度的

39、調(diào)節(jié)主要是通過控制風(fēng)機的開關(guān)來實現(xiàn)。輔助單元包括顯示電路、報警電路、時鐘電路、通信電路以及故障干擾處理程序。其中，顯示電路完成對光照強度、溫度、濕度、時間以及雞舍內(nèi)雞的種類和口齡等進行顯示。報警電路主要是在雞舍內(nèi)的環(huán)境指標(biāo)超過限值時由蜂鳴器發(fā)出報警，以此提醒管理人員及時處理。與pc機通信主要完成與上位機的通信，使軟件程序能夠下載到單片機，從而完成對系統(tǒng)的控制。故障干擾處理程序是指在系統(tǒng)發(fā)生異常或者是信號在傳遞過程屮發(fā)生干擾時的緊急處理方式,采用的主要手段是單片機進行復(fù)位和濾波。10基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計3硬件電路設(shè)計在硬件設(shè)計中，主要考慮的問題就是結(jié)合中小型養(yǎng)雞場的實際情況，設(shè)計

40、出切合實際的實用型控制器，能夠盡可能減少人工操作，提高工作效率,并且要盡量實現(xiàn)性價比高，操作簡單，故障率低。硬件電路設(shè)計主要括復(fù)位電路、傳感器采集電路、時鐘電路、電源電路、鍵盤電路、顯示電路、數(shù)據(jù)通信接口電路和輸出電路等。如圖8所示。圖8系統(tǒng)硬件電路框圖fig.8 block diagram of system hardware circuit硬件系統(tǒng)構(gòu)成確定后，就要進行元器件的選型了，元器件選擇主要考慮功能能夠滿足系統(tǒng)的耍求、成本低,軟件程序設(shè)計方便和精度高等因素,作為關(guān)鍵元器件，傳感器的測量范圍和精度都有要求，光照傳感器測量范圍：reoooix;光照傳感器精度：11. 5times;溫度測

41、量范圍：-4060°c ;溫度測量精度：±0. 5°c ;濕度測量范圍為0100%rll;濕度測量精度：±5r11。3. 1單片機的選擇作為硬件電路核心的處理器的選擇關(guān)系到整個系統(tǒng)的優(yōu)劣，因此必須選擇可靠性高、功能強大的單片機。3. 1. 1單片機概述單片機是應(yīng)用非常廣泛的微型計算機，它將中央處理器cpu、隨機存取存儲器ram、只讀存儲器rom、定時器、計數(shù)器，以及i/o接口電路等部件集成在一個芯片上，具有一臺計算機的屬性。單片機具有集成度高、重量輕、體積小、功能強、速度快等優(yōu)點，所以使用方便。并且它的功耗低,抗干擾能力強，還有工業(yè)級芯片，可靠性高，所以

42、容易產(chǎn)品化。因為它的性價比高,所以被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,從家用電器到工業(yè)控制、醫(yī)用設(shè)備、自動監(jiān)測，甚至航空航天、專用設(shè)備的智能化管11內(nèi)蒙農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文理及過程控制等領(lǐng)域也都有應(yīng)用。單片機發(fā)展迅速，處理的位數(shù)從最初4位，發(fā)展到8位、16位，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到32位。3. 1.2 stc90c58rd+單片機介紹系統(tǒng)中，單片機耍對數(shù)據(jù)進行實時處理和存儲，所以耍選擇運行速度高、存儲空間大的單片機，冋吋，考慮到雞舍環(huán)境一般干擾較多，所以要求單片機抗干擾性強，經(jīng)綜合考慮，決定選用美國stc公司生產(chǎn)的stc90c58rd+型單片機作為系統(tǒng)核心控制部件。stc系列單片機是新一代超強抗干擾、高速、低功耗的

43、單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機。stc90c58rd+的主要性能有：工作電壓為5.5v3.8v（5v單片機）/ 3.8v2.4v（3v單片機）；工作頻率范圍為040 mhz,相當(dāng)于普通8051的080mhz. ; 2k可重擦寫的flash存儲器；1280字節(jié)ram和29k字節(jié)e2pr0m;3個16位的定時/計數(shù)器;35個通用的t/0 u線；可編程串行uart圖9 stc90c58rd封裝圖通道。stc90c58rd封裝如圖9所示。fig. 9 stc90c58rd package diagram芯片主要引腳功能如下：（l）vcc（40引腳）、gnd（20引腳）：電源引腳，vcc接+

44、5v電源,gnd接地。（2）xtal1（19引腳）、xtal2c18引腳）：分別為振蕩器的輸入端和輸出端，外接22. 1184mhz晶振。（3）rst（9引腳）：復(fù)位引腳，當(dāng)輸入兩個周期以上高電平吋為有效。（4）psen （29引腳）：外部程序存儲器允許輸出控制端，低電平有效。（5）ale / prog（30引腳）：ale為低8位地址鎖存允許信號輸入端。prog為編程脈沖輸入端。（6）ea /vpp（31引腳）：片外程序存儲器訪問允許控制信號輸入端，ea接高電平吋，單片機讀取內(nèi)部程序存儲器；ea接低電平吋，單片機直接讀取外部 rom。（7）p0 口（3932引腳）：8位雙向三態(tài)輸入/輸出（i/

45、o）端口，每個端口可獨立控制。p0 口作為低8位地址總線/數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端門。當(dāng)作為通用的1/0u使用，為準(zhǔn)雙向口，需外接上拉電阻；當(dāng)作為普通的輸入端口吋，應(yīng)先向端口的12基于單片機的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計輸出鎖存器寫入高電平。（8）p1門（18引腳）：8位準(zhǔn)雙向i/o門，具有內(nèi)部自帶上拉電阻。（9）p2 口（2廣28引腳）：8位準(zhǔn)雙向1/0 口，具有內(nèi)部自帶上拉電阻。當(dāng)單片機從外部程序存儲器取指令和訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2 ij輸出16位地址中的高8位地址；當(dāng)作為普通i/o 口使用時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入高電平。（10）p3 口（l（fl7引腳）：8位準(zhǔn)雙向1/0 口，具有內(nèi)部

46、自帶上拉電阻。p3門作為普通的輸入端門使用時，應(yīng)先向端門的輸出鎖存器寫入高電平。p3門作為第二功能使用吋，各引腳的定義如表2所示。表2 p3 口的第二功能定義tab.2 functional definition of the tables p3 port端門引腳第二功能p3.0 rxd （串行輸入口）p3. 1 txd（串行輸出u）p3. 2into （外部中斷0）p3.3int1 （外部中斷1）p3. 4t0 （定時器/計數(shù)器t0）p3. 5t1 （定時器/計數(shù)器t1）p3. 6（外部ram寫選通）wrp3. 7rd （外部ram讀選通）3. 1. 3單片機晶振電路和復(fù)位電路單片機晶振電路

47、和復(fù)位電路是單片機能開始獨立工作所需要的最基本的外部電路，與單片機連接電路如圖9所示。(1) 晶振電路單片機每條指令的運行都是嚴(yán)格按照機器周期來執(zhí)行的，而機器周期就是由晶振電路提供的。晶振產(chǎn)生時鐘頻率，電容幫助晶振起振以及對頻率起微調(diào)作用。為了在計算時鐘、串口通信波特率等運算中能夠得到一個整數(shù),計算方便和結(jié)果精確，本設(shè)計選擇22. 1184mhz的晶振及30pf的電容。(2) 復(fù)位電路復(fù)位是任何單片機的初始化操作，木系統(tǒng)選擇上電自動復(fù)位與手動復(fù)位相結(jié)合的復(fù)位方法，如圖10所示。stc90系列單片機為高電平復(fù)位，在rst復(fù)位端接一個電容到vcc和一個電阻到地，形成一個rc充放電回路，以此保證在上

48、電時rst有足夠時間的高電平進行復(fù)位。13內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文u10 stc90c58rd+vccvccp1.0 1 40keypl.0/clk0ut2 vccpl. 1 2 39 po. 0rpl. 1 ado/po. 0pl. 2 3 38 po. 1ik c5pl. 2 ad1/po. 1pl. 3 4 37 po. 2105pl. 3 ad2/p0. 2pl. 4 5 36 po. 3pl. 4 ad3/p0. 3pl. 5 6 35 po. 4pl5 ad4/p0. 4r13 pl. 6 7 34 po. 5p1.6/rxd ad5/p0. 5100k pl. 7 8 33 po. 6pl. 7/rxd ad6/p0. 632 po. 7rst 9ad7/p0. 7rstrxd 10 31 p4. 6p3. o/nt na/p4. 6txd 11 30 p4. 5p3.1/txd ale