談智能雞舍環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：目前許多養(yǎng)殖戶還采取“粗放式”的養(yǎng)殖模式，許多養(yǎng)殖戶等到雞生病的時(shí)候，才知道雞舍內(nèi)的環(huán)境有問題，除了一些大型的養(yǎng)殖場(chǎng)舍得采用自動(dòng)化程度比較高的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，許多小的養(yǎng)殖場(chǎng)為了節(jié)約成本，就不采用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)了一款基于AT89S52單片機(jī)、可以檢測(cè)溫度、濕度、光照等多種指標(biāo)的廉價(jià)的監(jiān)控系統(tǒng)，便于養(yǎng)殖戶推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī)；溫度；濕度；光照

目前禽流感、雞球蟲病、雞瘟等多種疾病泛濫，如何有效的監(jiān)測(cè)雞舍內(nèi)的環(huán)境溫度，降低這些疾病的發(fā)生和傳播對(duì)養(yǎng)殖戶有重要的意義。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心、用LED與蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、用SHT10濕度傳感器檢測(cè)濕度、DS18B20檢測(cè)溫度、用BH1750檢測(cè)光照、用LCD1602液晶屏實(shí)現(xiàn)顯示[1]。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)價(jià)格低廉、檢測(cè)靈敏度較高，便于養(yǎng)殖戶的推廣與應(yīng)用。系統(tǒng)分為控制器模塊、聲光報(bào)警模塊、溫度傳感器模塊、濕度傳感器模塊、光照模塊、液晶顯示屏模塊。實(shí)現(xiàn)的原理是用濕度傳感器、溫度傳感器、光照傳感器檢測(cè)相應(yīng)的參數(shù)，然后傳遞到單片機(jī)控制器，如果這些參數(shù)合格，LED與蜂鳴器就不會(huì)報(bào)警，如果不合格就會(huì)報(bào)警，同時(shí)，把檢測(cè)的結(jié)果顯示在LCD1602液晶屏上[2]。

1控制器模塊

系統(tǒng)的控制器使用的是AT89S52單片機(jī)，它與工業(yè)上常用的AT89c51單片機(jī)引腳上完全兼容，簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)大，同時(shí)，它是一種消耗功率很低的，性能很高的單片機(jī)系統(tǒng)，擁有8Kflash容量用來編程。AT89S52單片機(jī)擁有32個(gè)輸入輸出引腳，有看門狗定時(shí)電路防止強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)數(shù)據(jù)丟失，保證單片機(jī)的正常工作，有3個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)，有1個(gè)中斷結(jié)構(gòu)，片內(nèi)擁有晶振和時(shí)鐘電路。系統(tǒng)中AT89S52單片機(jī)控制器的作用就是將檢測(cè)到的傳感器信號(hào)與雞舍內(nèi)允許的溫度、濕度、光照的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，然后，控制外部的聲光報(bào)警和LCD液晶屏顯示[3]。

2溫度檢測(cè)模塊

系統(tǒng)的溫度檢測(cè)模塊使用的傳感器是DS18B20傳感器，雞舍內(nèi)適宜的溫度為18~23℃，不適宜的溫度會(huì)導(dǎo)致雛雞生長緩慢，死亡率增加。DS18B20溫度傳感器輸出的是數(shù)字信號(hào)，其本身具有體積很小，價(jià)格便宜，具有一定的抗外界干擾的能力，檢測(cè)溫度的分辨率為1℃，檢測(cè)的精度較高，應(yīng)用場(chǎng)合比較廣泛，具有一定的耐磨性，體積小，使用方便，可以廣泛使用于各種領(lǐng)域，如鍋爐、機(jī)房、畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)，檢測(cè)的溫度范圍在-50℃~120℃，具有三個(gè)引腳，分別用來接地、接5V電源和單片機(jī)的一個(gè)引腳。DS18B20傳感器初始化的過程是：（1）AT89S52單片機(jī)將D0引腳置高電平。（2）單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)。（3）AT89S52單片機(jī)將D0引腳置低電平。（4）單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)等待，延時(shí)的時(shí)間在500微秒至1000微秒。（5）AT89S52單片機(jī)再次將D0引腳置高電平。（6）單片機(jī)再次進(jìn)行延時(shí)等待，如果DS18B20傳感器初始化成功，則在30微秒內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，這個(gè)低電平是由傳感器發(fā)出的，單片機(jī)就可以確定傳感器的存在。DS18B20傳感器寫操作的過程是：（1）AT89S52單片機(jī)將D0引腳置低電平。（2）單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)25微秒。（3）傳感器的寄存器的數(shù)據(jù)從低位到高位一次一次的按順序發(fā)送數(shù)據(jù)，一次只發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)。（4）傳感器進(jìn)行延時(shí)操作，延時(shí)時(shí)間為45微秒。（5）AT89S52單片機(jī)將數(shù)據(jù)線置高電平。（6）反復(fù)循環(huán)1~5，最后完成寫操作后AT89S52單片機(jī)再次將數(shù)據(jù)線置高電平。DS18B20傳感器讀操作的過程是：（1）AT89S52單片機(jī)將D0引腳置高電平。（2）單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)，時(shí)間5微秒。（3）AT89S52單片機(jī)將D0引腳置低電平。（4）單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)，時(shí)間4微秒。（5）AT89S52單片機(jī)將D0引腳置高電平。（6）單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)，時(shí)間8微秒。（7）單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)線的狀態(tài)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理。（8）反復(fù)循環(huán)1~3，最后完成讀數(shù)據(jù)操作[4]。

3濕度檢測(cè)模塊

系統(tǒng)的濕度檢測(cè)模塊電路圖如圖1所示，系統(tǒng)的濕度檢測(cè)模塊使用的傳感器是SHT10傳感器，雞舍內(nèi)適宜的濕度為40%~72%，合適的濕度，會(huì)使雞的羽毛富有光澤，生長發(fā)育良好。SHT10濕度傳感器的工作電壓范圍為2.4v~5.5v，一般使用的電壓為3.3v，SHT10濕度傳感器使用的是串行接口，由于在傳感器信號(hào)的讀取方面進(jìn)行了優(yōu)化處理，所以SHT10濕度傳感器消耗能量很少，SHT10濕度傳感器可以利用I2C總線傳輸數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)的AT89S52單片機(jī)與SHT10傳感器的數(shù)據(jù)傳輸就是按照I2C總線傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議工作的[5]。

4聲光報(bào)警模塊

系統(tǒng)的聲光報(bào)警模塊電路圖如圖1所示，系統(tǒng)用LED燈和蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，LED燈一端連接5V電源通過1kΩ的電阻和LED燈連接，最后連接單片機(jī)的P2.2引腳，當(dāng)檢測(cè)的雞舍內(nèi)的溫濕度不合格時(shí)，單片機(jī)P2.2的引腳輸出低電平，這時(shí)LED燈亮，單片機(jī)延時(shí)0.4S，然后，單片機(jī)P2.2端口置高電平，此時(shí)LED燈滅，如此循環(huán)反復(fù)，通過LED燈的閃爍實(shí)現(xiàn)光報(bào)警。如果單片機(jī)通過溫濕度傳感器檢測(cè)到的雞舍內(nèi)的環(huán)境合格，單片機(jī)P2.2的端口恒為高電平，那么LED燈會(huì)一直熄滅[5]。系統(tǒng)利用2N3904PNP型三極管控制蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)通過溫濕度傳感器檢測(cè)的雞舍內(nèi)的環(huán)境不合格時(shí)，單片機(jī)P0.0的端口置低電平，延時(shí)0.6s，單片機(jī)置P0.0端口為高電平，反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)單片機(jī)通過溫濕度傳感器檢測(cè)到的雞舍內(nèi)的溫濕度合格時(shí)，單片機(jī)P0.0的端口輸出恒為高電平，此時(shí)，系統(tǒng)中的2N3904PNP型三極管截至，蜂鳴器不發(fā)聲[6]。

5光照檢測(cè)模塊

系統(tǒng)的光照檢測(cè)模塊電路圖如圖2所示，陽光中的紫外線可以加快雞骨骼的生長發(fā)育，增強(qiáng)雞的免疫力。一般來說，適宜的光照時(shí)間為16~17小時(shí)，如果適當(dāng)?shù)卦黾与u舍內(nèi)光的照明時(shí)間有利于增加雞的生長，但是，如果光照時(shí)間太長，小雞提前性成熟，對(duì)雞的健康不利，進(jìn)而縮短小雞的產(chǎn)蛋時(shí)間，影響產(chǎn)蛋的數(shù)量。如果光照時(shí)間太少，使小雞發(fā)育遲緩。同時(shí)，光照的強(qiáng)度太高，小雞之間就會(huì)打架，影響小雞的生長發(fā)育，光照強(qiáng)度太低，則小雞之間會(huì)有啄毛的現(xiàn)象。系統(tǒng)的光照檢測(cè)模塊電路圖如圖2所示，光照檢測(cè)模塊使用的傳感器是BH1750FVI光照傳感器，有七個(gè)引腳，其中SCL、SDA接單片機(jī)的P1.0、P1.1兩個(gè)端口，同時(shí)接了兩個(gè)上拉電阻，使端口電壓穩(wěn)定。BH1750FVI應(yīng)用范圍很廣，對(duì)光的依賴性比較弱，可以適用于各種光源，主要應(yīng)用于手機(jī)、電腦、數(shù)碼產(chǎn)品、汽車液晶屏。BH1750FVI分辨率很高，測(cè)量的精度較高，它可以測(cè)量的范圍較大，是一種數(shù)字型的測(cè)量光強(qiáng)度的傳感器。

6結(jié)論

實(shí)踐證明，該智能雞舍系統(tǒng)檢測(cè)精度較高，可以很好的控制雞舍內(nèi)的溫濕度，保證雞的健康生長，提高雞產(chǎn)蛋效能的優(yōu)點(diǎn)，可以使養(yǎng)殖戶的利益得到保證，有利于推廣使用。

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作者：沈華剛 李婭 趙旭 蔣世權(quán) 靳德錦 單位：鄭州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院鄭州