家禽孵化自动控制系统的设计

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1、家禽孵化自动控制系统的设计王庆祝;赵金川;卢卫娜;张丽红【摘 要】为提高孵化效率和质量,开发了一套家禽孵化自动测控系统.该系统是一个 集管理与测控为一体的集散测控系统,软硬件均采用模块化设计,增加了系统的适用 性和灵活性.系统实现了对影响孵化质量的温度、湿度、通风、转蛋等的智能测控,实现PC机对孵化室群的统一管理系统PC机软件采用组态王6.51开发，单片机软 件采用Keil C51开发，大大缩短了开发周期而且构建监控画面形象逼真.期刊名称】农机化研究年(卷),期】2009(031)001【总页数】3页(P128-130) 【关键词】 孵化室;模块化设计;测控系统;组态王6.51【作 者】 王庆

2、祝;赵金川;卢卫娜;张丽红【作者单位】 河北科技师范学院,河北,秦皇岛,066004;河北科技师范学院,河北,秦皇岛,066004;河北科技师范学院,河北,秦皇岛,066004;河北科技师范学院,河北,秦皇岛,066004【正文语种】 中 文【中图分类】 S1260 引言家禽孵化产值占养禽收入的比重较大，孵化成绩优良与否，直接影响经营效益。在 禽类孵化过程中,温度、通风、湿度、转蛋是决定孵化率高低和雏禽质量的四大要 素1-2。传统孵化多采用单机操作，依据孵化家禽种类和孵化不同时间段设定相 关参数，不便于规模化管理、节能降耗和孵化率的提高。本设计依据优化的技术资 料，以新型单片机为核心配合上位机

3、组成集散控制系统(DCS)，开发出一套智能孵化 控制系统,孵化规模可大可小,特别适合各种规模孵化场建设并具有较高的经济和社 会效益。1 总体方案及工作原理本系统是一个通用的家禽(鸡、鸭、鹅)孵化控制系统。各孵化器以新型单片机 STC89C54为核心，软件和硬件均采用模块化设计，通过对孵化参数温度、湿度 和二氧化碳含量的采集与处理，从而实现加热、加湿、通风和转蛋的控制，同时可 实现单机参数的LCD显示和键盘操作，各孵化器可与PC机采用RS-485标准联 接，通过上位机实现对孵化群的监测与管理。系统硬件原理框图，如图1所示。 各孵化器的测控参数如下：温度范围为3740工；二氧化碳范围为0 0.5%

4、 ;湿 度范围为50%70%RH。2 系统的硬件设计 各孵化器硬件由单片机以及挂接在主机上的测量模块、时钟模块、键盘和显示模块 控制模块组成，如图2所示。图1 孵化控制系统硬件原理框图图2 孵化器硬件原理图2.1 CO2浓度测量模块系统选用采用NDIR技术的美国telaire公司产6004传感器测量CO2浓度，测量 范围为02 000x10-6mol/mol，该传感器基于气体对红外光吸收的郎伯一比尔 吸收定律。信号经过测控系统,并经数字滤波、线性插值及温度补偿等软件处理后, 输出气体浓度测量值，按接口协议采用SPI数字输出，通过单片机的P1.2 , P1.3 和 P1.4 口。2.2 温湿度测

5、量模块系统选用瑞士 Sensirion公司推出的一款基于CMOSens技术的新型智能温湿度 传感器SHT114,湿度测量范围是0 100 %RH ,测温范围为-40+ 123.8 C, 测量中采用传感器默认测量温度和相对湿度的分辨率分别为14位和12位。系统测量温湿度各两路，通过单片机的P1.0 口与SHT11的时钟SCK相连，P1.1与 SHT11的数据DATA相连，并在DATA端接入1只上拉电阻，将相对湿度及温度 的数据送至单片机，同时完成非线性补偿和温度补偿。2.3 单片机和实时时钟孵化器的主机采用STC89C54单片机，它有16k的可重复编程的flash , 1280字 节的片内存储器

6、、内置看门狗、最多有8k E2PROM、与传统8051单片机兼容等 功能3。系统中单片机通过串口(P3.0, P3.1 口)采用RS-485标准与上位机通讯， 通过P2.2进行收发控制。为实现准确计时，采用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302 ,对年、月、日时、分、秒进行计时，与单片机采用 P1.5 , P1.6和P1.7接口进行同步通信。2.4 键盘显示模块为增加系统灵活性，各孵化器实现了测量参数的实时显示，采用128x64全点阵 RT12864M液晶显示器7实现参数实时显示(孵化器、时间、温度、湿度、二氧化 碳含量)，由单片机的P2.3 P2.7

7、 口进行控制。系统通过扩展的8155芯片的PA 口扩展了 4x4共16个按键，分别为09数字键、设定键、校准键、运行键、选择键、确定键和单机键，同时单机键与INT0连 接，实现键盘以中断方式工作。通过键盘设置参数的设定值，以及通过与单片机配 合对各采集值进行动态标定，实现对各控制参数的设置和智能校准。2.5 控制模块对于不同家禽以及孵化过程的不同时期，温度、湿度、C02浓度、O2含量、转蛋 等的最佳值也不同，因此需要对孵化室进行控制。系统中通过扩展芯片8155的PB 口输出控制信号，经1块七达林顿驱动集成驱动器MC1413后分别驱动7只 (AC-SSR) H220D15固态继电器，从而控制加热

8、器、加湿器和通风器，实现温度、 湿度和通风的调节；8155的PC 口输出步进脉冲，经专用环分芯片5G8713，光 电隔离电路及驱动电路驱动转蛋步进电机运行。每台孵化器内设5个均温仪表风 扇和5个加热红外灯泡，各风扇与相应加热灯泡并联；各转蛋器电机并联连接； 通风用的进风与排风风扇并联。3 系统软件设计PC机软件采用北京亚控公司的组态王6.51组态软件开发9，它具有成功率高、 可靠性强、开发周期短和完善的图形界面生成功能,可根据现场制作出动态画面和 图表等, 形象直观地动态显示各个参数的变化以及越界报警等。同时，利用历史曲 线,报警等功能将孵化室的工作情况保存在特定数据库中,可以方便采用专家系统

9、实 现孵化室参数的测控。单片机软件采用Keil C518开发，实现参数的实时采集、 处理、显示、控制、通讯等功能。3.1 PC机软件设计3.1.1组态王6.51的通信设置为了保证通信的正确性, 上、下位机必须遵从相同的通信协议，设定通讯参数( 包 括数据位, 停止位, 波特率、校验方式) 时和单片机一致。通信方式为主从式，通信 过程为应答式。即由主机向从机发送一个命令, 从机收到命令后给出一个应答信号 便完成一次通信。在组态王中, PC 机对下位机采用定时轮询方式进行读、写操作 3.1.2组态王6.51与数据库的连接数据库是整个软件的核心，不仅实现变量的定义、实时参数及历史参数的保存，而 且参

10、数报警、报表、显示等都离不开数据库的支持。组态王数据库功能则较为薄弱， 因此选用Access2003桌面数据库作为控制系统的记录数据库，组态王用SQL通过 ODBC对其进行操作。步骤是在组态王中建立数据变量一建立记录体-建立ODBC 数据源一建立查询画面并进行画面连接。为了和Microsoft Access2003连接， 在命令语言中要执行 SQLConnect () , SQLSelect () , SQLLast () , SQLNext (), SQLFist ()，SQLPrev() ，SQLInsert ()等函数，完成实时数据的存储、查询等操 作。3.1.3 PC机软件开发 采用在

11、组态王6.51软件上开发，把现有的、成熟的软件模块纳入系统，即可节省 大量的时间和精力，又可提高软件的可靠性。整个软件由控制模块(通道参数的采 集、控制等)和管理模块(配方管理、参数输入、数据计算、显示、报表处理等)组 成。尤其对于不同的家禽如鸭、鹅，为提高孵化率，孵化后半个期必须凉蛋，利用 配方管理，可以方便解决；对于温度、湿度控制可方便采用设定控制曲线完成。在 结构上由主监控界面、辅助界面、数据库等组成。组态王中具有强大的画面开发功 能,并且很容易进行画面连接。3.2 单片机软件设计 单片机软件采用模块化设计，包括主函数、数据处理子函数、键盘显示子函数、中 断处理子函数、看门狗处理子函数、

12、通讯子函数、控制子函数等。通过串口采用中 断方式与PC机通讯，接受PC机的设定值以及发送各孵化室的参数测量值；也可 经过键盘设定各参数和动态校正。其主程序流程，如图3所示。图3 单片机主程序流程图4 结论 系统可根据规模大小灵活组合,可根据禽种不同自由设置控制方案,方便实用。利用 组态王 6.51 开发上位机软件，构建监控画面形象逼真, 采用配方和控制曲线管理， 方便易行，提高了系统的可靠性，并大大缩短了开发周期，若对该系统稍加改进即 可应用于其他监控系统上。【相关文献】1张伟孵化温度的微调技术几养禽与禽病防治,2000(8) : 34-36.2顾道良孵化湿度对孵化效果的影响J.孵禽生产，19

13、98，15(4) : 12.3乌M韦奇.STC89系列高性能单片机及其应用J.微计算机信息，2004(7) : 92-93.4孟臣,李敏,李爱传.I2C总线数字式温湿度传感器SHT11及其在单片机系统的应用J.国外电子 元器件, 2004(3):50-54.5沙占友集成化智能传感器原理与应用M.北京:电子工业出版社,2004:119 -127.6马忠梅，籍顺心单片机的C语言应用程序设计M.北京:北京航空航天大学出版社，1999.7陈勇，黄石红液晶显示模块与单片机接口技术J.南京林业大学学报(自然科学版)，2002(5):24-26.8马忠梅单片机的C语言应用程序设计M.北京:北京航空航天大学出版社,1997 :249-252.9蔚俊兰，丁振荣组态王6.5与单片机的通信方法J.工业控制计算机，2004(4):58-59.