基于PIC單片機的智能多級溫控系統(tǒng)的開發(fā)

賈茜媛　李釗寶　汪新新等

摘要新型多級智能溫控系統(tǒng)解決了規(guī)?；B(yǎng)殖場出現(xiàn)的溫度分布不均勻、溫差過大等問題，系統(tǒng)以PIC單片機為控制核心，以DS18B20作為溫度采集傳感器，分別對室內(nèi)溫度進(jìn)行多點檢測，多點、多級控制。通過可靠的硬件電路設(shè)計和簡潔的軟件程序設(shè)計提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，具有很強的實用性。

關(guān)鍵詞規(guī)?；B(yǎng)殖場；多級溫控；PIC單片機；DS18B20

中圖分類號TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）09-02777-03

基金項目浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃項目（2013R409053）。

作者簡介賈茜媛（1992- ），女，吉林敦化人，本科生，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器。

家畜、家禽的養(yǎng)殖已經(jīng)向規(guī)?；l(fā)展，大中型養(yǎng)殖場的數(shù)目正在迅速增加，但是傳統(tǒng)的單點式溫度控制和經(jīng)驗溫度控制，并不能完全解決在養(yǎng)殖過程中的溫度控制問題，而且傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)的功能局限性甚至?xí)o廣大的養(yǎng)殖企業(yè)帶來不可預(yù)測的損失。

溫度控制是家畜、家禽規(guī)?；B(yǎng)殖的一個重要環(huán)節(jié)，直接決定著整個養(yǎng)殖的成功與否。其中以1萬只肉雞養(yǎng)殖場為例，雞的生長周期為45 d左右，從幼雛養(yǎng)殖開始一直到肉雞出場，每個時期每個階段的溫度控制都是非常嚴(yán)格的，特別是在生長到20～30 d的時候由于溫度控制不當(dāng)引起的發(fā)病率在60%～70%。由于目前的規(guī)?；B(yǎng)殖，每個養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖空間都非常大（200～300 m2），室內(nèi)溫度分布不均勻。如果兩點之間的溫差在5 ℃時，肉雞發(fā)病率將達(dá)到85%以上?；诖?，筆者設(shè)計了適于家畜、家禽養(yǎng)殖的智能多級、多點溫控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的功能特點是：①針對家禽、家畜的養(yǎng)殖設(shè)計了冬季和夏季兩種模式，冬季模式主要是控制溫度風(fēng)機進(jìn)行多級升溫，夏季模式則主要是控制溫度風(fēng)機進(jìn)行多級降溫。這兩種模式有效地防止了升溫過快和降溫過快給家禽、家畜帶來的傷害，同時提高了溫度風(fēng)機的使用率，降低了電量消耗。②分別對室內(nèi)溫度進(jìn)行多點測量和多點控制，這樣就防止了室內(nèi)溫度不均衡給家畜、家禽帶來的損害。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

系統(tǒng)分為按鍵輸入模塊、 LED溫度顯示模塊、溫度輸入模塊和控制輸出模塊、單片機以及外圍電路和供電模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)設(shè)計框圖該系統(tǒng)通過鍵盤輸入不同室溫的標(biāo)準(zhǔn)溫度和多級溫度回差，通過DS18B20對不同的室溫進(jìn)行實時采集，通過計算處理后，顯示溫度并輸出各級升溫或者降溫的控制信號。其中，水溫是冬天或溫度較低的鍋爐的水溫。當(dāng)室溫需要提高時，水溫一般在60 ℃以上。水溫低于40 ℃時，升溫風(fēng)機不工作，發(fā)出提示警報。同時夏季模式和冬季模式的自動識別轉(zhuǎn)換也是基于對水溫的測量。

時控輸出是用于定時輸出信號控制室內(nèi)換氣，其時控開和時控關(guān)的信號時間可由功能鍵輸入。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1傳感器的選用因為水溫和室溫的測量范圍在-55～125 ℃，所以選用3個DS18B20溫度傳感器。DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器，具有耐磨、耐碰、體積小、使用方便、封裝形式多樣等特點，測溫范圍為-55～125 ℃，固有測溫分辨率為0.5 ℃，工作電源為3～5 V/DC。該芯片直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。

2.2控制系統(tǒng)該系統(tǒng)采用的控制器是MICROCHIP的PIC16F877A。PIC16F877A內(nèi)部集成了多種功能器件，包括數(shù)字量輸入/輸出、串行通信、定時器、PWM輸出、A-D變換等，其中數(shù)字量輸入/輸出接口可以對外圍設(shè)備進(jìn)行分別控制[1]，擁有8K×14位的程序存儲器，PIC單片機的芯片內(nèi)部集成了看門狗電路，增加了抗干擾能力[2]。該系統(tǒng)同時采用了AT24C02作為數(shù)據(jù)存儲器，用來存儲用戶設(shè)置的參數(shù)和采集到的溫度數(shù)據(jù)[3]，AT24C02與單片機以IIC協(xié)議進(jìn)行串行通信。采用MAX706組成低壓監(jiān)視電路。以上3個部分組成的控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器和低壓監(jiān)視電路原理2.3鍵盤輸入和顯示部分為了方便用戶使用，使得鍵盤的按鍵在滿足需要的前提下數(shù)量盡量少，該系統(tǒng)在設(shè)計時采用了7個按鍵，有4個數(shù)字按鍵、2個數(shù)值加減按鍵、1個功能選擇鍵。

該系統(tǒng)對室溫和水溫沒有用LCD顯示，而是采用了LED顯示，這是因為LED顯示具有功耗小、顯示穩(wěn)定、比較容易觀察等特點。因為顯示溫度時需要9個8段LED，因此選用了HD74L247進(jìn)行段選，多路開關(guān)CD4051進(jìn)行位選[4]。

2.4控制輸出執(zhí)行模塊為了增強系統(tǒng)的抗干擾能力，采用TP521光電隔離[5]和三極管S8050相結(jié)合的方法，使得輸出更加穩(wěn)定，而且不會因為輸出的突然變化而影響單片機系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)控制輸出執(zhí)行模塊如圖3所示。

2.5供電模塊該系統(tǒng)可用單相交流220 V供電，220 V交流電經(jīng)變壓整流后，形成單片機系統(tǒng)需要的5 V的直流電和輸出繼電器需要的12 V直流電。供電模塊電路圖如圖4所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的程序部分是由主程序和7個子程序組成，子程序分別是按鍵子程序、顯示子程序、IIC通信子程序、DS18B20溫度測量子程序和控制邏輯判斷子程序（包含冬季模式子程序和夏季模式子程序），其中主程序的流程圖如圖5所示，夏季模式的流程圖如圖6所示。

4結(jié)語

通過實際運用，該系統(tǒng)抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，有效地解決了室內(nèi)溫度分布不平衡和室內(nèi)降溫或升溫過快的問題，解決了家畜、家禽規(guī)模化養(yǎng)殖過程中的溫度控制問題。另外，該系統(tǒng)可以推廣到農(nóng)業(yè)大棚、大型恒溫倉庫等。

參考文獻(xiàn)

[1] 光永法明.PIC單片機編程[M].后田敏，王會芝，譯.北京：科學(xué)出版社，2010.

[2] 李榮正，王誠杰，戴國銀.PIC單片機原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[3] 夏彬彬，任明全，屈金學(xué).PIC單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：3.

[4] 羅翼，張宏偉.PIC單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實例[M].北京：中國電力出版社，2005.