基于PIC18F2580的畜禽舍環境控制系統

張 翔

(運城學院 物理與電子工程系，山西 運城 044000)

基于PIC18F2580的畜禽舍環境控制系統

張 翔

(運城學院 物理與電子工程系，山西 運城 044000)

畜禽舍是畜禽生長和活動的場所。在養殖畜禽的過程中，畜禽的生活環境對畜禽的健康生長和生產潛力有著重要的影響。依照環境控制的要求，選擇單片機PIC18F2580調控溫濕度。畜禽舍環境控制系統配置軟件管控外圍線路，隨時調控溫濕度，保持最優的舍內環境。實驗表明，系統運行穩定，平均降溫幅度為4.2℃。

PIC18F2580；畜禽舍；環境控制系統

畜禽舍的環境控制對于畜禽養殖業有著重要意義。但是現階段畜禽舍控制系統自動化程度較低，很難適應畜禽養殖業現代化的要求。為了實現畜禽養殖業現代化，改善畜禽舍環境，本文研究設計了基于PIC18F2580的畜禽環境控制系統。系統增添了具有實時特性的傳感器，可測量舍內的有害氣體濃度、溫濕度等，并對環境進行精確調控。精準的環境控制可優化舍內環境，縮減畜禽發病概率，提高畜禽生產效益[1]。

1. 總體方案設計

畜禽舍環境控制系統的任務是控制平日禽畜舍的環境要素，例如溫度、濕度、有害氣體濃度及其他。傳感器檢測的模擬數值轉換為單片機可識別的信號，通過對信號的分析進而產生控制信號，驅動風機、加濕等設備運行。系統依據氣候狀態，擬定控制要求，溫度設定為22℃，舍內濕度維持在53%[2]。總體方案設計如圖1所示。

圖1 總體框圖

2. 硬件電路設計

硬件電路實現的功能：下位機把采樣的數據經處理傳送給上位機，上位機將數據與給定數值進行對比，依據控制算法得出結果而后發出明晰的控制信號。

2.1 動態顯示電路

顯示電路可動態顯示溫度、濕度及室內有害氣體濃度，采用LCD進行顯示。對于主控單元，使用鍵盤予以復位。隨時顯示畜禽舍內的溫濕度，隨時設定控制。在動態顯示電路中，芯片引腳彼此串聯，并且銜接著PB端口，建構完備電路[3]。

2.2 PIC18F2580最小系統

PIC18F2580最小系統包含復位電路、時鐘電路及電源電路，采用+5V電源供電。對傳感器檢測的數據進行處理、顯示，并傳送給上位機[4]。

2.3 數據采集電路

數據采集電路是環境控制系統的信息來源。溫度傳感器采用DS18B20，其檢測溫度范圍為：-55℃～+125℃，最高分辨率12位，精度為±0.5℃。濕度傳感器采用HSU-07J6，其適用濕度為20%RH～90%RH，檢測精度為±5%RH。氣體檢測傳感器采用SP3S-AQ2-01，其對氨氣、硫化物、一氧化碳等污染靈敏度高，可在極低的功耗下感應[5]。

2.4 報警及通信電路

報警電路采用蜂鳴器，當系統溫度、濕度及有害氣體濃度超過設定要求，即可自動報警。單片機調控范圍內的信號輸出通常設定為電平，串行數據標準擬定為RS232[6]。這種標準之下，傳輸間隔及速率都帶有很大的限制，不符合實際需求，為此采用RS485。串行單元銜接著上下位機，轉換彼此電平[7]。

3. 軟件體系設計

該系統軟件設計采用模塊化的方法，考慮到程序的可靠性，進行了抗干擾處理。上位機軟件采用Dephi作為開發環境，包含初始化、數據庫、通訊及實時查驗監控，可實現實時顯示相關數據、繪制數據變化曲線、打印、存留等功能[8]。下位機軟件設計采用PICC作為開發環境，采用C語言進行編程。設計流程圖如圖2所示。

圖2 流程圖

4. 系統測試及結果分析

選某一豬舍進行系統測試。豬舍寬度8米，總長22米，走廊1米，豬欄設定成2乘以4米，含有5平方米這樣的庭院。篩選8月份內的某日來測試，由于這一時段的氣溫偏高，很易辨識效果。

測得數值顯示：控制系統工作穩定，能夠常規運轉。開啟設備以前，舍內舍外溫差為1.2℃；開啟設備以后，溫差顯示數值增大，測量最大差值為6.9℃；平均差值4.2℃，緩解了偏熱時段豬舍溫度偏高的問題。

測試過程中由于廣東夏季偏熱，濕度偏高。若啟用風機來噴灑氣霧，降溫同時也會增加豬舍內的濕度。閉合風機，則很難獲取等同的降溫成效。對于此，可在豬舍添加成套的除濕裝置。降低溫度時，同時縮減豬舍總體的潤濕程度，不至濕度偏大。

上午9時啟用設備，這一時點的有害氣體二氧化碳濃度被測得820ppm。設備啟動以后，從上午10時直至晚上20時，二氧化碳的濃度顯著縮減；平均降幅超出了86ppm。與此同時，穩定狀態下的二氧化碳濃度被調控至730ppm之下。啟用系統之后，有害氣體總量很難再升高。另一配套設備被啟用以前，豬舍內外特有的總有害氣體濃度差被測定為230ppm；啟動以后有害氣體濃度顯著縮減，最大變更幅度超出170ppm。

由此可知，系統可保持舍內環境處于適宜的生長狀態，二氧化碳的濃度經過對比縮減了86ppm；這種狀態契合了豬舍所需的環境需求。從長時段看，它有利于舍內飼養的禽畜健康。

結語

畜禽舍內搭配的PIC18F2580系統有如下特性：系統穩定可靠；自動化程度高。環境控制表現出明顯成效，緩和了畜禽舍內的偏高偏低溫差、各時段濕度差值，抑制各類病害。系統配有成套的軟硬件，彼此搭配適宜，但在精度方面有提高的空間。下一步研究中，應進一步提高設計電路的精度和響應速度，提高系統性能。

[1] 黃華.牛智有.基于PIC18F2580的畜禽舍溫濕環境控制系統[J].現代畜牧獸醫，2009(3).

[2] 顧晗.基于PIC18F2580的CAN總線超聲波測距智能節點設計[J].計算機與信息技術，2009(4).

[3] 黃華.牛智有.基于PIC18F2580的畜禽舍有害氣體環境控制系統[J].測控技術，2009(4).

[4] 黃晶.基于PIC單片機的畜禽舍環境控制系統的硬件實現[J].運城學院學報，2012(2).

[5] 叢希，胡曉麗，袁洪印.國內外畜禽舍環境監控系統研究現狀[J].農業與技術，2012(6).

[6] 郝志平，胡曉麗，陳艷輝等.無線傳感器網絡在畜禽舍監控中的應用現狀及展望[J].農業與技術，2013(12).

[7] 柴鈺，王沙沙，賈曉勱等.基于TMS320F28027的畜禽環境控制系統設計[J].飼料工業，2014(5).

[8] 柯寶樺.Android系統和GPRS模塊在畜禽舍環境控制中的應用[J].電子制作，2014(17).

【責任編輯 馬太來】

2015-03-10

張翔(1985-)，男，山西運城人，運城學院物理與電子工程系助教，碩士，研究方向為動態測試與智能儀器。

TP273.5

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1008-8008(2015)03-0037-02