基于物聯網的新型智能孵化器設計

伴隨時代的進步，初代的自動孵化器已不能滿足需要。本設計結合物聯網、電力電子、單片機等技術，制作出一個全自動的智能孵化器。用戶可將雞蛋放入機器中，便可全程無人監管自動孵化，并且應用物聯網技術，將機器接入互聯網云服務器，通過自主開發的APP實現遠程監聽，運籌帷幄之中，遙控千里之外。更強大的硬件配置，更人性化的軟件設計，對國內養殖業逐步走向智能化，趕上時代潮流具有重大現實指導意義。

【關鍵詞】物聯網 電力電子 單片機技術 智能孵化器

隨著科學的發展，物質需求的不斷提高，母雞孵蛋顯然是不現實的，為了滿足市場需求，人們發明了自動孵化器。孵化器這個機器出現了很多年，但是自從它出現后，好像沒有多少人給它升過級，以至于其落后的技術無法滿足當今的生產需求。因此，智能孵化器應運而生。

更先進的技術，更強悍的硬件配置，更人性化的軟件操作，更安全放心的保護措施，都讓其趕上了時代的潮流，為養殖業和畜牧的發展做出了微薄的貢獻。

為了開發這款設備，進行了一系列詳細的市場調查。調查發現，這款電控板幾乎占據了整個市場，并通過研究發現，該電控板用的幾乎是上世紀的技術，繼電器控制溫濕度，數碼管界面顯示，變壓器+LM7805整流穩壓，臺灣生產的無晶振八位單片機。深入實踐研究發現，利用這款電控的孵化器孵化率基本無法達到80%，浪費率及其高，各個廠家都在極力的把機器外殼和加熱器加濕器等做到很好，來彌補電控的不足。這一點更加堅定了我要做好這款機器的決心。下面，我將具體展開，詳細說明這款機器的昨天，今天與明天。

1 系統方案總體設計

新型智能孵化器整體分為四個部分：電力電子，嵌入式控制，物聯網通信和機器外殼。電力電子主要是通過晶閘管控制加熱加濕排風等大功率動作，是控制板的工兵；嵌入式控制是控制板的指揮官，負責命令全體；物聯網通信是控制板的通信員，負責連接云服務器，與外界通信；機器外殼是整個機器的堡壘，里面擁有加熱扇，翻蛋器，加濕管，排風扇。如圖1所示。

2 各部分設計

2.1 電力電子設計

電力電子主要通過晶閘管控制加熱和加濕裝置。本設備采用晶閘管交流開關方案。而原來那套電控采用的是12V繼電器位式控制，要知道繼電器的電磁鐵一秒鐘只能吸合幾下，并且壽命只有數十萬次，這將嚴重限制了溫度濕度的控制。我們的方案中，由于晶閘管是半導體元件，開關頻率非常高，我們利用220V 50HZ交流市電的特點，每當電壓過零的時候導通晶閘管，這樣便可以使用PID算法去實現高精度的溫控濕控。由于溫控濕控有很強的滯后性，我們這里采用了PD控制，控制精度可達0.05度。

電源方案我們摒棄了原來的大變壓器+LM7805方案，采用了小巧的開關電源，既節約了成本，又縮小了體積，增強了穩定性。

2.2 嵌入式控制系統

嵌入式控制是整套機器的核心，它將指揮其他部分去工作。為了給它一個強悍的大腦，我挑選了一款主流的32位單片機STM32F103，80Mhz的主頻保證了它的運行速度。

顯示界面部分我選用了2.2寸的彩色液晶，取代了原來的不友好的數碼管顯示，更好的人機交互界面，讓用戶像用手機一樣操作機器。

軟件上，原有的電控軟件上只有溫濕控，模式選擇和數碼管顯示，我在新的電控上加上了很多更智能更人性化的設計。如異常處理，機器鎖定，數據統計，數據儲存，固件升級，倒計時，計劃規劃，計劃更改等等，這些人性化的功能均能在操作界面去設置更改。

2.3 物聯網通信

作品加入了關鍵性的技術——物聯網。物聯網發展到現在已經不簡簡單單是從前那個局域網控制或者TCP/IP透傳的通信技術了，云服務器的壯大讓它成為了真正的“物聯網”。我們讓機器接入了微信硬件云和氦氪云服務器，此時此刻，我們的機器已經成了龐大的互聯網中的一份子，我們只需要用我們的手機或者計算機訪問該云服務器便可以監聽和控制機器了。

硬件采用了ESP8266 WIFI通信模塊，固件分為兩個版本，分別是微信版和APP版。微信版固件接入了微信硬件云服務器，運用AirKiss技術，用戶以微信公眾號H5界面的形式控制；APP版本接入了氦氪云，用戶以APP的形式控制。微信版適用于個人用戶，使用方便，無需下載安裝app，掃碼即可控制，但是后臺能力匱乏，數據統計和分析能力不足。氦氪云適用于企業用戶，擁有強大的群體管理能力，后臺數據存儲分析，遠程后臺固件升級等。無論是哪種固件形式，用戶均可以在任何有網絡的環境下，通過我們開發的微信公眾號或者APP上檢測孵化器的狀態和控制各項參數，一旦發生異常，會立即給用戶推送消息，并及時做出處理。

2.4 機器外殼

我們利用泡沫和鋁打造了一個保溫的機器外殼，里面加上了加熱扇，排風扇，翻蛋器，加濕管等設備。

3 推廣前景和結論

機器做了全面的升級，孵化率要遠遠高出原有的那套設備，一旦推出，定會受到市場的歡迎。

由于機器集成了物聯網技術，廠家可以賣的就不單單是機器，更可以是服務。生產廠家可以給用戶提供后臺技術支持，設備維護，數據分析，異常處理等，用戶要做的僅僅是放蛋和收雞，其他全由廠家提供服務。

通過新型智能孵化器的成功設計，養殖戶可以運籌帷幄之中，遙控千里之外。更強大的硬件配置，更人性化的軟件設計，對國內養殖業逐步走向智能化，趕上時代潮流具有重大現實指導意義。

參考文獻

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作者簡介

張慧燕（1994-），華北理工大學電氣工程學院自動化專業。

作者單位

華北理工大學電氣工程學院 河北省唐山市 063009