基于單片機的自動鴿蛋孵化系統設計

孫雪蕾

（江蘇聯合職業技術學院鎮江分院，江蘇 鎮江 212003）

古話說“一鴿勝九雞”，鴿子營養價值較高，對老年人、體虛病弱者、手術病人、孕婦及兒童非常適合。鴿子的營養價值極高，既是名貴的美味佳肴，又是高級滋補佳品。為滿足市場需求，鴿子的養殖量逐年增加。很多養鴿戶在鴿子孵化時，因管理不當，出現很多死胎蛋，直接影響養鴿的經濟效益。鴿子在孵化時會受很多因素影響，為了提高鴿子孵化率，本文設計了一種基于單片機的自動鴿蛋孵化裝置，根據入孵蛋發育時期不同采用不同溫度進行孵化，同時控制孵化濕度，自動進行翻蛋，可顯著提高鴿蛋孵化率，破蛋率和死胎率明顯降低。由人工孵化代替種鴿孵化，可提高種鴿的產蛋率，從而提高了生產鴿的利用率。

1 數字控制系統硬件設計

自動鴿蛋孵化系統硬件結構如圖1所示。主機模塊由控制單元由STC15F2K60S2單片機、電源、時鐘電路等組成。STC系列單片機相對于傳統的8051內核單片機，在片內資源、性能以及工作速度上都有很大的改進，尤其采用了基于Flash的在線系統編程（ISP）技術，使單片機應用系統的開發變得簡單了，無需仿真器或專用編程器就可進行單片機應用系統的開發[1]。STC15F2K60S2單片機集成有8通道10位高速電壓輸入型模擬數字轉換器（ADC），采用逐次比較的方式進行A/D轉換，速度可達到300kHz（30萬次/秒），可將連續變化的模擬電壓轉換成相應的數字信號。

溫度傳感器采用了DS18B20[2]，它能夠將溫度直接轉換成數字信號[3]，可以通過一根數據線與單片機進行通訊，不需要外部元件，測量溫度范圍為-55～125℃，在-10～85℃范圍內，精度為±0.5℃，完全可以滿足自動孵蛋的溫度要求。溫度傳感器與單片機連接時，接在P1.1引腳。

濕度傳感器選用HS1101電容式空氣濕度傳感器[4]，在不同的濕度環境下，呈現出不同的電容值，0%～100%RH濕度范圍內，電容從162PF變化到200PF，誤差為2%RH，精度非常高，足以滿足本裝置的需要。空氣濕度傳感器于單片機連接時，接在P1.2引腳。

系統輸入鍵盤采用4X4矩陣鍵盤，實現電源的開關、開始孵化工作、溫度調整、濕度調整、翻蛋周期調整、翻蛋時間調整、手動開啟翻蛋、停止翻蛋、照蛋、報警值設定、提示音開關等功能。

圖1 自動鴿蛋孵化系統的硬件結構圖

顯示模塊用LCD顯示，采用TG12864液晶顯示屏，屬于點陣式液晶，可以顯示字符、數字、各種圖形、曲線及漢字。該點陣的屏顯成本相對較低，適用于各類儀器，小型設備的顯示領域，用來顯示系統的工作情況。12864液晶顯示屏是數字式接口，采用并行接口與單片機系統連接。在液晶顯示器和控制器芯片連接時，顯示器的數據線 DB0（7）-7（14）與控制器芯片的P0.0-P0.7相連接，且需要10K的上拉電阻。V0端口接一個103的電位器，通過改變電位器的阻值來調整液晶顯示器的亮度。PSB引腳在高電平時選擇并口，低電平時選擇串口的接法，引腳NC不需要接任何管腳[5]。

翻蛋裝置由驅動電機和橫桿組成。驅動電機的控制端與繼電器相連，繼電器與光耦驅動電路相連，光耦驅動電路與單片機的輸出端相連，接在P3.2引腳。驅動電機的輸出軸與橫桿帶動裝置相連，翻蛋時電機帶動橫桿轉動，多根橫桿并排放置，鴿蛋放置在2根橫桿中間空隙，空隙大小保證鴿蛋不會掉落或卡住。驅動電機選用60KTYZ齒輪減速同步電動機[6]，電壓 220V，頻率 50Hz，功率 14W，轉速為15r/min。

照蛋燈采用多只高亮度LED，均勻分布，看清是否為受精卵、死胎的情況。用高亮度的數碼管顯示器來顯示孵蛋的當前溫度、當前濕度，高亮度數碼管成本低，發光強，可視性強。

上位機通過RS232與單片機連接，接收并顯示實時數據，查詢歷史數據。系統對孵蛋過程中的溫度、濕度、翻蛋次數，實時采集數據并進行數據分析、存盤、報警燈等功能。

2 系統軟件設計及實現

鴿蛋孵化時會受很多因素的影響，孵化過程中，1～2天溫度為 38.2℃，3～4天降至 38℃，5～8天降至 37.8℃ ，9～10 天 降 至 37.7℃ ，11～15 天 降 至37.6℃，第15天轉入出雛機內，溫度保持在36.8～37.0℃。相對濕度為，入孵7天內為50%，7天后升至55%，15天后升至65%。鴿蛋孵化過程中，由于水分蒸發，蛋白質變化，固定卵黃的系膜逐漸變軟，卵黃下沉，容易與殼膜、蛋殼貉連。因此孵化期間要每隔一小時翻蛋一次，每次變換角度為180°。這種連續反動不僅可以防止卵黃下沉，而且可以增加胚艙的運動量，有利于孵化率的提高。而且，一般孵化機內不同位置的溫度都會有差異，翻蛋可以減少溫差影響，調整不同部位的溫度。鴿蛋孵化過程中分次照蛋是為了了解受精率和胚胎發育情況，通常入孵第5天第一次照蛋，分別出未受精蛋供食用，第15天落盤時最后一次照蛋，剔除死胎，以免污染出雛盤。根據鴿蛋孵化需要的溫度、濕度、天數、照蛋燈功能需求，設定自動鴿蛋孵化系統的工作原理流程圖，如圖2所示。

連接電源后，按下“電源開/關”系統通電，但并未開始工作。按下“開始孵化”按鍵，系統按照設定的參數運行。按下“溫度調整”、“濕度調整”鍵，對設定溫度和設定濕度進行設定，也可調整當前溫度和當前濕度。系統初始的翻蛋周期為每隔一小時翻蛋一次，按下“翻蛋周期調整”可以調整翻蛋周期。按下“翻蛋時間調整”，可以調整翻蛋電機運行的時長，從而調整鴿蛋的姿態。按下“報警值設定”，可以調整溫度、濕度的報警值。根據孵化需要，如果需要手動啟動翻蛋功能，按下“翻蛋”按鍵，翻蛋驅動電機開始工作，再次按下，翻蛋驅動電機停止工作。需要手動啟動照蛋功能時，按下“照蛋”按鍵，高亮度LED點亮，再次按下，高亮度LED熄滅。當溫度、濕度與設定值相差過大時，蜂鳴器報警，提示客戶查看故障，及時處理。系統運行主界面如圖3所示。

圖2 自動孵蛋孵化系統工作原理流程圖

圖3 自動孵蛋孵化系統運行主界面

3 結語

針對鴿蛋孵化的特點，設計了自動鴿蛋孵化系統，采用單片機作為主控制器，對鴿蛋孵化過程中不同時期不同溫度、不同濕度、翻蛋、照蛋燈功能的控制，可以減少外設，降低功耗，提高了系統的實時性和可靠性。本系統有效提高了鴿蛋孵化的成功率，具有很好的應用推廣價值。