基于單片機的孵化環境控制系統的設計

王淑嬌 師 倩

(山東協和學院，山東 濟南，250000)

1 系統設計方案

1.1 主要影響因素

1.1.1 溫度因素

溫度因素是孵化最重要的條件，高溫或者低溫都會對胚胎發育造成不利影響。高溫條件下胚胎生長迅速，孵化周期縮短，死亡率增加。低溫條件下胚胎多數死于殼內，死亡率增加。經過多方面的研究和專家們的實驗測試，提出了雞胚胎的孵化溫度方案，如表1所示：

表1 雞的孵化溫度方案

1.1.2 濕度因素

濕度是僅次于溫度的重要條件，在禽蛋孵化過程中，蒸發過快或者過慢都會影響胚胎發育。濕度過低會導致蛋內水分蒸發量增加，胚胎與殼膜粘連出殼困難，孵化效率降低。濕度過高會導致蛋內水分蒸發降低，胚胎發育遲緩，出殼周期延長，孵化效率降低。孵化過程中相對濕度應不低于60%，控制在65%～70%最佳。

1.2 溫濕度檢測傳感器

SHT1O數字溫濕度傳感器是擁有完全標定數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，采用專利的CMOSens技術，具有極高的可靠性和穩定性。SHT10溫濕度傳感器的測溫范圍為-40～+123.8℃，精度為±0.2℃，測濕范圍為0～100%RH，精度為±4.5%RH。SHT10傳感器包括電容性聚合體測濕敏感元件和標準回流焊接測溫元件，并與高性能14位的A/D相連，具有小體積、低功耗、抗干擾能力強、性價比高等優點。

1.3 總體設計方案

溫濕度控制系統應具備可靠性好、穩定性強、響應迅速、性價比高等優點，同時抗干擾能力好和操作靈活，只有這樣才能廣泛應用于社會生活和工業生產領域中。

本次系統設計用AT89C51作為主控芯片，使用SHT10作為溫濕度傳感器來采集孵化環境的溫濕度信號，通過A/D數模轉換器把模擬信號轉換為數字信號，并把處理結果傳送給單片機，通過與預設數值進行比較，控制溫濕度保持在適宜的范圍之內，液晶顯示電路同步顯示測得數值，系統框圖如下所示。

圖1 總體設計框圖

2 系統電路設計

2.1 溫濕度采集電路

SHT10溫濕度傳感器采用四腳單排引腳直插封裝，單總線串行接口傳遞數據，使得系統具備更好的穩定性和可靠性，并且耗能較低，使用簡便、響應迅速，信號的傳輸距離和范圍比較遠，性價比和通用性很高。

SHT10采用單總線雙向串行接口，AT89C51主控芯片和SHT10溫濕度傳感器之間的同步用DATA引腳來完成。采集信息時，單片機向傳感器發送開始信號，大約18ms后輸入釋放數據總線等候從機響應，若從機(SHT10)感應正常，在收到主機開始命令會拉低總線(持續80us)，然后拉高總線提示主機接收，SHT10按照高位在前順序將數據傳輸給主機。

2.2 液晶顯示電路

本設計使用的AT89C51單片機包含4K字節的FLASH存儲器，是一款低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。

采用LCD1602字符型液晶顯示對溫濕度進行顯示，LCD1602能夠同時顯示16x02行，即32個字符。采用標準的16腳接口，具有能耗低、體積小巧、顯示內容豐富多樣等性能優勢。

2.3 鍵盤電路

鍵盤的作用是切換顯示界面，設置溫濕度適宜的數值范圍，或者修改預設的溫濕度數值。本次設計采用電阻上拉，使得按鍵按下時輸出為低電平，按鍵彈起時輸出為高電平，具體電路圖見仿真圖。

2.4 報警電路

SHT10溫濕度傳感器檢測到孵化環境溫度、濕度超出預設值時會反饋給單片機控制系統，然后要求報警電路發出報警信號，為此設計了基于蜂鳴報警器的報警電路，通過高低電平控制蜂鳴器的鳴叫來報警，增加一個發光二極管輔助報警，通過二極管閃爍進行光信號報警，具體電路見仿真圖。

3 系統軟件設計

系統的軟件設計主要包括主程序、鍵盤輸入、溫濕度傳感器SHT10控制程序、電機驅動控制程序、系統中斷程序、液晶顯示程序等。

圖2 主程序流程圖

主程序的作用是完成系統各模塊的初始化，子程序調用等功能。在主程序中，對SHT10溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示進行初始化，并且在開機界面顯示傳感器數據，設置好溫濕度的適宜范圍，開啟中斷初始化，中斷程序完成對溫濕度的采集和電機控制。主程序流程圖如圖2所示。

4 仿真結果

通過Proteus和Keil對整個系統進行功能仿真。仿真結果顯示，達到預期的任務目標，溫濕度顯示精度也比較準確。仿真結果如圖3所示。

圖3 仿真結果圖