肉雞雞舍環境監控系統設計

李開放　金昱芃 翟天嵩

摘要：隨著自動化養殖業的發展，肉雞雞舍環境的自動監測與控制不僅可以節省人力，更有利于提高企業效益，輔助提高肉雞的產量。通過使用相應的傳感器對雞舍內的溫濕度以及有害氣體濃度的實時檢測，并在手機終端與現場觸摸屏上實時顯示，針對當前環境數據可以及時做出判斷是否滿足設定的適宜范圍，及時作出提示并驅動相應控制設備進行調節，為雞只生長提供更加有利的環境條件。經調試，系統滿足穩定性與準確度的要求，可以顯著提高工作效率。

關鍵詞：雞舍;手機終端;環境參數;監測控制

1 引言

在黨的十九大報告中明確指出要實施鄉村振興戰略，它的提出是直接面對我國發展中的現實問題，謀求創新解決“三農問題”。從1998至2016年，我國鄉村居民的人均禽類消費量有了很大提高。從1998年的2.3千克增加到2016年的10.2千克，增長了7.9千克，增幅為343.5%。這里利用STM32單片機進行了肉雞雞舍環境監測與控制系統的設計，使雞只養殖環境實現自動化控制，并利用手機終端可隨時對現場數據進行掌握和調節，將很大程度上節約勞動力，提高工作效率，從而提高肉雞的質量與產量。

2 系統設計方案

系統基于STM32單片機實現了雞舍環境的檢測與控制，主要功能包括：采集各傳感器檢測到的環境數據，對數據的數值范圍進行判斷，實時驅動控制設備進行現場參數調節;通過手機終端和現場觸摸屏進行人機交互，實時獲取環境參數數據，或及時進行參數修改等。系統硬件框架如圖1所示。

3 系統硬件設計

系統設計選用STM32F103ZET6型號單片機作為控制器，它能滿足控制所需的I/O需求，成本也較低，且具有以下優點：32位高性能的ARM Cortex-M3處理器;512K字節的閃存程序存儲器以及64K字節的靜態RAM;有2個DMA控制器，可用的外部設備有：定時器、ADC、DAC等。

3.1 環境參數采集系統設計

3.1.1溫濕度檢測電路

所選用的DHT11溫濕度傳感器由一個電阻式的測濕元件和一個NTC測溫元件組成，其內部40Bit的數據使用校驗和的形式來進行確認，可有效確保數據的準確度。DHT11的測量范圍：濕度為20～90%RH，溫度為0～50℃;精度：濕度為±5%，溫度誤差范圍為±2℃;分辨率：濕度為1%，溫度為1℃;檢測電路圖如圖2所示。

3.1.2氣體濃度檢測電路

MQ135氣體檢測傳感器所使用的材料是二氧化錫，可檢測多種有害氣體，適合多種應用場合。這里主要檢測雞舍內的氨氣、硫化氫氣體、甲烷等有害氣體，電路如圖3所示。

3.2人機交互系統設計

人機交互系統由現場液晶觸摸屏和手機終端兩部分組成。液晶觸摸屏采用的是3.5寸的TFTLCD模塊，顯示分辨率是320×240，接口為16位的80并口。手機終端利用ESP8266WIFI模塊與和機智云平臺使單片機設備接入網絡。機智云是一個專門服務于物聯網與智能硬件云服務的開發平臺，它降低了使用者的成本，以此提升了開發人員的生產效率。

3.3 WIFI模塊設計

ATK-ESP8266是一款具備高性能的串口-無線模塊，采用的是串口與單片機通訊，可以完成串口與WIFI之間的轉換，通過6個2.54mm間距的排針與外部連接，并且該模塊同時兼容3.3V和5V的單片機系統。

3.4 調節系統設計

3.4.1溫濕度調節方案設計

一般情況雞舍內溫度范圍在18℃～24℃較為適宜。通過溫度檢測，當雞舍溫度過低，采用電加熱方式升溫，溫度過高通過風扇通風等手段進行降溫。

雞舍內濕度過低，會不利于肉雞體內剩余卵黃的吸收，嚴重還將出現雞只脫水現象，且易造成灰塵飛揚，使肉雞患上呼吸道類疾病。而如果濕度過高，就會使肉雞體內熱量散失不出去，導致身體悶熱，食量減少。且高濕環境還會造成霉菌等生物的快速生長，使雞只出現中毒或者球蟲病現象。通常情況下，雞舍內濕度范圍在50%～70%內條件較為適宜。此次系統濕度調節是利用加濕器與通風口作為調節雞舍內濕度大小的裝置。

3.4.2氣體濃度調節方案設計

雞舍內有害氣體有多種，例如氨氣是一種無色有毒的強烈刺激性的氣體。主要在空氣流通性不夠時肉雞的糞便分解或者雞舍內墊物的吸水腐爛分解產生。當氨氣的濃度超出10ppm就將影響肉雞的肺功能，再升高會抑制肉雞的生長發育，且導致雞只的行為異常，甚至失明。此次系統濃度調節設計是利用步進電機控制的通風口作為調節雞舍內氨氣濃度大小的裝置。

4 系統軟件設計

4.1系統主控程序設計

系統主程序流程如圖4所示，具體包括：初始化，設備聯網，采集傳感器數據，將處理后的數據傳送給觸摸屏并通過WIFI模塊發送到手機終端APP，實時更新數據，及時判斷數據合理性，控制調節設備等。

4.2溫濕度及有害氣體濃度調節程序設計

系統通過DHT11傳感器和MQ135氣體檢測傳感器循環測量雞舍內的實時數據，并將其與設定值比較，若不滿足需求，系統控制蜂鳴器報警，且開啟相應調節設備。以溫度控制為例，其程序流程圖如圖5所示。

4.3上位機系統程序設計

手機終端作為系統的上位機，主要進行數據的實時監測及參數設置。這里采用機智云作為系統的智能開發平臺，使設備成功接入互聯網。在創建一個項目之前，首先需要對ESP8266WIFI模塊刷入機智云GAgent固件，此固件在機智云平臺上免費提供，其主要功能是實現數據的轉發，是設備數據、機智云與應用端的交互通道。具體聯網流程如圖6所示。

5 系統調試

對系統進行整體調試，當環境數據滿足設定要求時，上位機手機APP無警報且觸摸屏畫面數據后為綠色，如圖7所示。當測得數據出現異常，例如空氣濕度達到上限值以上，上位機APP出現報警提醒，觸摸屏溫度參數后的狀態變為紅色，蜂鳴器同時發出滴滴聲，此時相應調節設備工作指示燈點亮，啟動調節設備。

系統經調試，對環境參數檢測準確，各調節設備運行正常，通過手機終端對系統進行監控使操作更便攜。

參考文獻

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作者簡介

1.李開放，學生，自動化專業。2.金昱芃，學生，機械設計制造及其自動化專業。3.翟天嵩，教授，主要研究方向為智能儀器與智能控制系統。