禽蛋孵化器遠程控制系統設計

陳創業，胡天讓，謝曉麗，陳蕊

（1.甘肅畜牧工程職業技術學院,甘肅武威，733006;2.甘肅省慶陽市寧縣畜牧獸醫局，甘肅慶陽，745200）

0 引言

如果可以使用各項技術來模擬禽類的孵化條件，并且利用仿生原理來構建孵化環境，最終保證禽蛋的正常孵化。這對于生產力的解放以及人們生活水平的提升都有重要作用。目前各項電子技術發展速度很快，基于各項技術的完善，目前已經可以實現遠程控制，并且還可以完成高精度的濕度以及溫度環境調節。這些都保證了禽蛋孵化器遠程控制系統設計的可行性。目前我國的養殖業正在向著現代化的方向發展，在這個過程中必然繞不開全自動遠程孵化器系統設計，同時這也是實現高產和優產的唯一道路。目前我國大布馮的孵化器系統依然需要人工進行現場控制，并且具體控制的過程也是通過人工經驗來完成的，這種傳統的方式無法滿足目前對于孵化率以及雛禽孵化質量的要求[1]。因此各個企業都開始大力研究禽蛋孵化器遠程控制系統。除了可以保證質量和產量以外，這個系統還可以降低禽類養殖的成本。這篇論文就是基于各項技術來設計禽蛋孵化器遠程控制系統，在設計中將會分為兩個方面進行詳細介紹，一個是環境控制系統，還有一個是整體框架構建。希望這篇論文可以為禽蛋孵化器遠程控制系統設計提供新的思路。

1 禽蛋孵化器遠程控制系統整體介紹

系統設計需要基于孵化原理進行，因此所有的指標以及數據都來自于具體的孵化條件。影響禽蛋孵化的條件具體包括溫度、濕度、翻蛋以及通風等。必須要通過系統保證孵化過程中各項條件處于閾值范圍內，只有這樣才能夠保證較高的孵化率。這次設計的系統主要的功能在于利用信息通訊技術、傳感器技術以及PLC 技術實現孵化器的遠程控制需求。不需要通過人工的方式對于環境的各個條件進行調節，只需要通過各項傳感器實現數據的收集和管理，通過程序控制就可以完成各個條件的設置。因此這項系統設計一共包含兩大部分，一個是孵化器內部數據收集以及執行器的設計，這部分設計的關鍵在于兩個方面，一方面需要通過合理的傳感器布置來檢測各個環境條件，另外一方面需要設計良好的控制程序來保證各項指令得到執行。另外一個是關于系統整體框架的設計，其主要的功能在于完成數據收集以及下達指令的任務。所有的數據最終都會被傳遞到個人PC 的程序中，因此框架設計決定了信息的輸出以及指令的執行。其中需要使用傳感器網絡來傳遞各項環境信息，需要利用各個環境感應節點以及傳感器來收集各項數據，這些數據是具體控制措施輸出的判斷依據。系統中還應該配備協調器，其主要的任務是構建網絡來保證各項信息傳輸的有序性。為了完成信息數據的采集以及存儲，還需要在系統中配備網關。系統中所有的通信任務都是由通信模塊承擔的，具體的數據處理以及控制都是基于主控模塊實現的。其中的重點工作又溫濕度檢測電路設計，溫濕度控制電路設計，鍵盤接口電路設計以及數據顯示通信電路設計等[2]。其中搭載軟件的硬件是單片機，程序編寫使用的是C++。以上大致介紹了這次系統設計將會涉及到的內容，下面將會從環境控制系統以及整體框架搭建兩個部分詳細介紹系統的設計。

2 禽蛋孵化器環境控制系統設計

環境控制系統主要控制的量有兩個，一個是孵化箱中的溫度，還有一個是孵化箱中的濕度，其中可以通過加熱系統、加濕系統以及電機來執行指令，改變箱體內部條件，保證箱體環境處于閾值范圍。具體的環境控制系統框架結構如圖1所示。

圖1 系統框架圖

從圖1 的結構分析可以發現，對于孵化箱的環境控制最關鍵的在于兩個部分，一個是溫度控制模塊，還有一個是濕度控制模塊，這兩個模塊都是基于單片機完成控制任務的。同時兩項關鍵數據是通過對應的傳感器傳遞到單片機內部，其中的報警顯示電路使用的是LED 數碼顯示，這種結構設計可以保證對于環境數據實時監控，也可以保證各項數據傳輸的實時性。下面對于其硬件結構進行詳細介紹。單片機選擇的是AT89S52，所有的計算以及環境參數處理都是在此完成的，其中采用的是模糊運算方案。所有的數據經過單片機處理以后會傳遞到上位PC 機中以供參考。系統中選用的溫度傳感器是DS18B20。這個溫度傳感器是通過單總線進行數據傳輸的，溫度測量的范圍在零下五十五度到一百二十五攝氏度之間。測量精度可以達到0.06℃。溫度傳感器和單片機連接的方式具體如圖2 所示。

系統設計中使用的濕度傳感器是HS1101，這個傳感器可以達到百分之二的檢測精度，同時在工作中可以保持良好的穩定性以及可靠性。相應的時間為五秒，并且不容易受到溫度變化的影響。顯示電路設計使用的是串行接口驅動器HD7279A，無論是顯示電路還是鍵盤都采用這種接口設計。對于溫度的調節使用的是加熱裝置，其中配備了四組加熱電阻絲，加熱功率大小在200W。加熱過程中的控制通過P2.0～P2.3 四個端口控制。孵化箱內部設計了方形的加濕水盤，隨著其中頂蓋開啟的大小來控制加濕的程度。孵化箱的兩側設置了通風口，并且配備了風扇。

這次系統控制使用的是模糊控制系統理論，這項理論的具體控制過程如流程圖3 所示。

圖3

通過以上介紹的各項內容可以對于孵化箱內部的環境進行控制，保證在孵化的過程中可以一直保持在最佳狀態。

3 禽蛋孵化器整體框架設計

下面針對系統的整體框架設計進行介紹，系統的整體框架主要協調了個人PC 以及環境控制系統之間的數據以及指令執行工作。具體的框架結構如圖4 所示。

圖4

監控人員如果想要了解各項數據的具體情況，可以通過兩種方式來獲得，一種是GSM 網絡，還有一種是Internet網絡，同時基于這兩種方式可以完成各項數據的調節和環境的控制。環境控制系統將環境中的各種數據信息以及各個執行器的工作情況傳遞到協調器中，協調器處理以后將信息接入到網關，這些數據的傳遞具有一定的周期性。具體的指令也是通過這種方式進行傳遞的。數據處理模塊存在于環境控制系統內部，在數據處理模塊中，各項傳感器的模擬信號將會被轉化為數字信號，傳遞是基于射頻收發器來實現的。從整體框架設計的各個模塊布置情況可以發現，其主要的功能在于數據傳遞以及指令傳遞，所以其中使用的數據處理傳輸模塊是CC2530。其中配備協調器的主要目的是讓各個環境傳感器可以接入到系統中，所有的傳感器接收到數據以后，利用RS232 接口進行數據傳輸，相關的指令通過Zigbee網絡傳輸到環境控制系統中的執行器處，這個過程完成了環境數據的監控以及環境條件的控制和調節[3]。其中配備了嵌入式網關，這個部件的除了完成數據的采集以外，還會對于所有的數據進行存儲和備份，并且其會結合預先設置的數值自行發出指令，因此網關內部除了硬件以外還包含控制使用的軟件以及接收上位指令的控制內容。硬件層面，其中必須要配備LED 顯示模塊、通信模塊以及主控模塊。

4 結語

本論文主要介紹的是禽蛋孵化器遠程控制系統的設計，其中介紹了整體的框架，也介紹了環境控制系統，其中很多的內容由于篇幅的并沒有展開詳細分析。并且其中還存在許多問題需要改進和優化，禽蛋孵化器遠程控制系統必然是未來的發展方向。控制系統需要和實際生產情況相互結合才能夠更好的服務于生產，因此在后續的工作中筆者將會繼續總結經驗，持續優化系統設計。