智能養雞場控制系統的設計

劉春群 江珊珊 黃志麗

摘 要：智能養雞場控制系統利用PLC和單片機聯合控制，可以在手機App、觸摸屏組態界面實時顯示各種參數和設備的運行狀態，任意切換自動和手動控制模式，實現智能化控制溫度、濕度，自動清理糞便、通風等。系統還具有恒溫、恒濕控制功能，可用攝像頭實現養雞場環境的實時監控。系統智能化程度高，能為雞場創造更好的生存環境，能夠提高生產效率。

關鍵詞：S7—300PLC;單片機;智能控制

中圖分類號：S818.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.010

我國的養雞場數量多，總量居世界第一，養雞的品種也最齊全。但是，雞場規模大小不一，上至幾百萬只，下至幾千只，參差不齊。規模制約了雞場的發展能力、養殖條件和深加工能力。對于如今批量養殖業的管理員來說，傳統養雞場的雞舍環境監控，基本都是由人工或半人工控制的，每天要準時喂食、清糞、喂水、控溫、通風透氣等，工作任務繁重。而且，控制精度和自動化程度不高，性能單一，很多操作要由人工來控制，勞動生產率水平較低，不利于規模化養雞。因此，研發一個智能化養雞場控制系統是很必要的。

1 設計目標

第一，能實現雞舍內恒溫恒濕。

第二，控制系統有全自動和上位機界面手動控制兩種模式。

第三，觸摸屏實時顯示當前溫度、濕度、光照強度、水位、煙霧濃度等參數，并可以控制整個養雞系統的各種設備。

第四，手機智能控制App，可以控制養雞場。

第五，雞場有火災或者有盜竊情況時，雞場管理員手機能夠接收到手機火災和盜竊短信報警。

第六，視頻實時監控雞舍環境，打開手機上位機能隨時查看雞舍狀況。

2 系統設計

該智能養雞場控制系統的設計，包含主機（PLC）和從機（單片機）兩部分。主機和從機通過繼電器模塊和PLC模擬量輸入模塊進行通信，系統可以根據用戶需求設計自動模式控制養雞場，也可以通過觸摸屏、手機上位機手動控制，自動和手動模式間可以任意切換。系統結構框圖和硬件組成如圖1、圖2所示。

2.1 主控模塊

主機采用西門子S7—300 PLC。Simatic S7—300是模塊化的中小型PLC系統，PLC可以直接處理壓力變送器、溫度變送器傳送過來的數據，也要處理單片機傳送過來的數據，統一處理后再判斷執行輸出給控制對象。PLC跟TP177B觸摸屏鏈接，在觸摸屏開發的控制界面上實時顯示溫度、濕度、光照強度、水壓及用戶設定恒溫值、恒濕度值。同時，實時顯示雞場的各種情況，并可通過觸摸屏控制雞場。

2.2 單片機模塊

單片機處理濕度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、人體感應器等傳感器信息，傳給PLC做對應的控制，并顯示在液晶顯示屏上。其可以通過GSM短信模塊給主人的手機發送信息。同時，也可以接收主人手機發來的控制信號。

2.3 GSM短信模塊

單片機通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標準的AT命令控制GSM模塊實現各種無線通信功能，如發送短信、撥打電話、GPRS撥號上網等。使用GSM模塊的“開放內置平臺”功能，可以使主人將自己的程序嵌入模塊內的軟件平臺。當養雞場內發生火災或者盜竊時，主人可及時收到系統發送到用戶手機上的短信。

2.4 WIFI模塊

內置TCP/IP協議棧和IEEE802.11協議棧，能夠實現用戶串口到無線網絡間的轉換。串口WIFI模塊TLN13UA06支持串口透明數據傳輸模式，并且具有安全多模能力，能使傳統串口設備更好地加入無線網絡。利用WIFI模塊這個媒介，可以通過手機App控制養雞場[1]。手機App控制界面如圖3所示。

3 軟件設計

系統運用C語言和梯形圖來編程，使用的編程工具是keil uvision4和Step7編程軟件[2]。程序流程圖如圖4所示。

在手動模式下，用戶可以通過連接WIFI打開手機App客戶端，或者通過點擊觸摸屏上的按鈕控制養雞場。

在自動模式下，系統將會每天循環執行三次如下流程：清糞、投料、喂食、刮料、清料、加水（在雞飲用水期間，當液位低于設定值時再次啟動加水）、放水，開啟音樂。白天定時通風14個小時，如果煙霧傳感器檢測到煙霧濃度過高且溫度變送器監測到溫度高于設定值，即認為發生火災，此時發送短信通知主人，切斷電源總閘，打開雞舍門，減少不必要的傷亡。當紅外傳感器監測到有人進入雞舍時，及時發送短信告知主人，具有報警功能。主人可以自由設置恒溫、恒濕度參數，系統將結合實際的溫度、濕度改變變頻器的輸出，以控制現場環境的溫度、濕度變化。

單片機主程序如下：

void main（）

lcdinit（）;//初始化液晶顯示

Uart1Init（220）;//初始化串口1

GSM_Init（）;//初始化GSM短信模塊

display（）;

KA1=1;KA2=1;KA3=1;KA4=1;KA5=1;KA6=1;KA7=1;KA8=1;KA9=1;

RT=0;

while（1）

{

readtemp1（）;//調用濕度函數

display_H（）;//顯示濕度函數

display_GQ（DAC_MCP3208（9））;//讀取光照強度函數

display_YW（DAC_MCP3208（8））;//讀取煙霧濃度函數

GQ_temp=DAC_MCP3208（9）;

wifi_read（）;

shou（）;

Huozai（）;

Daoqie（）;

xierua（RH1*105）;//濕度模擬量輸出給PLC讀取

xierub（（4800-GQ_temp））;//光照強度模擬量輸出給PLC讀取

xierud（DAC_MCP3208（8）*10）;//煙霧濃度模擬量輸出給PLC讀取

RT_RT（）;

}}

GSM短信模塊程序：

#ifndef__GSM_H__

#define__GSM_H__

#include"sbit.H" //調用自己做的一個頭文件

#include"intrins.h"

#include"MCP3208.H"

#define uchar unsigned char

#define uint? unsigned int

uchar volatile GsmRcvAt[80]={0};

uchar volatile GsmRcv[80]={0};

uchar volatile GsmRcvCnt=0;

uchar volatile GsmAtFlag=0;

uchar code sms_answer[]="RING";//接聽

uchar code sms_gua[]="NO CA";//掛電話

uchar code sms_receive[]="+CMTI";//接收短信

uchar code sms_read[]="+CMGR";//讀取短信

uchar code sms_FoodK[]="558298DF5F00";//發送“喂食開”

uchar code sms_FoodG[]="558298DF5173";//發送“喂食關”

uchar code sms_MusicK[]="97F34E505F00";//發送“音樂開”

uchar code sms_MusicG[]="97F34E505173";//發送“音樂關”

uchar code sxs_text1[]={"0011000D91685177670089F00008A012"};//這個是編輯雞舍進賊短信的

uchar code sxs_text2[]={"0011000D91685177670089F00008A016"};//這個是編輯雞舍發生火災的短信的

uchar code sxs_jinren[]={"4E3B4EBAFF0C9E21820D8FDB4EBA4E86FF01"};//主人，雞舍進人了！

uchar code sxs_huozai[]={"4E3B4EBAFF0C9E21820D53D1751F706B707E4E86FF01"};//主人，雞舍發生火災了！

uchar flag=0，flag1=0;//作為人體感應模塊、煙霧的標志位

4 系統功能說明

首先給系統上電，打開PLC主控部分的啟動按鈕啟動系統，打開單片機部分的電源開關、WIFI模塊開關、GSM短信模塊的電源開關，啟動GSM短信模塊的按鈕，插上變頻器電源，此時整個系統準備就緒。

其次，在TP177B觸摸屏主控制界面上有全自動和App控制（手動模式）兩個按鈕，點擊App控制按鈕，此時系統處于手機App控制模式。

第三，App控制模式。打開手機WIFI開關，連接串口發射出來的WIFI，打開養雞App，即可控制養雞場部分設備：喂食、投料、刮料、通風、加水、清糞、音樂、放水和清料[3]。

第四，在TP177B觸摸屏上點擊全自動模式。系統將會每天定時喂食三次，執行流程：早上先清糞一次→投料→喂食（保持到清料）→刮料后→清料、喂食停→加水（液位到達設定值時停止，在此期間，液位低于定值的20%時再次加水）→放水→放音樂。每個環節可以根據雞場的規模設置時間。

第五，觸摸屏上也開發了一個控制操作界面，其中的按鈕可以控制喂食、投料、放水、加水、通風、電源總閘、音樂、火災報警、盜竊報警、雞舍門、刮料、清料、清糞等。

第六，不管是在手動還是全自動模式下，都可以在TP177B觸摸屏主界面上設定室內的恒溫值和恒濕度值，變頻器會根據AO模塊輸出的模擬量調節交流電的頻率，從而達到恒溫、恒濕度的效果。

第七，實時監控雞舍內的狀況。打開手機的WIFI攝像頭App，可以實時以視頻形式查看到雞舍內的狀況。如有陌生人進入，還可以遠程喊話，警告陌生人使其離開。

第八，系統在App控制模式和全自動模式下，如若發生火災，火災指示燈亮，同時斷開電源總閘，打開雞舍門，發送報警短信到用戶手機上。如果有人進入雞舍內，體感應模塊感應到，會默認有盜竊發生，啟動盜竊指示燈，發送盜竊短信到用戶手機上。指示燈需要管理者解除。

5 結語

隨著社會的不斷進步，科學技術的不斷提高，智能化已經逐漸占領市場，比如智能家居、智能溫室大棚、智能機器人等。自動化、機械化、智能化的設備已逐漸代替了傳統的體力勞作，成為新型的勞動工具。智能養雞場可以做到不進入雞舍便可以管理數萬只雞，可以根據需要擴大養雞規模而不提高成本。養雞場的智能控制體現了智能化的優勢，其通過智能化幫助人們更好地管理雞場，提高了生產效率。

5.1 創新性與先進性

系統具有恒溫恒濕度功能，智能調節養雞場內的參數，用戶可以自己設置恒溫值和恒濕度值。

攝像頭實時監控養雞場的全景，戶主可通過WIFI客戶端觀察雞仔生長狀況。

戶主可手機App實現不進雞舍便可養雞。

以熱釋電人體檢測模塊與攝像模塊實現防雞的實時監控功能，如有異常，系統會發出聲音報警并通過短信的形式告知戶主，真正實現了智能化養殖。

5.2 存在問題及改進方案

雞場的雞仔需要定期打疫苗，生病的雞仔如果不能及時處理容易導致其他的雞被感染，如果每個雞仔能有追蹤和標記信號，能夠更好地管理雞場，這也是后期需要努力研究的方向。

參考文獻

[1] 王衛星，傅立思，孫耀杰.可編程控制器原理及應用[M].北京：中國水利電力出版社，2002.

[2] 肖朋生，張文，王建輝.變頻器及其控制系統[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] 西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團.SIEMENS WinCC手冊[M].北京：西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團，2004.