禽舍環境監測系統的設計

王麗芬

摘要：監控系統的設計基于STC89C52單片機，利用光敏、光電等多種用于檢測環境參數的傳感器對禽舍環境進行實時監控，以維持舍內適宜禽類生長的環境參數，節省勞動力，提高飼養收益。整體系統采用模塊化設計，以溫度光照監控模塊為例進行詳細設計，具有操作簡單、工作穩定、便于調試等優點。

關鍵詞：單片機；傳感器；溫度光照；實時監控

中圖分類號：S831.4+5；S126 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1432-03

隨著養殖業的發展、科技的進步，人們越來越傾向于利用現代技術自動化管理禽舍環境，使禽舍能夠投入最少的勞動力而產生最大的效益。禽舍環境自動控制系統[1]的工作原理是人工上電后，裝置上的溫度、光感、煙霧等傳感器實時檢測室內環境，當環境的某一參數偏離預設值時，系統便會自動執行相應動作，以使環境恢復到正常水平。自動控制系統的應用可大大減少人工勞力，并可高效率改善禽舍內環境，進而促進家禽生長，提高產蛋率[2]。

1 系統硬件設計

系統硬件的設計大致包括中央控制單元、溫度采集部分、光照采集部分、溫度顯示部分四大硬件部分（圖1）。系統溫度光照監控部分所需器件包括STC89C52單片機（圖2）、DS18B20數字溫度傳感器、光敏電阻、74LS245驅動芯片、ADC0804數模轉換器、74HC573鎖存器、4位LED數碼管、繼電器、發光二極管、直流風扇等。

1.1 中央控制單元——STC89C52單片機

STC89C52單片機[3]是基于80C51內核，采用PHILIPS高密度CMOS技術設計制造，包含中央處理單元、8kB非異失性Flash、只讀程序存儲器EPROM、256B內部數據存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出（I/O）口、2個16位定時器/計數器和中斷源，采用4層優先級中斷嵌套結構，可用于多機通信的串行I/O口、I/O擴展、片內時鐘振蕩電路。其最小系統包括復位電路和由2個電容及1個12M晶振組成的振蕩器。STC89C52采用低功耗靜態設計，寬工作頻率為DC-33MHz，寬工作電壓范圍為2.7～5.5 V，兩種軟件方式選擇電源空閑和掉電模式。空閑模式下，凍結CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統維持其功能。由于是靜態設計，所以掉電模式下，時鐘振蕩停止，RAM數據得以保存，芯片內其他功能停止。CPU喚醒后，從時鐘斷點處恢復執行程序。同時，STC89C52有PLCC44、DIP40和LQFP44等多種封裝形式，以適應不同產品的需求[4]。

1.2 溫度的采集、顯示

DS18B20數字溫度傳感器設置于禽舍內，用于實時采集溫度參數。上電后，單片機通過P1.7口向DS18B20的DQ端寫開啟溫度采集及轉換命令字，溫度傳感器開始工作。傳感器所采集到的室內模擬溫度量值經由內部模數轉換后，向中央控制單元傳送數字化溫度值，供單片機分析處理[5]。DS18B20數字溫度傳感器將采集到的實時溫度傳送給控制單元后，由單片機P0口外設的4位8段共陰極LED數碼管實時顯示出來。另外數碼管還兼有由4組按鍵來顯示可自行設置的上、下限溫度值。數碼管的顯示采用動態驅動方式，應用兩片74HC573鎖存器[6]分別控制4位位選端及8位段選端。鎖存器的輸入數據由P0口提供，并由軟件動態掃描4位數碼管，控制何位顯示、顯示何值。由于掃描速度快、周期短及人眼視覺停留，其效果與靜態顯示相同。

1.3 光照的采集

利用置于禽舍窗外的光敏電阻監測外界光照強度。光敏電阻利用不同光照強度下，其自身電阻值不同的特性（入射光強，電阻減小；入射光弱，電阻增大），將光照強度模擬信號首先傳送給模數轉換芯片ADC0804，轉換成量化的光照值經P1口傳送至處理單元。此時處理單元將與開燈與否的臨界值進行比較，從而發出相應指令。

2 系統的軟件設計

系統采用了現在流行的C語言編程[7]，易于實現、移植和擴展。

2.1 流程圖的設計

溫度監控流程和光照監控流程分別見圖3和圖4。

2.2 設計的部分程序

溫度監控子程序：

#include

sbit DUAN=P2^6；//74HC573的LE端，LED的段選端

sbit WEI=P2^7；//74HC573的LE端，LED的位選端

sbit TMDAT=P1^7；//DS1820溫度接口

sbit fengshan=P2^2；//風扇接口

sbit jiare=P2^3；//加熱器接口

sbit gao=P3^2；//顯示上限溫度值按鍵接口

sbit di=P3^4；//顯示下限溫度值按鍵接口

sbit jia=P3^6；//升高上下限溫度值按鍵接口

sbit jian=P3^7；//降低上下限溫度值按鍵接口

void main（）

{while（1）

{get_temperature（）；//獲得溫度

if（tempdf≥8）tempdf=5；//0.5°精度顯示

else tempdf=0；

if（gao==0&&di==1）

{xianshigao（）； //顯示溫度上限值

if （jia==0）{delay（20）；i=i+1；}

else if（jian==0）{delay（20）；i=i-1；}}

if（gao==1&&di==0）

{xianshidi（）；//顯示溫度下限值

if （jia==0）{delay（20）；j=j+1；}

else if（jian==0）{delay（20）；j=j-1；}}

if（gao==1&&di==1）

{disp_temp（）；//顯示溫度

if（ tempint≥i）//可以自己設定報警的溫度

{ fengshan=0；delay（62）；}//溫度超過上限值開風扇

else fengshan=1；}

if（tempint≤j）//溫度低于下限值開加熱器

{jiare=1；delay（62）；}

else jiare=0；} }[11]

光照監控子程序：

#include"reg52.h"

#include"intrins.h"

#include"math.h"

#define uint unsigned int//定義無符號整型變量

#define uchar unsigned char//定義無符號字符變量

sbit ADC0804_SC=P2^0；//模數轉換器片選接口

sbit ADC0804_RD=P3^7；//模數轉換器讀接口

sbit ADC0804_WR=P3^6；//模數轉換器片寫口

sbit kaideng=P2^2；//燈光控制端口

void main（）

{uchar ADC0804_data；

ADC0804_SC=0；//讓SC一直為低

while（1）

{adc0804_start（）；//啟動ADC0804

delay（5）；//延時

ADC0804_RD=0；//RD為低

delay（5）；//延時

ADC0804_data=P1；//將ADC0804的數據傳出

delay（5）； //延時

ADC0804_RD=1；//RD為高

delay（5）；//延時

if（ADC0804_data≤100）//采光量不足，開燈操作

kaideng=1；

else kaideng=0； } }

3 小結

該系統設計的初衷是整合多路傳感器，以最低成本對禽舍環境參數進行實時監控，以維持舍內適宜禽類生長的環境參數，智能化管理，提高效益。在完成硬件電路的焊接、測試及軟件程序的編寫與調試后，經過反復的模擬試驗、觀測分析，該模塊大致可實現對舍內氣體、溫度、光照等環境參數的有效監測與控制功能。

參考文獻：

[1] 趙 艷，張廣慶，薛其巖，等.雞舍內有害氣體的控制措施[J].山東畜牧獸醫，2010（2）：57-58.

[2] 王自然.光照與溫度對雞產蛋率的影響[J]. 養殖技術顧問，2005（3）：5.

[3] 張毅坤，陳善久，裘雪紅.單片微型計算機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，1998.

[4] 余錫存，曹國華.單片機原理及接口技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[5] 余成波.傳感器與自動檢測技術[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6] 曹漢房.數字電路與邏輯設計基礎[M].北京：電子工業出版社，2007.119-120.

[7] 譚浩強.C程序設計[M].北京：清華大學出版社，2005.95-121.