基于單片機控制的雞舍智能控溫系統

丁 元，鐘友發，邱雪瑩，院東閣，孫玉文

(南京農業大學工學院江蘇省智能化農業裝備重點實驗室，江蘇南京 210031)

傳統中小型養雞場依靠人工喂養，控制精度差，自動化程度低，勞動力成本高［1］，諸項條件限制了產業發展，推行自動化養殖是未來的發展方向［2］。在目前的禽類養殖業中，科技化程度低，新技術應用較少。當前惡劣的養殖環境，低下的養殖方式，大大削弱了肉雞的健康，影響雞肉品質。雖然有少數優秀代表如由美國泰森公司投資的孫莊雞場，養殖生產環節全部采用自動化的流水設備，是當前中國最先進的自動化肉雞養殖基地。但這種自動化雞舍投資大，建設周期長，可移植性差。作者設計了一套成體系，低成本，適用面廣的雞舍智能控溫系統 (圖1)。該系統可對雞舍溫度進行實時測量，通過顯示屏顯示。如果超過上下限溫度，則自動對控溫設備進行調控，并自動發送短信到指定手機，也可實時通過發送接收短信了解雞舍溫度。

圖1 雞舍智能控溫系統的構成

1 硬件組成

1.1 溫度采集系統

采用數字式的溫度傳感器DS18B20。能將溫度直接轉換成數字信號，可以通過一根數據線與單片機進行通信［3］。測量溫度范圍為－55～125℃，在－10～85℃時精度為±0.5℃，完全可以滿足測量雞舍的溫度要求。溫度時間顯示系統顯示功能由LCD12864來完成。所顯示的數據是由單片機以并行方式直接輸送給帶中文字庫的12864。

該模塊的核心是VS1838B的紅外遙控模塊，采用內屏蔽封裝，內置紅外線接收專用IC。低電平有效，高靈敏度，抗光、電磁干擾能力強。通用紅外遙控系統由發射和接收2部分組成，應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作?？赏ㄟ^遙控來設置最高溫度，最低溫度和目標手機，以及設定時間。

1.2 終端信息處理系統

采用AT89C52單片機。該模塊固定于基座上，易于拆卸，更換，升級。該單片機使用廣泛，設計成熟，穩定性高，適合用于農業生產［4］。

加熱/降溫采用中斷技術［5］。運用簡單的單片機中斷控制信號，控制外部電路的通斷，用正反相電壓和電路通斷來控制外加的控制設備，如加熱器和大功率排風扇等［6］。

1.3 GSM移動通信系統

采用TC35模塊，該模塊采用3.3～5.5 V電壓，通過串口通信和單片機連接，通過放置SIM卡，可用于接收發送短信。該模塊還具有電話簿，多方通話，漫游檢測等功能，是系統的重點。其供電與主板相隔離，以保證不受電磁干擾。

2 電路系統

雞舍智能控溫系統的電路系統由主控電路，復位電路，顯示及檢測電路，短信收發電路等部分組成 (圖2)。

2.1 主控電路

主控電路由AT89C52單片機、11.0592 MHz晶體振蕩器和電阻等元件構成。AT89C52單片機具有CPU系統、存儲器系統及I/O接口和其他功能單元。主板上有蜂鳴器，紅外接收器，繼電器等元器件。當溫度超過上下限時，蜂鳴器發出報警聲響，通過繼電器對溫度進行反饋控制。繼電器與單片機的P1.3口進行通訊。

圖2 雞舍智能控溫系統的電路

2.2 復位電路

復位電路使用的是51/AVR復位電路，采用的是5 V供電。復位電路采用上電復位與手動復位相結合的方案。手動復位時，按下復位按鈕，電容C通過電阻R1迅速放電，使RSTVPD迅速變為高電平，松開后，電容通過R2和內部下拉電阻充電，逐漸使RSTVPD恢復低電平。

2.3 顯示及檢測電路

顯示及檢測電路由LCD12864組成，通過連接單片機的P2.0～P2.5和P0.0～P0.7接口引腳，5 V供電，1和20口端接地。

2.4 短信收發電路

短信收發電路用的是TC35模塊，通過TTL電平直接與單片機的TTL串口通信，用12 V外加電源與單片機供電。

3 軟件設計

3.1 主程序

主程序是系統的核心程序，內含多個子程序，可根據情況調用，如初始化程序，12864顯示程序，紅外遙控程序等 (圖3)。在程序運行的過程中必須先經過初始化，包括中斷程序以及各個控制端口的初始化。系統在初始化完成后就進入12864顯示程序，通過引腳輸出圖形。接著進入設置程序。通過遙控設置發送目標的手機號碼，時間，最高和最低溫度值，通過串口讀取。通過終端控制加熱/降溫模塊完成對溫度的控制。

3.2 溫度監控程序

溫度采集主要由 DS18B20傳感器完成。DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此系統對DS18B20編程時必須完全按機寫時序、讀時序、復位時序進行設置。當超過最高/最低溫度時，調用控制程序，輸出高電平，使外接電源通路，觸發風扇/加熱器，并調用短信發送程序。超過限定時間后，外界電路自動斷電，并重新調用DS18B20進行測溫。若是仍超過設定溫度，則重發短信，外界電路通電后繼續工作。若滿足條件，則不工作［7］。

圖3 雞舍智能控溫系統的軟件流程

該方式讀取溫度具有可控的時間間隔，在保證準確度的情況下，大大降低了能源損耗，延長了機器壽命，也減少了故障幾率，降低了成本［8］。

3.3 短信收發程序

收發短信有2種模式。一是紅外遙控監測模式。是通過編輯中斷程序，預先設定短信內容，當超過設定溫度時，可直接在程序中進行調用，實時發送短信并自動撥打制定電話作為提醒，該模式有定時功能，可防止短時間內多次重復發送。二是通過用戶發送短信到設定手機號，單片機收到短信后，讀取當前的雞舍環境溫度，再發送短信到用戶手機。這2種方式可滿足養殖的具體要求［9］。

4 試用效果

試驗設定雞舍智能控溫系統最高溫度為24℃，最低溫度為14℃。經過試驗測試后，記錄溫度變化如圖4所示。本系統能夠很好、平穩地控制雞舍的溫度，能夠保證雞舍溫度處于動態的可控范圍內，避免由于晝夜溫差過大引起的雞舍過大溫差，保證雞舍的舒適度。

從圖4中也暴露出系統的不足，在一次采集溫度的過程中，出現溫度過高的情況，經檢查是由于監測點局部溫度過高。由此說明系統的溫度檢測部分有漏洞，過于簡單，沒有二次判定的功能。并且，該系統的加熱裝置反應速度太慢，其效率有待提高。

圖4 雞舍智能控溫系統的溫度測試效果

5 小結

通過使用單片機，GSM系統，紅外遙控等技術設計了一套雞舍智能系統。該系統具有功能齊全，穩定性好，人機互動高，多模塊結合，易于檢修和替換等優點。通過實驗測試，該系統的檢測數據準確可靠，實時性強，系統成本低，系統的通用性好。非常適合1萬羽以下肉雞雞舍的養殖場，也適用于放養、蛋雞、種雞的養殖。通過控制雞舍的溫度條件，能夠保證雞的健康生長，降低發病率，增加上肉率，使得雞的品質得到保證。

目前，系統溫度檢測裝置還沒有自檢功能，加熱和降溫效果慢，不適用于精確控制。在未來的設計中，可以加入ZIGBEE技術，完成多點溫度采集。同時加入模糊算法和二次判定等程序，使溫度檢測更加靈敏、智能，溫度控制更加合理。

［1］楊林楠，張麗蓮，張天順，等．養雞場智能監管系統研究［J］．西南大學學報:自然科學版，2004(4):29－32．

［2］魏剛才，劉保國．現代實用養雞技術大全 ［M］．北京:化學工業出版社，2010:45－52．

［3］周潤景，郝曉霞．傳感器與檢測技術［M］．北京:電子工業出版社，2009:79－63．

［4］郭天祥．新概念51單片機C語言教程:入門，提高，開發，拓展全攻略［M］．北京:電子工業出版社，2009:88－93．

［5］卓壯．自動控制技術在在空調機溫濕度控制中的應用［J］．裝備制造技術，2007(4):43－44．

［6］朱蕤，張常年．基于AT89C51單片機的溫度傳感器控制電路［G］//楊義先．2007通信理論與技術新發展:第十二屆全國青年通信學術會議論文集 (上冊)．北京:電子工業出版社，2007:169－174．

［7］邱曉軍，施永強．單片機在多通道溫濕度控制器中的應用設計 ［J］．實驗室研究與探索，2006，25(10):1208－1210．

［8］王大海．新型溫濕度自動控制系統的設計與應用［J］．電子工程師，2002，28(3):33－36．

［9］尤玉雙．雞舍環境控制對生產性能影響的研究 ［D］．北京:中國農業大學，2005．