基于PIC18F2580的畜禽舍環(huán)境控制系統(tǒng)

張 翔

(運(yùn)城學(xué)院 物理與電子工程系，山西 運(yùn)城 044000)

基于PIC18F2580的畜禽舍環(huán)境控制系統(tǒng)

張 翔

(運(yùn)城學(xué)院 物理與電子工程系，山西 運(yùn)城 044000)

畜禽舍是畜禽生長(zhǎng)和活動(dòng)的場(chǎng)所。在養(yǎng)殖畜禽的過(guò)程中，畜禽的生活環(huán)境對(duì)畜禽的健康生長(zhǎng)和生產(chǎn)潛力有著重要的影響。依照環(huán)境控制的要求，選擇單片機(jī)PIC18F2580調(diào)控溫濕度。畜禽舍環(huán)境控制系統(tǒng)配置軟件管控外圍線路，隨時(shí)調(diào)控溫濕度，保持最優(yōu)的舍內(nèi)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，平均降溫幅度為4.2℃。

PIC18F2580；畜禽舍；環(huán)境控制系統(tǒng)

畜禽舍的環(huán)境控制對(duì)于畜禽養(yǎng)殖業(yè)有著重要意義。但是現(xiàn)階段畜禽舍控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，很難適應(yīng)畜禽養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)代化的要求。為了實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)代化，改善畜禽舍環(huán)境，本文研究設(shè)計(jì)了基于PIC18F2580的畜禽環(huán)境控制系統(tǒng)。系統(tǒng)增添了具有實(shí)時(shí)特性的傳感器，可測(cè)量舍內(nèi)的有害氣體濃度、溫濕度等，并對(duì)環(huán)境進(jìn)行精確調(diào)控。精準(zhǔn)的環(huán)境控制可優(yōu)化舍內(nèi)環(huán)境，縮減畜禽發(fā)病概率，提高畜禽生產(chǎn)效益[1]。

1. 總體方案設(shè)計(jì)

畜禽舍環(huán)境控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制平日禽畜舍的環(huán)境要素，例如溫度、濕度、有害氣體濃度及其他。傳感器檢測(cè)的模擬數(shù)值轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的分析進(jìn)而產(chǎn)生控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、加濕等設(shè)備運(yùn)行。系統(tǒng)依據(jù)氣候狀態(tài)，擬定控制要求，溫度設(shè)定為22℃，舍內(nèi)濕度維持在53%[2]。總體方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 總體框圖

2. 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路實(shí)現(xiàn)的功能：下位機(jī)把采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)處理傳送給上位機(jī)，上位機(jī)將數(shù)據(jù)與給定數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)控制算法得出結(jié)果而后發(fā)出明晰的控制信號(hào)。

2.1 動(dòng)態(tài)顯示電路

顯示電路可動(dòng)態(tài)顯示溫度、濕度及室內(nèi)有害氣體濃度，采用LCD進(jìn)行顯示。對(duì)于主控單元，使用鍵盤(pán)予以復(fù)位。隨時(shí)顯示畜禽舍內(nèi)的溫濕度，隨時(shí)設(shè)定控制。在動(dòng)態(tài)顯示電路中，芯片引腳彼此串聯(lián)，并且銜接著PB端口，建構(gòu)完備電路[3]。

2.2 PIC18F2580最小系統(tǒng)

PIC18F2580最小系統(tǒng)包含復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及電源電路，采用+5V電源供電。對(duì)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示，并傳送給上位機(jī)[4]。

2.3 數(shù)據(jù)采集電路

數(shù)據(jù)采集電路是環(huán)境控制系統(tǒng)的信息來(lái)源。溫度傳感器采用DS18B20，其檢測(cè)溫度范圍為：-55℃～+125℃，最高分辨率12位，精度為±0.5℃。濕度傳感器采用HSU-07J6，其適用濕度為20%RH～90%RH，檢測(cè)精度為±5%RH。氣體檢測(cè)傳感器采用SP3S-AQ2-01，其對(duì)氨氣、硫化物、一氧化碳等污染靈敏度高，可在極低的功耗下感應(yīng)[5]。

2.4 報(bào)警及通信電路

報(bào)警電路采用蜂鳴器，當(dāng)系統(tǒng)溫度、濕度及有害氣體濃度超過(guò)設(shè)定要求，即可自動(dòng)報(bào)警。單片機(jī)調(diào)控范圍內(nèi)的信號(hào)輸出通常設(shè)定為電平，串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擬定為RS232[6]。這種標(biāo)準(zhǔn)之下，傳輸間隔及速率都帶有很大的限制，不符合實(shí)際需求，為此采用RS485。串行單元銜接著上下位機(jī)，轉(zhuǎn)換彼此電平[7]。

3. 軟件體系設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的方法，考慮到程序的可靠性，進(jìn)行了抗干擾處理。上位機(jī)軟件采用Dephi作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，包含初始化、數(shù)據(jù)庫(kù)、通訊及實(shí)時(shí)查驗(yàn)監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示相關(guān)數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)變化曲線、打印、存留等功能[8]。下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用PICC作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

圖2 流程圖

4. 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析

選某一豬舍進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。豬舍寬度8米，總長(zhǎng)22米，走廊1米，豬欄設(shè)定成2乘以4米，含有5平方米這樣的庭院。篩選8月份內(nèi)的某日來(lái)測(cè)試，由于這一時(shí)段的氣溫偏高，很易辨識(shí)效果。

測(cè)得數(shù)值顯示：控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)。開(kāi)啟設(shè)備以前，舍內(nèi)舍外溫差為1.2℃；開(kāi)啟設(shè)備以后，溫差顯示數(shù)值增大，測(cè)量最大差值為6.9℃；平均差值4.2℃，緩解了偏熱時(shí)段豬舍溫度偏高的問(wèn)題。

測(cè)試過(guò)程中由于廣東夏季偏熱，濕度偏高。若啟用風(fēng)機(jī)來(lái)噴灑氣霧，降溫同時(shí)也會(huì)增加豬舍內(nèi)的濕度。閉合風(fēng)機(jī)，則很難獲取等同的降溫成效。對(duì)于此，可在豬舍添加成套的除濕裝置。降低溫度時(shí)，同時(shí)縮減豬舍總體的潤(rùn)濕程度，不至濕度偏大。

上午9時(shí)啟用設(shè)備，這一時(shí)點(diǎn)的有害氣體二氧化碳濃度被測(cè)得820ppm。設(shè)備啟動(dòng)以后，從上午10時(shí)直至晚上20時(shí)，二氧化碳的濃度顯著縮減；平均降幅超出了86ppm。與此同時(shí)，穩(wěn)定狀態(tài)下的二氧化碳濃度被調(diào)控至730ppm之下。啟用系統(tǒng)之后，有害氣體總量很難再升高。另一配套設(shè)備被啟用以前，豬舍內(nèi)外特有的總有害氣體濃度差被測(cè)定為230ppm；啟動(dòng)以后有害氣體濃度顯著縮減，最大變更幅度超出170ppm。

由此可知，系統(tǒng)可保持舍內(nèi)環(huán)境處于適宜的生長(zhǎng)狀態(tài)，二氧化碳的濃度經(jīng)過(guò)對(duì)比縮減了86ppm；這種狀態(tài)契合了豬舍所需的環(huán)境需求。從長(zhǎng)時(shí)段看，它有利于舍內(nèi)飼養(yǎng)的禽畜健康。

結(jié)語(yǔ)

畜禽舍內(nèi)搭配的PIC18F2580系統(tǒng)有如下特性：系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；自動(dòng)化程度高。環(huán)境控制表現(xiàn)出明顯成效，緩和了畜禽舍內(nèi)的偏高偏低溫差、各時(shí)段濕度差值，抑制各類病害。系統(tǒng)配有成套的軟硬件，彼此搭配適宜，但在精度方面有提高的空間。下一步研究中，應(yīng)進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)電路的精度和響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)性能。

[1] 黃華.牛智有.基于PIC18F2580的畜禽舍溫濕環(huán)境控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代畜牧獸醫(yī)，2009(3).

[2] 顧晗.基于PIC18F2580的CAN總線超聲波測(cè)距智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2009(4).

[3] 黃華.牛智有.基于PIC18F2580的畜禽舍有害氣體環(huán)境控制系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù)，2009(4).

[4] 黃晶.基于PIC單片機(jī)的畜禽舍環(huán)境控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)[J].運(yùn)城學(xué)院學(xué)報(bào)，2012(2).

[5] 叢希，胡曉麗，袁洪印.國(guó)內(nèi)外畜禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2012(6).

[6] 郝志平，胡曉麗，陳艷輝等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在畜禽舍監(jiān)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013(12).

[7] 柴鈺，王沙沙，賈曉勱等.基于TMS320F28027的畜禽環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].飼料工業(yè)，2014(5).

[8] 柯寶樺.Android系統(tǒng)和GPRS模塊在畜禽舍環(huán)境控制中的應(yīng)用[J].電子制作，2014(17).

【責(zé)任編輯 馬太來(lái)】

2015-03-10

張翔(1985-)，男，山西運(yùn)城人，運(yùn)城學(xué)院物理與電子工程系助教，碩士，研究方向?yàn)閯?dòng)態(tài)測(cè)試與智能儀器。

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