畜禽養殖場智能監測控制器的設計和開發

宋衛海，黃振軒，楊現德

（山東農業工程學院，山東 濟南 250100）

畜禽養殖場智能監測控制器的設計和開發

宋衛海，黃振軒，楊現德

（山東農業工程學院，山東 濟南 250100）

介紹了一種畜禽養殖場智能監測控制器的設計、開發和示范性應用，對硬件電路和軟件設計進行了論述，該控制器實現了對畜禽養殖場溫度、濕度和其它參數的自動調節，可改善畜禽舍的局部小氣候環境，提高畜禽的生長性能，降低發病率。

畜禽養殖；智能監測；控制器

1.引言

山東省是畜禽養殖大省，畜禽的生長性能除受遺傳、營養等因素影響外，更直接受其生長環境的影響，尤其是溫度、濕度及氨氣等幾個關鍵因素的影響。目前，國內大多數畜禽養殖采用的都是通過簡單的儀器判斷當前溫濕狀態，根據人工經驗手動開啟和關閉相應的畜禽舍環境調控設備，不僅效率低，而且控制效果不好。因此設計和開發一種畜禽養殖場智能監測控制器，利用傳感器實時監測畜禽舍的溫度、濕度和氨氣等參數，通過自動控制裝置對畜禽舍進行環境控制，以實現自動的調節溫度、濕度等可改善畜禽舍的局部小氣候環境，提高畜禽的生長性能，降低發病率，對于畜禽的健康生長、實施畜禽規模養殖可持續發展戰略有著重要的現實意義。

2.智能監測控制器系統設計

畜禽養殖場智能監測控制器主要解決大型養雞場、養豬場、養羊場等規模養殖場的環境監測問題，自動監測并顯示養殖場的溫度、濕度、氨氣、硫化氫和二氧化碳濃度，并能自動調節相應的參數?？刂破髂軐囟龋ǚ秶?40~120℃）、濕度 （0～100%RH）、二氧化碳 （0～2000ppm）、硫化氫（0～l00ppm）、氨氣（0～100ppm）進行采集，通過智能化程序進行處理，向執行器發出指令啟停通風、噴水、加溫等設施進行環境調節。控制器具有顯示功能，能夠顯示溫室內的溫度、濕度、氨氣數據；參數設置功能，通過鍵盤，可以設置溫度控制范圍、多級降溫運行時間、定時通風周期、通風時間、定時噴水（霧）周期、噴水（霧）時間；自動降溫功能（多級降溫控制）：當室內溫度高于所設溫度上限時，控制器自動啟動第一級降溫設備（1級風機），在第一級降溫運行時間內，如果溫度降到正常，則自動關閉第一級降溫設備；如果溫度未降到正常，自動打開第二級降溫設備（2級風機），在第二級降溫運行時間內，如果溫度降到正常，則自動關閉第一級和第二級降溫設備；如果溫度未降到正常，再打開第三級降溫設備（濕簾），直到溫度降到正常為止；升溫控制功能：當室內溫度低于所設溫度下限時，控制器自動啟動加熱設備，當溫度升到正常時，控制器自動關閉加熱設備；定時通風功能，根據所設定的定時通風周期（0~999分鐘）和通風時間（0~99分鐘），自動控制風機。如果通風周期和通風時間都設定為0，則定時輸出1無效；定時噴霧功能：根據所設定的噴霧周期 （0~999分鐘）和噴霧時間 （0~99分鐘），自動控制水泵或噴霧機。系統功能設計以實用為目的，以低價為目標。根據要實現的功能，系統設計分為硬件設計和軟件設計。

2.1 硬件設計

硬件結構框圖如圖1所示，可包括傳感器、數據采集系統、數據顯示系統、控制系統和執行機構。

圖1 智能控制器硬件結構框圖

2.1.1 傳感器

溫濕度一體型傳感器選用AMT1001，信號采用模擬電壓輸出方式，該傳感器具有精度高，可靠性高，一致性好，且已帶溫度補償，確保長期穩定性好，使用方便及價格低廉等特點，溫度連線加一個10K電阻；硫化氫傳感器選用MQ136，該傳感器性價比較高，能滿足要求；氨氣傳感器選用MQ137，性價比較高，能滿足要求；二氧化碳傳感器選用MG811，具有較好的靈敏性和選擇性，穩定性較高，能滿足要求。

2.1.2 數據采集系統：

單片機選用STC89S52，通過通信口即可寫入程序，即通信端口RS232可以進行數據傳輸用也可用作編程寫入。傳感器送出的是模擬信號，通過AD轉換進行數據采集，把來自各傳感器的模擬信號轉換成數字信號，精度8 bit，8路輸入，8路輸出。 數據采集系統電路圖如圖2所示。

圖2 數據采集系統電路

2.1.3 數據顯示系統：

數據顯示系統采用觸摸屏顯示，能完成較好的數據后處理，如數據存儲、圖表顯示實時數據和歷史數據、采用專家系統進行控制優化等。 觸摸屏數據顯示電路如圖3所示。

圖3 觸摸屏數據顯示電路

2.1.4 數據通信系統：

通過RS232串口通信把采集數據送PLC和觸摸屏，并接收PLC和觸摸屏的數據信息送單片機進行處理。數據通信系統電路圖如圖4所示。

圖4 數據通信系統電路圖

2.1.5 執行系統：

執行系統是把來自PLC的控制信息變成實際的動作，啟停相關的控制設備，實現對環境的改變。如啟停通風設備，啟停噴水設備（電磁閥門 微型泵 濕簾），啟停加溫設備等。如果設備功率較大，要通過中間繼電器與PLC相連接。

2.2 軟件設計

本控制器軟件部分包括溫濕度、硫化氫、氨氣、二氧化碳信號采集，數據顯示系統軟件設計，數據通信軟件設計，PLC系統軟件設計。總體框圖如圖5所示。

圖5 軟件設計總體框圖

在數據顯示系統軟件設計中，數碼管顯示數據直接由單片機控制，顯示位數8位，顯示通道號和數據，每次顯示一路數據，8路數據循環顯示；在數據通信軟件設計中，觸摸屏顯示和PLC控制都需要數據采集系統采集到的數據，采用串口通信方法把采集數據傳送到觸摸屏和PLC；觸摸屏的軟件設計采用面向對象編程方法，主界面如圖6所示。在PLC系統軟件設計中，PLC數據傳輸程序如圖7所示。

圖6 觸摸屏的軟件設計

圖7 PLC數據傳輸程序

3.結語

養殖場智能監測控制器軟硬件設計完成后，經過多次試驗，達到預期的效果。通過在齊河縣西魏養豬場、潘店養殖公司等示范點應用，提高了畜禽的生長性能，降低發病率，得到了養殖業戶的好評，具有很好的推廣價值。

[1]柴明明.氣溫對畜禽生產性能與健康的影響[J].養殖技術顧問.2011(06)：27.

[2]邢偉,周西軍.基于80C196單片機的倉庫環境智能控制系統研究[J].農機化研究.2007(07)：105.

[3]黃迎輝.溫室環境自動控制系統設計[J].電子質量.2007 (02)：36-38.

[4]劉輝.基于8051單片機的數據采集與通信接口設計[J].軟件導刊.2008(12)：72-74.

[5]於峰，孫龍霞，劉衛華等.智能畜禽健康養殖控制器的研制開發[J].農業裝備技術，2010（2）:17-19.

[6]吳健,侯文,鄭賓.基于STC89C52單片機的溫度控制系統[J].電腦知識與技術.2011(04)：.902-903,919.

[7]李君華,王生學,張侃諭.基于PLC和組態軟件的現代溫室控制系統設計[J].工業儀表與自動化裝置.2008(02)：25-27.

編輯：馮惟榘

TP31

：A

：2095-7327（2015）-06-0027-03

宋衛海(1973-)，男，山東桓臺人，山東農業工程學院機械電子工程系副主任，副教授，研究方向：電氣工程及其自動化。