基于單片機的智能養豬場系統設計

劉元波，王冠，肖莉雅

（平頂山學院信息工程學院，河南平頂山，467000）

1 智能養豬場簡介

智能養豬系統的整體架構經實地考察后結合最新傳感技術進行搭建，最主要的房間為公豬舍、配種舍、妊娠舍、保育舍、育肥舍，我們選擇育肥舍為樣板舍進行傳感器的安裝。在育肥舍中安裝溫濕度傳感器、火焰傳感器、煙霧傳感器、液晶顯示屏與暖光燈。溫濕度傳感器可以將溫濕度實時顯示液晶屏幕上面，在當舍內溫濕度高于或低于最佳溫濕度范圍便會通過蜂鳴器進行報警，此外當舍內檢測到火焰或者煙霧時也會通過蜂鳴器進行報警。除豬舍外還對一些相當重要的設施如消毒室、化驗室、獸醫室、疫苗室、糞場、沼氣池、水塔、種豬擴繁場、裝豬臺、成品庫等，在沼氣池收集連接處安裝甲烷傳感器檢測沼氣是否泄漏，若發現沼氣泄露就通過蜂鳴器報警。另外還有森林、水塘、辦公樓、宿舍、餐廳、籃球場、廁所、門衛室、飼料生產車間、倉庫等。此外，智能養豬場還使用藍牙控制開關門實現無線開關門，舍內的暖光燈也會根據舍內的溫度實現自動開關，也可以手動開關。水塔與水塘處安裝水泵，繼電器作為開關，通過藍牙控制繼電器的開關從而實現養豬場的供水。

2 硬件系統設計

2.1 總體框架

該系統采用STC89S52 單片機作為主控芯片，其他模塊協調工作。該系統工作總體框架如圖1 所示。

圖1 硬件總體框架圖

2.2 單片機主控模塊設計

本系統采用的主控芯片為STC89C52 單片機，它相比一般單片機有運行功耗低、性能高等優點。片內含4K Bytes ISP的可反復擦寫1000 次的Flash 只讀程序存儲器，芯片內 集成了通用8 位中央處理器和ISP Flash 存儲單元。

2.3 溫濕度控制系統設計

該部分電路使用了DHT11 溫濕度傳感器、暖光燈等傳感器。溫濕度傳感器可以檢測周圍環境的溫度和濕度，其中溫度測量范圍為0 到50 度，濕度測量范圍為20 %到95%,工作電壓為3.3v 到5v,該傳感器誤差較小，價格低廉性價比高，符合該系統的節約理念。

暖光燈傳感器共有VCC、GND、D0 三個引腳,其主要功能便是通過單片機IO 口對其亮滅進行控制。

在該部分電路中,為了對豬舍的溫濕度達到智能控制,首先需要將豬的生長最佳溫濕度進行統計與查詢,還需注意對于每一個年齡階段即不同豬舍的豬都進行最佳溫濕度檢測。當得到最佳溫濕度數據時便在程序中設置閾值,當舍內溫度超過最佳溫度范圍時便進行風扇降溫,室內溫度低于最佳溫度范圍時開啟暖光燈讓豬舍升溫,以上兩種措施都會在溫度到達最佳溫度范圍時自動關閉,以實現舍內溫度智能控制。

2.4 藍牙模塊控制系統設計

該部分系統的核心模塊分別為藍牙模塊、繼電器、小水泵與步進電機驅動器。

藍牙模塊選用市面上最常用的HC-05,該模塊質量好、壽命長、功能齊全同時價格低廉。HC-05 的工作頻段為2.4G,可通過AT 指令對其設置主從機模式。繼電器選用2 路繼電器模塊,常開接口最大負載：交流250V/10A,直流30V/10A，此外該模塊還采用貼片光耦隔離，驅動能力強，性能穩定。小水泵選用最小型水泵。步進電機驅動模塊選用五相四線電機ULN2003 驅動模塊，其中+接5V，-接負極，IN1-IN4 接單片機IO，白色端子座插入五相四線步進電機。

藍牙模塊與手機配對之后,選擇一款合適的app，進行一系列的設置之后,便可對開關門、水泵供水進行控制。該系統中,app 中的1 和2 分別對應步進電機的正轉和反轉,以此模擬遠程開關門；3 和4 分別對應水塔處水泵的開關；5和6 對應備用供水池塘的開關。通過藍牙進行遠程的控制,操作簡單、價格低廉,唯一的缺點是信號傳輸距離較短,更適合短程的無線控制。

2.5 LCD 顯示電路設計

該模塊選用LCD1602 顯示屏,該模塊價格低廉、使用方便。接線時,數據口D0-D7 與單片機P0 口相連,排阻RP1 用來拉高P0 口電平,保證數據的正常輸出。RS、RW 與P2.0、P2.1 用來對指令和數據的讀寫選擇控制,EN 與P2.2 相連,為使能端。單片機讀取到的溫濕度數據會通過相應的算法計算后顯示在該屏幕上,每經過5s 便會刷新一次。

2.6 火焰、氣體傳感器模塊

火焰傳感器通過數字信號對舍內是否有火焰進行判斷,若檢測到火焰便通過蜂鳴器發出警報；MQ-2 煙霧與MQ-4 甲烷傳感器也是確保舍內與沼氣池安全的重要傳感器,同樣也是數字信號進行判斷,當檢測到煙霧或者甲烷泄露便會讓蜂鳴器發出不同頻率的聲音進行報警。

2.7 蜂鳴器報警電路

智能養豬場目前使用蜂鳴器作為報警器，經過ULN2003芯片放大功率后報警聲音更大更響。由于對不同的報警原因設置了不同頻率的報警聲音，所以能夠很清晰的分辨出出現了什么問題，有利于工作人員快速對豬舍進行控制。

3 軟件系統設計

3.1 溫濕度主軟件系統

該系統的主要原理是將檢測到的溫濕度實時顯示在LCD1602 液晶屏幕上，然后檢測溫濕度是否在合理范圍內，若不在便進行一系列的加熱或降溫操作，然后繼續進行檢測。流程圖如圖2。

圖2 溫濕度主系統流程圖

3.2 藍牙控制子軟件系統

該子系統主要實現通過藍牙控制繼電器、暖光燈與步進電機的開關，藍牙接收到不同指令便執行相應的任務。其流程圖如圖3。

圖3 藍牙控制子系統流程圖

3.3 火焰、氣體報警子軟件系統

當系統開始后，先將MQ-2、火焰傳感器進行預熱，然后分別對火焰和煙霧進行檢測，若檢測到便進行蜂鳴器報警（不同情況報警頻率不同），若沒有檢測到便繼續進行檢測。流程圖如圖4。

圖4 火焰、氣體報警子系統流程圖

4 結束語

本文設計的智能養豬場系統可以對養豬場的空氣環境、舍內環境進行更科學的控制，有利于降低豬的發病率并提高豬肉質量，從而創造更多的經濟效益。該系統幫助養豬場工人管理養豬場，解決養豬場環境臟亂差問題，從而實現提高豬肉質量、降低發病率的效果，與現有的管理方式相比，不僅可以節約人力資源、還能對豬場的各種數據進行更科學的觀測與控制。