智能雞舍環(huán)境控制系統(tǒng)設計

沈華剛 李 婭 趙 旭 蔣世權 靳德錦

（鄭州科技學院機械工程學院鄭州，河南 鄭州450064）

目前禽流感、雞球蟲病、雞瘟等多種疾病泛濫，如何有效的監(jiān)測雞舍內(nèi)的環(huán)境溫度，降低這些疾病的發(fā)生和傳播對養(yǎng)殖戶有重要的意義。本系統(tǒng)以AT89S52 單片機為控制核心、用LED與蜂鳴器實現(xiàn)聲光報警、用SHT10 濕度傳感器檢測濕度、DS18B20 檢測溫度、用BH1750 檢測光照、用LCD1602 液晶屏實現(xiàn)顯示[1]。實踐證明，該系統(tǒng)價格低廉、檢測靈敏度較高，便于養(yǎng)殖戶的推廣與應用。系統(tǒng)分為控制器模塊、聲光報警模塊、溫度傳感器模塊、濕度傳感器模塊、光照模塊、液晶顯示屏模塊。實現(xiàn)的原理是用濕度傳感器、溫度傳感器、光照傳感器檢測相應的參數(shù)，然后傳遞到單片機控制器，如果這些參數(shù)合格，LED 與蜂鳴器就不會報警，如果不合格就會報警，同時，把檢測的結果顯示在LCD1602 液晶屏上[2]。

1 控制器模塊

系統(tǒng)的控制器使用的是AT89S52 單片機，它與工業(yè)上常用的AT89c51 單片機引腳上完全兼容，簡單易學，功能強大，同時，它是一種消耗功率很低的，性能很高的單片機系統(tǒng)，擁有8K flash 容量用來編程。AT89S52 單片機擁有32 個輸入輸出引腳，有看門狗定時電路防止強磁場時數(shù)據(jù)丟失，保證單片機的正常工作，有3 個定時器和計數(shù)器，可以實現(xiàn)定時，有1 個中斷結構，片內(nèi)擁有晶振和時鐘電路。系統(tǒng)中AT89S52 單片機控制器的作用就是將檢測到的傳感器信號與雞舍內(nèi)允許的溫度、濕度、光照的標準進行對比，然后，控制外部的聲光報警和LCD 液晶屏顯示[3]。

2 溫度檢測模塊

圖1 溫濕度檢測與聲光報警模塊

系統(tǒng)的溫度檢測模塊使用的傳感器是DS18B20 傳感器，雞舍內(nèi)適宜的溫度為18～23℃，不適宜的溫度會導致雛雞生長緩慢，死亡率增加。DS18B20 溫度傳感器輸出的是數(shù)字信號，其本身具有體積很小，價格便宜，具有一定的抗外界干擾的能力，檢測溫度的分辨率為1℃，檢測的精度較高，應用場合比較廣泛，具有一定的耐磨性，體積小，使用方便，可以廣泛使用于各種領域，如鍋爐、機房、畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)，檢測的溫度范圍在-50℃～120℃，具有三個引腳，分別用來接地、接5V 電源和單片機的一個引腳。DS18B20 傳感器初始化的過程是：（1）AT89S52 單片機將D0 引腳置高電平。（2）單片機進行延時。（3）AT89S52 單片機將D0 引腳置低電平。（4）單片機進行延時等待，延時的時間在500 微秒至1000 微秒。（5）AT89S52 單片機再次將D0 引腳置高電平。（6）單片機再次進行延時等待，如果DS18B20 傳感器初始化成功，則在30 微秒內(nèi)會產(chǎn)生一個低電平，這個低電平是由傳感器發(fā)出的，單片機就可以確定傳感器的存在。

DS18B20 傳感器寫操作的過程是：（1）AT89S52 單片機將D0 引腳置低電平。（2）單片機進行延時25 微秒。（3）傳感器的寄存器的數(shù)據(jù)從低位到高位一次一次的按順序發(fā)送數(shù)據(jù)，一次只發(fā)送一個數(shù)據(jù)。（4）傳感器進行延時操作，延時時間為45 微秒。（5）AT89S52 單片機將數(shù)據(jù)線置高電平。（6）反復循環(huán)1～5，最后完成寫操作后AT89S52 單片機再次將數(shù)據(jù)線置高電平。

DS18B20 傳感器讀操作的過程是：（1）AT89S52 單片機將D0 引腳置高電平。（2）單片機進行延時，時間5 微秒。（3）AT89S52 單片機將D0 引腳置低電平。（4）單片機進行延時，時間4 微秒。（5）AT89S52 單片機將D0 引腳置高電平。（6）單片機進行延時，時間8 微秒。（7）單片機讀取數(shù)據(jù)線的狀態(tài)，并進行數(shù)據(jù)運算與處理。（8）反復循環(huán)1～3，最后完成讀數(shù)據(jù)操作[4]。

3 濕度檢測模塊

系統(tǒng)的濕度檢測模塊電路圖如圖1 所示，系統(tǒng)的濕度檢測模塊使用的傳感器是SHT10 傳感器，雞舍內(nèi)適宜的濕度為40%～72%，合適的濕度，會使雞的羽毛富有光澤，生長發(fā)育良好。SHT10 濕度傳感器的工作電壓范圍為2.4v～5.5v，一般使用的電壓為3.3v，SHT10 濕度傳感器使用的是串行接口，由于在傳感器信號的讀取方面進行了優(yōu)化處理，所以SHT10 濕度傳感器消耗能量很少，SHT10 濕度傳感器可以利用I2C 總線傳輸數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)的AT89S52 單片機與SHT10 傳感器的數(shù)據(jù)傳輸就是按照I2C 總線傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議工作的[5]。

4 聲光報警模塊

系統(tǒng)的聲光報警模塊電路圖如圖1 所示，系統(tǒng)用LED 燈和蜂鳴器來實現(xiàn)聲光報警，LED 燈一端連接5V 電源通過1kΩ 的電阻和LED 燈連接，最后連接單片機的P2.2 引腳，當檢測的雞舍內(nèi)的溫濕度不合格時，單片機P2.2 的引腳輸出低電平，這時LED 燈亮，單片機延時0.4S，然后，單片機P2.2 端口置高電平，此時LED 燈滅，如此循環(huán)反復，通過LED 燈的閃爍實現(xiàn)光報警。如果單片機通過溫濕度傳感器檢測到的雞舍內(nèi)的環(huán)境合格，單片機P2.2 的端口恒為高電平，那么LED 燈會一直熄滅[5]。系統(tǒng)利用2N3904 PNP 型三極管控制蜂鳴器，當單片機通過溫濕度傳感器檢測的雞舍內(nèi)的環(huán)境不合格時，單片機P0.0 的端口置低電平，延時0.6s，單片機置P0.0 端口為高電平，反復循環(huán)，實現(xiàn)系統(tǒng)的蜂鳴器報警；當單片機通過溫濕度傳感器檢測到的雞舍內(nèi)的溫濕度合格時，單片機P0.0 的端口輸出恒為高電平，此時，系統(tǒng)中的2N3904 PNP 型三極管截至，蜂鳴器不發(fā)聲[6]。

5 光照檢測模塊

系統(tǒng)的光照檢測模塊電路圖如圖2 所示，陽光中的紫外線可以加快雞骨骼的生長發(fā)育，增強雞的免疫力。一般來說，適宜的光照時間為16～17 小時，如果適當?shù)卦黾与u舍內(nèi)光的照明時間有利于增加雞的生長，但是，如果光照時間太長，小雞提前性成熟，對雞的健康不利，進而縮短小雞的產(chǎn)蛋時間，影響產(chǎn)蛋的數(shù)量。如果光照時間太少，使小雞發(fā)育遲緩。同時，光照的強度太高，小雞之間就會打架，影響小雞的生長發(fā)育，光照強度太低，則小雞之間會有啄毛的現(xiàn)象。系統(tǒng)的光照檢測模塊電路圖如圖2 所示，光照檢測模塊使用的傳感器是BH1750FVI 光照傳感器，有七個引腳，其中SCL、SDA 接單片機的P1.0、P1.1 兩個端口，同時接了兩個上拉電阻，使端口電壓穩(wěn)定。BH1750FVI 應用范圍很廣，對光的依賴性比較弱，可以適用于各種光源，主要應用于手機、電腦、數(shù)碼產(chǎn)品、汽車液晶屏。BH1750FVI 分辨率很高，測量的精度較高，它可以測量的范圍較大，是一種數(shù)字型的測量光強度的傳感器。

圖2 光照檢測模塊

6 結論

實踐證明，該智能雞舍系統(tǒng)檢測精度較高，可以很好的控制雞舍內(nèi)的溫濕度，保證雞的健康生長，提高雞產(chǎn)蛋效能的優(yōu)點，可以使養(yǎng)殖戶的利益得到保證，有利于推廣使用。