李開(kāi)放　金昱芃 翟天嵩

摘要：隨著自動(dòng)化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，肉雞雞舍環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制不僅可以節(jié)省人力，更有利于提高企業(yè)效益，輔助提高肉雞的產(chǎn)量。通過(guò)使用相應(yīng)的傳感器對(duì)雞舍內(nèi)的溫濕度以及有害氣體濃度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并在手機(jī)終端與現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示，針對(duì)當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)可以及時(shí)做出判斷是否滿足設(shè)定的適宜范圍，及時(shí)作出提示并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，為雞只生長(zhǎng)提供更加有利的環(huán)境條件。經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度的要求，可以顯著提高工作效率。

關(guān)鍵詞：雞舍;手機(jī)終端;環(huán)境參數(shù);監(jiān)測(cè)控制

1 引言

在黨的十九大報(bào)告中明確指出要實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，它的提出是直接面對(duì)我國(guó)發(fā)展中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，謀求創(chuàng)新解決“三農(nóng)問(wèn)題”。從1998至2016年，我國(guó)鄉(xiāng)村居民的人均禽類消費(fèi)量有了很大提高。從1998年的2.3千克增加到2016年的10.2千克，增長(zhǎng)了7.9千克，增幅為343.5%。這里利用STM32單片機(jī)進(jìn)行了肉雞雞舍環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使雞只養(yǎng)殖環(huán)境實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，并利用手機(jī)終端可隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握和調(diào)節(jié)，將很大程度上節(jié)約勞動(dòng)力，提高工作效率，從而提高肉雞的質(zhì)量與產(chǎn)量。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)基于STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了雞舍環(huán)境的檢測(cè)與控制，主要功能包括：采集各傳感器檢測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍進(jìn)行判斷，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)調(diào)節(jié);通過(guò)手機(jī)終端和現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)時(shí)獲取環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，或及時(shí)進(jìn)行參數(shù)修改等。系統(tǒng)硬件框架如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用STM32F103ZET6型號(hào)單片機(jī)作為控制器，它能滿足控制所需的I/O需求，成本也較低，且具有以下優(yōu)點(diǎn)：32位高性能的ARM Cortex-M3處理器;512K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器以及64K字節(jié)的靜態(tài)RAM;有2個(gè)DMA控制器，可用的外部設(shè)備有：定時(shí)器、ADC、DAC等。

3.1 環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1溫濕度檢測(cè)電路

所選用的DHT11溫濕度傳感器由一個(gè)電阻式的測(cè)濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件組成，其內(nèi)部40Bit的數(shù)據(jù)使用校驗(yàn)和的形式來(lái)進(jìn)行確認(rèn)，可有效確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。DHT11的測(cè)量范圍：濕度為20～90%RH，溫度為0～50℃;精度：濕度為±5%，溫度誤差范圍為±2℃;分辨率：濕度為1%，溫度為1℃;檢測(cè)電路圖如圖2所示。

3.1.2氣體濃度檢測(cè)電路

MQ135氣體檢測(cè)傳感器所使用的材料是二氧化錫，可檢測(cè)多種有害氣體，適合多種應(yīng)用場(chǎng)合。這里主要檢測(cè)雞舍內(nèi)的氨氣、硫化氫氣體、甲烷等有害氣體，電路如圖3所示。

3.2人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)

人機(jī)交互系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)液晶觸摸屏和手機(jī)終端兩部分組成。液晶觸摸屏采用的是3.5寸的TFTLCD模塊，顯示分辨率是320×240，接口為16位的80并口。手機(jī)終端利用ESP8266WIFI模塊與和機(jī)智云平臺(tái)使單片機(jī)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。機(jī)智云是一個(gè)專門服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)與智能硬件云服務(wù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它降低了使用者的成本，以此提升了開(kāi)發(fā)人員的生產(chǎn)效率。

3.3 WIFI模塊設(shè)計(jì)

ATK-ESP8266是一款具備高性能的串口-無(wú)線模塊，采用的是串口與單片機(jī)通訊，可以完成串口與WIFI之間的轉(zhuǎn)換，通過(guò)6個(gè)2.54mm間距的排針與外部連接，并且該模塊同時(shí)兼容3.3V和5V的單片機(jī)系統(tǒng)。

3.4 調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.4.1溫濕度調(diào)節(jié)方案設(shè)計(jì)

一般情況雞舍內(nèi)溫度范圍在18℃～24℃較為適宜。通過(guò)溫度檢測(cè)，當(dāng)雞舍溫度過(guò)低，采用電加熱方式升溫，溫度過(guò)高通過(guò)風(fēng)扇通風(fēng)等手段進(jìn)行降溫。

雞舍內(nèi)濕度過(guò)低，會(huì)不利于肉雞體內(nèi)剩余卵黃的吸收，嚴(yán)重還將出現(xiàn)雞只脫水現(xiàn)象，且易造成灰塵飛揚(yáng)，使肉雞患上呼吸道類疾病。而如果濕度過(guò)高，就會(huì)使肉雞體內(nèi)熱量散失不出去，導(dǎo)致身體悶熱，食量減少。且高濕環(huán)境還會(huì)造成霉菌等生物的快速生長(zhǎng)，使雞只出現(xiàn)中毒或者球蟲(chóng)病現(xiàn)象。通常情況下，雞舍內(nèi)濕度范圍在50%～70%內(nèi)條件較為適宜。此次系統(tǒng)濕度調(diào)節(jié)是利用加濕器與通風(fēng)口作為調(diào)節(jié)雞舍內(nèi)濕度大小的裝置。

3.4.2氣體濃度調(diào)節(jié)方案設(shè)計(jì)

雞舍內(nèi)有害氣體有多種，例如氨氣是一種無(wú)色有毒的強(qiáng)烈刺激性的氣體。主要在空氣流通性不夠時(shí)肉雞的糞便分解或者雞舍內(nèi)墊物的吸水腐爛分解產(chǎn)生。當(dāng)氨氣的濃度超出10ppm就將影響肉雞的肺功能，再升高會(huì)抑制肉雞的生長(zhǎng)發(fā)育，且導(dǎo)致雞只的行為異常，甚至失明。此次系統(tǒng)濃度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)是利用步進(jìn)電機(jī)控制的通風(fēng)口作為調(diào)節(jié)雞舍內(nèi)氨氣濃度大小的裝置。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序流程如圖4所示，具體包括：初始化，設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，采集傳感器數(shù)據(jù)，將處理后的數(shù)據(jù)傳送給觸摸屏并通過(guò)WIFI模塊發(fā)送到手機(jī)終端APP，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，及時(shí)判斷數(shù)據(jù)合理性，控制調(diào)節(jié)設(shè)備等。

4.2溫濕度及有害氣體濃度調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過(guò)DHT11傳感器和MQ135氣體檢測(cè)傳感器循環(huán)測(cè)量雞舍內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其與設(shè)定值比較，若不滿足需求，系統(tǒng)控制蜂鳴器報(bào)警，且開(kāi)啟相應(yīng)調(diào)節(jié)設(shè)備。以溫度控制為例，其程序流程圖如圖5所示。

4.3上位機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

手機(jī)終端作為系統(tǒng)的上位機(jī)，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及參數(shù)設(shè)置。這里采用機(jī)智云作為系統(tǒng)的智能開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使設(shè)備成功接入互聯(lián)網(wǎng)。在創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目之前，首先需要對(duì)ESP8266WIFI模塊刷入機(jī)智云GAgent固件，此固件在機(jī)智云平臺(tái)上免費(fèi)提供，其主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，是設(shè)備數(shù)據(jù)、機(jī)智云與應(yīng)用端的交互通道。具體聯(lián)網(wǎng)流程如圖6所示。

5 系統(tǒng)調(diào)試

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)滿足設(shè)定要求時(shí)，上位機(jī)手機(jī)APP無(wú)警報(bào)且觸摸屏畫面數(shù)據(jù)后為綠色，如圖7所示。當(dāng)測(cè)得數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，例如空氣濕度達(dá)到上限值以上，上位機(jī)APP出現(xiàn)報(bào)警提醒，觸摸屏溫度參數(shù)后的狀態(tài)變?yōu)榧t色，蜂鳴器同時(shí)發(fā)出滴滴聲，此時(shí)相應(yīng)調(diào)節(jié)設(shè)備工作指示燈點(diǎn)亮，啟動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備。

系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試，對(duì)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)準(zhǔn)確，各調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行正常，通過(guò)手機(jī)終端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控使操作更便攜。

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作者簡(jiǎn)介

1.李開(kāi)放，學(xué)生，自動(dòng)化專業(yè)。2.金昱芃，學(xué)生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。3.翟天嵩，教授，主要研究方向?yàn)橹悄軆x器與智能控制系統(tǒng)。