董榮偉，成 恩，王麗麗，羅棟梁，李明杭

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖多采用在養(yǎng)殖籠底部安裝傳送帶收集畜禽糞便，再通過(guò)傳送帶運(yùn)動(dòng)將糞便運(yùn)送至固定地點(diǎn)，此方式雖減輕養(yǎng)殖戶的負(fù)擔(dān)，但也存在傳送帶表面的糞便清除不干凈，長(zhǎng)時(shí)間堆積會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌、病毒等有害微生物，不利于畜禽的健康生長(zhǎng)。因此，設(shè)計(jì)一款基于STM32單片機(jī)的畜禽糞便傳送帶清洗系統(tǒng)，可以定期對(duì)傳送帶進(jìn)行清洗，為畜禽營(yíng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境，有效提高養(yǎng)殖智能化水平，提升養(yǎng)殖效益。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，傳送帶經(jīng)左滾輪與右滾輪驅(qū)動(dòng)由左向右運(yùn)動(dòng)，右滾輪兩側(cè)對(duì)稱安裝一號(hào)刮污裝置與二號(hào)刮污裝置，左滾輪兩側(cè)對(duì)稱安裝一號(hào)干燥裝置與二號(hào)干燥裝置，傳送帶中間兩側(cè)對(duì)稱安裝一號(hào)基柱與二號(hào)基柱；一號(hào)基柱與二號(hào)基柱之間等間隔設(shè)有3個(gè)管道，從左至右分別為：一號(hào)分支管道、二號(hào)分支管道與三號(hào)分支管道，且位于傳送帶的正上方；3個(gè)管道位于二號(hào)基柱的一端封閉，另一端插入一號(hào)基柱內(nèi)部，3個(gè)管道的正下方均等間隔設(shè)有多個(gè)向右傾斜30°～40°的噴嘴；二號(hào)基柱的頂部左側(cè)安裝MCU控制電路盒。此外，一號(hào)基柱為不銹鋼材料制成的空心長(zhǎng)方體狀，一號(hào)基柱內(nèi)部左端設(shè)有水泵，水泵的進(jìn)口與二號(hào)水管一端連接，二號(hào)水管的另一端穿過(guò)一號(hào)基柱底部連接地下自來(lái)水管；水泵的出口與一號(hào)水管一端連接，一號(hào)水管的另一端封閉，且固定在一號(hào)基柱右內(nèi)壁；一號(hào)基柱前側(cè)設(shè)有一號(hào)通孔、二號(hào)通孔與三號(hào)通孔；一號(hào)分支管道穿過(guò)一號(hào)通孔連接一號(hào)水管，二號(hào)分支管道穿過(guò)二號(hào)通孔連接一號(hào)水管，三號(hào)分支管道穿過(guò)三號(hào)通孔連接一號(hào)水管。其中，一號(hào)刮污裝置內(nèi)含第一電機(jī)、二號(hào)刮污裝置內(nèi)含第二電機(jī)、一號(hào)干燥裝置內(nèi)含第三電機(jī)與第一紅外加熱管、二號(hào)干燥裝置內(nèi)含第四電機(jī)與第二紅外加熱管。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)電路控制方案

系統(tǒng)整體電路控制結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包含電源轉(zhuǎn)換模塊、STM32主控電路、按鍵電路、第一電機(jī)模塊、第二電機(jī)模塊、第三電機(jī)模塊、第四電機(jī)模塊、LCD顯示電路、繼電器控制水泵電路、繼電器控制第一紅外加熱管電路以及繼電器控制第二紅外加熱管電路。第一電機(jī)模塊、第二電機(jī)模塊用于刮污操作，第三電機(jī)模塊、第四電機(jī)模塊用于干燥操作。整個(gè)系統(tǒng)采用220 V交流電源供電，需要通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊將220 V電壓轉(zhuǎn)換為上述部件工作所需要的電壓。養(yǎng)殖戶通過(guò)按鍵操作向控制相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行操作。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 系統(tǒng)仿真電路

系統(tǒng)仿真電路如圖3所示，設(shè)計(jì)利用PROTEUS8.9軟件繪制仿真電路，主要包括STM32F103R6單片機(jī)為核心的主控電路、LCD顯示電路、繼電器控制水泵電路、繼電器控制第一刮污電機(jī)電路、繼電器控制第二刮污電機(jī)電路、繼電器控制第一干燥電機(jī)電路、繼電器控制第二干燥電機(jī)電路、繼電器控制第一紅外加熱管電路、繼電器控制第二紅外加熱管電路以及按鍵電路。其中，LCD顯示電路用于顯示清洗系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。按鍵電路由4個(gè)按鍵構(gòu)成，每個(gè)按鍵按下即可執(zhí)行不同操作，分別是沖洗、刮污、干燥與運(yùn)行。按下“運(yùn)行”按鍵時(shí)，系統(tǒng)才開(kāi)始啟動(dòng)，否則一直處于待機(jī)狀態(tài)；按下“沖洗”按鍵時(shí)，啟動(dòng)水泵控制電路打開(kāi)水泵，水泵抽水經(jīng)過(guò)3根管道的噴嘴沖洗傳送帶；按下“刮污”按鍵時(shí)，啟動(dòng)繼電器控制第一刮污電機(jī)電路與繼電器控制第二刮污電機(jī)電路，執(zhí)行相應(yīng)的操作；按下“干燥”按鍵時(shí)，啟動(dòng)繼電器控制第一干燥電機(jī)電路、繼電器控制第二干燥電機(jī)電路、繼電器控制第一紅外加熱管電路與繼電器控制第二紅外加熱管電路，依照指定流程執(zhí)行操作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

圖3 系統(tǒng)仿真電路

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

利用Keil4編寫(xiě)系統(tǒng)程序，主程序流程如圖4所示。系統(tǒng)上電，程序首先調(diào)用GPIO初始化子函數(shù)對(duì)系統(tǒng)涉及的引腳輸入輸出模式進(jìn)行配置，然后對(duì)LCD進(jìn)行初始化、關(guān)閉所有設(shè)備，且LCD顯示屏幕一直顯示“Waiting Mode!”，表示等待工作。首先，判斷“運(yùn)行”按鍵是否按下，若沒(méi)有按下，則一直待機(jī)，若用戶按下“運(yùn)行”按鍵，系統(tǒng)識(shí)別“運(yùn)行”按鍵按下后，再次確認(rèn)按鍵按下后，LCD顯示屏幕顯示“SYSTEM ON!”，提示系統(tǒng)開(kāi)啟，可以執(zhí)行后續(xù)操作。

“運(yùn)行”按鍵按下之后，若用戶按下“沖洗”按鍵，系統(tǒng)識(shí)別“沖選”按鍵按下后，再次確認(rèn)按鍵按下后，LCD顯示屏幕顯示“Chongxi Mode!”，提示沖洗模式，且打開(kāi)水泵，5 min后，關(guān)閉水泵，系統(tǒng)處于待機(jī)模式。

“運(yùn)行”按鍵按下之后，若用戶按下“刮污”按鍵，系統(tǒng)識(shí)別“刮污”按鍵按下后，再次確認(rèn)按鍵按下后，LCD顯示屏幕顯示“Guawu Mode!”，提示刮污模式，且啟動(dòng)第一刮污電機(jī)、第二刮污電機(jī)旋轉(zhuǎn)至90°后停止，5 min后，啟動(dòng)第一刮污電機(jī)、第二刮污電機(jī)旋轉(zhuǎn)至270°，回歸原始位置后停止。

“運(yùn)行”按鍵按下之后，若用戶按下“干燥”按鍵，系統(tǒng)識(shí)別“干燥”按鍵按下后，再次確認(rèn)按鍵按下后，LCD顯示屏幕顯示“Ganzao Mode!”，提示干燥模式，且啟動(dòng)第一干燥電機(jī)、第二干燥電機(jī)旋轉(zhuǎn)至90°后停止，打開(kāi)第一紅外加熱管與第二紅外加熱管，5 min后，關(guān)閉第一紅外加熱管與第二紅外加熱管，啟動(dòng)第一干燥電機(jī)、第二干燥電機(jī)旋轉(zhuǎn)至270°，回歸原始位置后停止。

上述操作，執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)再次恢復(fù)至待機(jī)狀態(tài)，等待下一次命令。

圖4 主程序流程圖

5 系統(tǒng)仿真分析

5.1 “運(yùn)行”鍵按下仿真效果

將生成的HEX文件加載至芯片，如圖5所示，無(wú)任何按鍵按下，LCD顯示屏幕第一行顯示“Waiting Mode!”表示等待工作，第二行顯示“SYSTEM OFF!”；當(dāng)按下“運(yùn)行”鍵后，LCD顯示屏幕第一行顯示“Waiting Mode!”表示等待工作，第二行顯示“SYSTEM ON!”表示系統(tǒng)開(kāi)啟，可以執(zhí)行后續(xù)操作。

圖5“運(yùn)行”鍵按下仿真效果圖

5.2 “沖洗”鍵按下仿真效果

如圖6所示 ，當(dāng)按下“沖洗”鍵后，LCD顯示屏幕第一行顯示“Chongxi Mode!”，第二行顯示“SYSTEM ON!”表示系統(tǒng)處于沖洗模式，此時(shí)，單片機(jī)引腳PC0輸出“低電平”，則水泵繼電器控制電路運(yùn)行，運(yùn)行5 min后，PC0輸出“高電平”，水泵停止運(yùn)行，完成沖洗工作。

圖6 “沖洗”鍵按下仿真效果圖

5.3 “刮污”鍵按下仿真效果

如圖7所示 ，當(dāng)按下“刮污”鍵后，LCD顯示屏幕第一行顯示“Guawu Mode！”，第二行顯示“SYSTEM ON!”表示系統(tǒng)處于刮污模式，此時(shí)，單片機(jī)引腳PC1、PC2輸出“低電平”，則啟動(dòng)第一刮污電機(jī)、第二刮污電機(jī)旋轉(zhuǎn)至90°后，單片機(jī)引腳PC1、PC2輸出“高電平”停止，5 min后，啟動(dòng)第一刮污電機(jī)、第二刮污電機(jī)旋轉(zhuǎn)至270°，回歸原始位置后停止，完成刮污工作。

5.4 “干燥”鍵按下仿真效果

如圖8所示 ，當(dāng)按下“干燥”鍵后，LCD顯示屏幕第一行顯示“Ganzao Mode！”，第二行顯示“SYSTEM ON!”表示系統(tǒng)處于干燥模式，此時(shí)，單片機(jī)引腳PC3、PC4輸出“低電平”，則啟動(dòng)第一干燥電機(jī)、第二干燥電機(jī)旋轉(zhuǎn)至90°后，PC3、PC4輸出“高電平”停止，然后，PC5、PA13輸出“低電平”，打開(kāi)第一紅外加熱管與第二紅外加熱管，5 min后，PC5、PA13輸出“高電平”，關(guān)閉第一紅外加熱管與第二紅外加熱管，PC3、PC4再輸出“低電平”，啟動(dòng)第一干燥電機(jī)、第二干燥電機(jī)旋轉(zhuǎn)至270°，回歸原始位置后PC5、PA13輸出“高電平”停止，完成干燥工作。

圖7 “刮污”鍵按下仿真效果圖

6 結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)現(xiàn)有傳送帶表面的糞便清除不干凈，長(zhǎng)時(shí)間堆積會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌，不利于畜禽健康生長(zhǎng)的不足，設(shè)計(jì)一款基于STM32單片機(jī)的畜禽糞便傳送帶清洗系統(tǒng)，利用PROTEUS8.9軟件繪制系統(tǒng)仿真電路，Keil4編寫(xiě)系統(tǒng)程序后，進(jìn)行仿真調(diào)試。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)，仿真效果與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能一致，即養(yǎng)殖戶通過(guò)4個(gè)按鍵操作，控制STM32單片機(jī)啟動(dòng)或停止系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備，達(dá)到?jīng)_洗、刮污、干燥的目的，實(shí)現(xiàn)傳送帶的定期自動(dòng)清洗功能。