陳創(chuàng)業(yè)，胡天讓，謝曉麗，陳蕊

（1.甘肅畜牧工程職業(yè)技術學院,甘肅武威，733006;2.甘肅省慶陽市寧縣畜牧獸醫(yī)局，甘肅慶陽，745200）

0 引言

如果可以使用各項技術來模擬禽類的孵化條件，并且利用仿生原理來構建孵化環(huán)境，最終保證禽蛋的正常孵化。這對于生產(chǎn)力的解放以及人們生活水平的提升都有重要作用。目前各項電子技術發(fā)展速度很快，基于各項技術的完善，目前已經(jīng)可以實現(xiàn)遠程控制，并且還可以完成高精度的濕度以及溫度環(huán)境調(diào)節(jié)。這些都保證了禽蛋孵化器遠程控制系統(tǒng)設計的可行性。目前我國的養(yǎng)殖業(yè)正在向著現(xiàn)代化的方向發(fā)展，在這個過程中必然繞不開全自動遠程孵化器系統(tǒng)設計，同時這也是實現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)產(chǎn)的唯一道路。目前我國大布馮的孵化器系統(tǒng)依然需要人工進行現(xiàn)場控制，并且具體控制的過程也是通過人工經(jīng)驗來完成的，這種傳統(tǒng)的方式無法滿足目前對于孵化率以及雛禽孵化質(zhì)量的要求[1]。因此各個企業(yè)都開始大力研究禽蛋孵化器遠程控制系統(tǒng)。除了可以保證質(zhì)量和產(chǎn)量以外，這個系統(tǒng)還可以降低禽類養(yǎng)殖的成本。這篇論文就是基于各項技術來設計禽蛋孵化器遠程控制系統(tǒng)，在設計中將會分為兩個方面進行詳細介紹，一個是環(huán)境控制系統(tǒng)，還有一個是整體框架構建。希望這篇論文可以為禽蛋孵化器遠程控制系統(tǒng)設計提供新的思路。

1 禽蛋孵化器遠程控制系統(tǒng)整體介紹

系統(tǒng)設計需要基于孵化原理進行，因此所有的指標以及數(shù)據(jù)都來自于具體的孵化條件。影響禽蛋孵化的條件具體包括溫度、濕度、翻蛋以及通風等。必須要通過系統(tǒng)保證孵化過程中各項條件處于閾值范圍內(nèi)，只有這樣才能夠保證較高的孵化率。這次設計的系統(tǒng)主要的功能在于利用信息通訊技術、傳感器技術以及PLC 技術實現(xiàn)孵化器的遠程控制需求。不需要通過人工的方式對于環(huán)境的各個條件進行調(diào)節(jié)，只需要通過各項傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和管理，通過程序控制就可以完成各個條件的設置。因此這項系統(tǒng)設計一共包含兩大部分，一個是孵化器內(nèi)部數(shù)據(jù)收集以及執(zhí)行器的設計，這部分設計的關鍵在于兩個方面，一方面需要通過合理的傳感器布置來檢測各個環(huán)境條件，另外一方面需要設計良好的控制程序來保證各項指令得到執(zhí)行。另外一個是關于系統(tǒng)整體框架的設計，其主要的功能在于完成數(shù)據(jù)收集以及下達指令的任務。所有的數(shù)據(jù)最終都會被傳遞到個人PC 的程序中，因此框架設計決定了信息的輸出以及指令的執(zhí)行。其中需要使用傳感器網(wǎng)絡來傳遞各項環(huán)境信息，需要利用各個環(huán)境感應節(jié)點以及傳感器來收集各項數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是具體控制措施輸出的判斷依據(jù)。系統(tǒng)中還應該配備協(xié)調(diào)器，其主要的任務是構建網(wǎng)絡來保證各項信息傳輸?shù)挠行蛐浴榱送瓿尚畔?shù)據(jù)的采集以及存儲，還需要在系統(tǒng)中配備網(wǎng)關。系統(tǒng)中所有的通信任務都是由通信模塊承擔的，具體的數(shù)據(jù)處理以及控制都是基于主控模塊實現(xiàn)的。其中的重點工作又溫濕度檢測電路設計，溫濕度控制電路設計，鍵盤接口電路設計以及數(shù)據(jù)顯示通信電路設計等[2]。其中搭載軟件的硬件是單片機，程序編寫使用的是C++。以上大致介紹了這次系統(tǒng)設計將會涉及到的內(nèi)容，下面將會從環(huán)境控制系統(tǒng)以及整體框架搭建兩個部分詳細介紹系統(tǒng)的設計。

2 禽蛋孵化器環(huán)境控制系統(tǒng)設計

環(huán)境控制系統(tǒng)主要控制的量有兩個，一個是孵化箱中的溫度，還有一個是孵化箱中的濕度，其中可以通過加熱系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)以及電機來執(zhí)行指令，改變箱體內(nèi)部條件，保證箱體環(huán)境處于閾值范圍。具體的環(huán)境控制系統(tǒng)框架結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

從圖1 的結構分析可以發(fā)現(xiàn)，對于孵化箱的環(huán)境控制最關鍵的在于兩個部分，一個是溫度控制模塊，還有一個是濕度控制模塊，這兩個模塊都是基于單片機完成控制任務的。同時兩項關鍵數(shù)據(jù)是通過對應的傳感器傳遞到單片機內(nèi)部，其中的報警顯示電路使用的是LED 數(shù)碼顯示，這種結構設計可以保證對于環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，也可以保證各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。下面對于其硬件結構進行詳細介紹。單片機選擇的是AT89S52，所有的計算以及環(huán)境參數(shù)處理都是在此完成的，其中采用的是模糊運算方案。所有的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機處理以后會傳遞到上位PC 機中以供參考。系統(tǒng)中選用的溫度傳感器是DS18B20。這個溫度傳感器是通過單總線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模瑴囟葴y量的范圍在零下五十五度到一百二十五攝氏度之間。測量精度可以達到0.06℃。溫度傳感器和單片機連接的方式具體如圖2 所示。

系統(tǒng)設計中使用的濕度傳感器是HS1101，這個傳感器可以達到百分之二的檢測精度，同時在工作中可以保持良好的穩(wěn)定性以及可靠性。相應的時間為五秒，并且不容易受到溫度變化的影響。顯示電路設計使用的是串行接口驅(qū)動器HD7279A，無論是顯示電路還是鍵盤都采用這種接口設計。對于溫度的調(diào)節(jié)使用的是加熱裝置，其中配備了四組加熱電阻絲，加熱功率大小在200W。加熱過程中的控制通過P2.0～P2.3 四個端口控制。孵化箱內(nèi)部設計了方形的加濕水盤，隨著其中頂蓋開啟的大小來控制加濕的程度。孵化箱的兩側(cè)設置了通風口，并且配備了風扇。

這次系統(tǒng)控制使用的是模糊控制系統(tǒng)理論，這項理論的具體控制過程如流程圖3 所示。

圖3

通過以上介紹的各項內(nèi)容可以對于孵化箱內(nèi)部的環(huán)境進行控制，保證在孵化的過程中可以一直保持在最佳狀態(tài)。

3 禽蛋孵化器整體框架設計

下面針對系統(tǒng)的整體框架設計進行介紹，系統(tǒng)的整體框架主要協(xié)調(diào)了個人PC 以及環(huán)境控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)以及指令執(zhí)行工作。具體的框架結構如圖4 所示。

圖4

監(jiān)控人員如果想要了解各項數(shù)據(jù)的具體情況，可以通過兩種方式來獲得，一種是GSM 網(wǎng)絡，還有一種是Internet網(wǎng)絡，同時基于這兩種方式可以完成各項數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)和環(huán)境的控制。環(huán)境控制系統(tǒng)將環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)信息以及各個執(zhí)行器的工作情況傳遞到協(xié)調(diào)器中，協(xié)調(diào)器處理以后將信息接入到網(wǎng)關，這些數(shù)據(jù)的傳遞具有一定的周期性。具體的指令也是通過這種方式進行傳遞的。數(shù)據(jù)處理模塊存在于環(huán)境控制系統(tǒng)內(nèi)部，在數(shù)據(jù)處理模塊中，各項傳感器的模擬信號將會被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳遞是基于射頻收發(fā)器來實現(xiàn)的。從整體框架設計的各個模塊布置情況可以發(fā)現(xiàn)，其主要的功能在于數(shù)據(jù)傳遞以及指令傳遞，所以其中使用的數(shù)據(jù)處理傳輸模塊是CC2530。其中配備協(xié)調(diào)器的主要目的是讓各個環(huán)境傳感器可以接入到系統(tǒng)中，所有的傳感器接收到數(shù)據(jù)以后，利用RS232 接口進行數(shù)據(jù)傳輸，相關的指令通過Zigbee網(wǎng)絡傳輸?shù)江h(huán)境控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器處，這個過程完成了環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)控以及環(huán)境條件的控制和調(diào)節(jié)[3]。其中配備了嵌入式網(wǎng)關，這個部件的除了完成數(shù)據(jù)的采集以外，還會對于所有的數(shù)據(jù)進行存儲和備份，并且其會結合預先設置的數(shù)值自行發(fā)出指令，因此網(wǎng)關內(nèi)部除了硬件以外還包含控制使用的軟件以及接收上位指令的控制內(nèi)容。硬件層面，其中必須要配備LED 顯示模塊、通信模塊以及主控模塊。

4 結語

本論文主要介紹的是禽蛋孵化器遠程控制系統(tǒng)的設計，其中介紹了整體的框架，也介紹了環(huán)境控制系統(tǒng)，其中很多的內(nèi)容由于篇幅的并沒有展開詳細分析。并且其中還存在許多問題需要改進和優(yōu)化，禽蛋孵化器遠程控制系統(tǒng)必然是未來的發(fā)展方向?？刂葡到y(tǒng)需要和實際生產(chǎn)情況相互結合才能夠更好的服務于生產(chǎn)，因此在后續(xù)的工作中筆者將會繼續(xù)總結經(jīng)驗，持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)設計。