劉元波，王冠，肖莉雅

（平頂山學(xué)院信息工程學(xué)院，河南平頂山，467000）

1 智能養(yǎng)豬場(chǎng)簡(jiǎn)介

智能養(yǎng)豬系統(tǒng)的整體架構(gòu)經(jīng)實(shí)地考察后結(jié)合最新傳感技術(shù)進(jìn)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(jìn)行傳感器的安裝。在育肥舍中安裝溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、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(shí)時(shí)顯示液晶屏幕上面，在當(dāng)舍內(nèi)溫濕度高于或低于最佳溫濕度范圍便會(huì)通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，此外當(dāng)舍內(nèi)檢測(cè)到火焰或者煙霧時(shí)也會(huì)通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。除豬舍外還對(duì)一些相當(dāng)重要的設(shè)施如消毒室、化驗(yàn)室、獸醫(yī)室、疫苗室、糞場(chǎng)、沼氣池、水塔、種豬擴(kuò)繁場(chǎng)、裝豬臺(tái)、成品庫(kù)等，在沼氣池收集連接處安裝甲烷傳感器檢測(cè)沼氣是否泄漏，若發(fā)現(xiàn)沼氣泄露就通過(guò)蜂鳴器報(bào)警。另外還有森林、水塘、辦公樓、宿舍、餐廳、籃球場(chǎng)、廁所、門(mén)衛(wèi)室、飼料生產(chǎn)車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)等。此外，智能養(yǎng)豬場(chǎng)還使用藍(lán)牙控制開(kāi)關(guān)門(mén)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)門(mén)，舍內(nèi)的暖光燈也會(huì)根據(jù)舍內(nèi)的溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)，也可以手動(dòng)開(kāi)關(guān)。水塔與水塘處安裝水泵，繼電器作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)藍(lán)牙控制繼電器的開(kāi)關(guān)從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬場(chǎng)的供水。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

該系統(tǒng)采用STC89S52 單片機(jī)作為主控芯片，其他模塊協(xié)調(diào)工作。該系統(tǒng)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(jī)主控模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的主控芯片為STC89C52 單片機(jī)，它相比一般單片機(jī)有運(yùn)行功耗低、性能高等優(yōu)點(diǎn)。片內(nèi)含4K Bytes ISP的可反復(fù)擦寫(xiě)1000 次的Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，芯片內(nèi) 集成了通用8 位中央處理器和ISP Flash 存儲(chǔ)單元。

2.3 溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(cè)周?chē)h(huán)境的溫度和濕度，其中溫度測(cè)量范圍為0 到50 度，濕度測(cè)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(jià)格低廉性?xún)r(jià)比高，符合該系統(tǒng)的節(jié)約理念。

暖光燈傳感器共有VCC、GND、D0 三個(gè)引腳,其主要功能便是通過(guò)單片機(jī)IO 口對(duì)其亮滅進(jìn)行控制。

在該部分電路中,為了對(duì)豬舍的溫濕度達(dá)到智能控制,首先需要將豬的生長(zhǎng)最佳溫濕度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與查詢(xún),還需注意對(duì)于每一個(gè)年齡階段即不同豬舍的豬都進(jìn)行最佳溫濕度檢測(cè)。當(dāng)?shù)玫阶罴褱貪穸葦?shù)據(jù)時(shí)便在程序中設(shè)置閾值,當(dāng)舍內(nèi)溫度超過(guò)最佳溫度范圍時(shí)便進(jìn)行風(fēng)扇降溫,室內(nèi)溫度低于最佳溫度范圍時(shí)開(kāi)啟暖光燈讓豬舍升溫,以上兩種措施都會(huì)在溫度到達(dá)最佳溫度范圍時(shí)自動(dòng)關(guān)閉,以實(shí)現(xiàn)舍內(nèi)溫度智能控制。

2.4 藍(lán)牙模塊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該部分系統(tǒng)的核心模塊分別為藍(lán)牙模塊、繼電器、小水泵與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

藍(lán)牙模塊選用市面上最常用的HC-05,該模塊質(zhì)量好、壽命長(zhǎng)、功能齊全同時(shí)價(jià)格低廉。HC-05 的工作頻段為2.4G,可通過(guò)AT 指令對(duì)其設(shè)置主從機(jī)模式。繼電器選用2 路繼電器模塊,常開(kāi)接口最大負(fù)載：交流250V/10A,直流30V/10A，此外該模塊還采用貼片光耦隔離，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定。小水泵選用最小型水泵。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用五相四線(xiàn)電機(jī)ULN2003 驅(qū)動(dòng)模塊，其中+接5V，-接負(fù)極，IN1-IN4 接單片機(jī)IO，白色端子座插入五相四線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)。

藍(lán)牙模塊與手機(jī)配對(duì)之后,選擇一款合適的app，進(jìn)行一系列的設(shè)置之后,便可對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)、水泵供水進(jìn)行控制。該系統(tǒng)中,app 中的1 和2 分別對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),以此模擬遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)門(mén)；3 和4 分別對(duì)應(yīng)水塔處水泵的開(kāi)關(guān)；5和6 對(duì)應(yīng)備用供水池塘的開(kāi)關(guān)。通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制,操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉,唯一的缺點(diǎn)是信號(hào)傳輸距離較短,更適合短程的無(wú)線(xiàn)控制。

2.5 LCD 顯示電路設(shè)計(jì)

該模塊選用LCD1602 顯示屏,該模塊價(jià)格低廉、使用方便。接線(xiàn)時(shí),數(shù)據(jù)口D0-D7 與單片機(jī)P0 口相連,排阻RP1 用來(lái)拉高P0 口電平,保證數(shù)據(jù)的正常輸出。RS、RW 與P2.0、P2.1 用來(lái)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)選擇控制,EN 與P2.2 相連,為使能端。單片機(jī)讀取到的溫濕度數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)相應(yīng)的算法計(jì)算后顯示在該屏幕上,每經(jīng)過(guò)5s 便會(huì)刷新一次。

2.6 火焰、氣體傳感器模塊

火焰?zhèn)鞲衅魍ㄟ^(guò)數(shù)字信號(hào)對(duì)舍內(nèi)是否有火焰進(jìn)行判斷,若檢測(cè)到火焰便通過(guò)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)；MQ-2 煙霧與MQ-4 甲烷傳感器也是確保舍內(nèi)與沼氣池安全的重要傳感器,同樣也是數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判斷,當(dāng)檢測(cè)到煙霧或者甲烷泄露便會(huì)讓蜂鳴器發(fā)出不同頻率的聲音進(jìn)行報(bào)警。

2.7 蜂鳴器報(bào)警電路

智能養(yǎng)豬場(chǎng)目前使用蜂鳴器作為報(bào)警器，經(jīng)過(guò)ULN2003芯片放大功率后報(bào)警聲音更大更響。由于對(duì)不同的報(bào)警原因設(shè)置了不同頻率的報(bào)警聲音，所以能夠很清晰的分辨出出現(xiàn)了什么問(wèn)題，有利于工作人員快速對(duì)豬舍進(jìn)行控制。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 溫濕度主軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要原理是將檢測(cè)到的溫濕度實(shí)時(shí)顯示在LCD1602 液晶屏幕上，然后檢測(cè)溫濕度是否在合理范圍內(nèi)，若不在便進(jìn)行一系列的加熱或降溫操作，然后繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)。流程圖如圖2。

圖2 溫濕度主系統(tǒng)流程圖

3.2 藍(lán)牙控制子軟件系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)藍(lán)牙控制繼電器、暖光燈與步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)關(guān)，藍(lán)牙接收到不同指令便執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。其流程圖如圖3。

圖3 藍(lán)牙控制子系統(tǒng)流程圖

3.3 火焰、氣體報(bào)警子軟件系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始后，先將MQ-2、火焰?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行預(yù)熱，然后分別對(duì)火焰和煙霧進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到便進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警（不同情況報(bào)警頻率不同），若沒(méi)有檢測(cè)到便繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)。流程圖如圖4。

圖4 火焰、氣體報(bào)警子系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能養(yǎng)豬場(chǎng)系統(tǒng)可以對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)的空氣環(huán)境、舍內(nèi)環(huán)境進(jìn)行更科學(xué)的控制，有利于降低豬的發(fā)病率并提高豬肉質(zhì)量，從而創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)幫助養(yǎng)豬場(chǎng)工人管理養(yǎng)豬場(chǎng)，解決養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境臟亂差問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)提高豬肉質(zhì)量、降低發(fā)病率的效果，與現(xiàn)有的管理方式相比，不僅可以節(jié)約人力資源、還能對(duì)豬場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行更科學(xué)的觀測(cè)與控制。