劉春群 江珊珊 黃志麗

摘 要：智能養(yǎng)雞場控制系統(tǒng)利用PLC和單片機(jī)聯(lián)合控制，可以在手機(jī)App、觸摸屏組態(tài)界面實(shí)時(shí)顯示各種參數(shù)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，任意切換自動(dòng)和手動(dòng)控制模式，實(shí)現(xiàn)智能化控制溫度、濕度，自動(dòng)清理糞便、通風(fēng)等。系統(tǒng)還具有恒溫、恒濕控制功能，可用攝像頭實(shí)現(xiàn)養(yǎng)雞場環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)智能化程度高，能為雞場創(chuàng)造更好的生存環(huán)境，能夠提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：S7—300PLC;單片機(jī);智能控制

中圖分類號(hào)：S818.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.010

我國的養(yǎng)雞場數(shù)量多，總量居世界第一，養(yǎng)雞的品種也最齊全。但是，雞場規(guī)模大小不一，上至幾百萬只，下至幾千只，參差不齊。規(guī)模制約了雞場的發(fā)展能力、養(yǎng)殖條件和深加工能力。對于如今批量養(yǎng)殖業(yè)的管理員來說，傳統(tǒng)養(yǎng)雞場的雞舍環(huán)境監(jiān)控，基本都是由人工或半人工控制的，每天要準(zhǔn)時(shí)喂食、清糞、喂水、控溫、通風(fēng)透氣等，工作任務(wù)繁重。而且，控制精度和自動(dòng)化程度不高，性能單一，很多操作要由人工來控制，勞動(dòng)生產(chǎn)率水平較低，不利于規(guī)?；B(yǎng)雞。因此，研發(fā)一個(gè)智能化養(yǎng)雞場控制系統(tǒng)是很必要的。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

第一，能實(shí)現(xiàn)雞舍內(nèi)恒溫恒濕。

第二，控制系統(tǒng)有全自動(dòng)和上位機(jī)界面手動(dòng)控制兩種模式。

第三，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度、濕度、光照強(qiáng)度、水位、煙霧濃度等參數(shù)，并可以控制整個(gè)養(yǎng)雞系統(tǒng)的各種設(shè)備。

第四，手機(jī)智能控制App，可以控制養(yǎng)雞場。

第五，雞場有火災(zāi)或者有盜竊情況時(shí)，雞場管理員手機(jī)能夠接收到手機(jī)火災(zāi)和盜竊短信報(bào)警。

第六，視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控雞舍環(huán)境，打開手機(jī)上位機(jī)能隨時(shí)查看雞舍狀況。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該智能養(yǎng)雞場控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包含主機(jī)（PLC）和從機(jī)（單片機(jī)）兩部分。主機(jī)和從機(jī)通過繼電器模塊和PLC模擬量輸入模塊進(jìn)行通信，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)自動(dòng)模式控制養(yǎng)雞場，也可以通過觸摸屏、手機(jī)上位機(jī)手動(dòng)控制，自動(dòng)和手動(dòng)模式間可以任意切換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和硬件組成如圖1、圖2所示。

2.1 主控模塊

主機(jī)采用西門子S7—300 PLC。Simatic S7—300是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，PLC可以直接處理壓力變送器、溫度變送器傳送過來的數(shù)據(jù)，也要處理單片機(jī)傳送過來的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一處理后再判斷執(zhí)行輸出給控制對象。PLC跟TP177B觸摸屏鏈接，在觸摸屏開發(fā)的控制界面上實(shí)時(shí)顯示溫度、濕度、光照強(qiáng)度、水壓及用戶設(shè)定恒溫值、恒濕度值。同時(shí)，實(shí)時(shí)顯示雞場的各種情況，并可通過觸摸屏控制雞場。

2.2 單片機(jī)模塊

單片機(jī)處理濕度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、人體感應(yīng)器等傳感器信息，傳給PLC做對應(yīng)的控制，并顯示在液晶顯示屏上。其可以通過GSM短信模塊給主人的手機(jī)發(fā)送信息。同時(shí)，也可以接收主人手機(jī)發(fā)來的控制信號(hào)。

2.3 GSM短信模塊

單片機(jī)通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能，如發(fā)送短信、撥打電話、GPRS撥號(hào)上網(wǎng)等。使用GSM模塊的“開放內(nèi)置平臺(tái)”功能，可以使主人將自己的程序嵌入模塊內(nèi)的軟件平臺(tái)。當(dāng)養(yǎng)雞場內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或者盜竊時(shí)，主人可及時(shí)收到系統(tǒng)發(fā)送到用戶手機(jī)上的短信。

2.4 WIFI模塊

內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和IEEE802.11協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口到無線網(wǎng)絡(luò)間的轉(zhuǎn)換。串口WIFI模塊TLN13UA06支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸模式，并且具有安全多模能力，能使傳統(tǒng)串口設(shè)備更好地加入無線網(wǎng)絡(luò)。利用WIFI模塊這個(gè)媒介，可以通過手機(jī)App控制養(yǎng)雞場[1]。手機(jī)App控制界面如圖3所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)運(yùn)用C語言和梯形圖來編程，使用的編程工具是keil uvision4和Step7編程軟件[2]。程序流程圖如圖4所示。

在手動(dòng)模式下，用戶可以通過連接WIFI打開手機(jī)App客戶端，或者通過點(diǎn)擊觸摸屏上的按鈕控制養(yǎng)雞場。

在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)將會(huì)每天循環(huán)執(zhí)行三次如下流程：清糞、投料、喂食、刮料、清料、加水（在雞飲用水期間，當(dāng)液位低于設(shè)定值時(shí)再次啟動(dòng)加水）、放水，開啟音樂。白天定時(shí)通風(fēng)14個(gè)小時(shí)，如果煙霧傳感器檢測到煙霧濃度過高且溫度變送器監(jiān)測到溫度高于設(shè)定值，即認(rèn)為發(fā)生火災(zāi)，此時(shí)發(fā)送短信通知主人，切斷電源總閘，打開雞舍門，減少不必要的傷亡。當(dāng)紅外傳感器監(jiān)測到有人進(jìn)入雞舍時(shí)，及時(shí)發(fā)送短信告知主人，具有報(bào)警功能。主人可以自由設(shè)置恒溫、恒濕度參數(shù)，系統(tǒng)將結(jié)合實(shí)際的溫度、濕度改變變頻器的輸出，以控制現(xiàn)場環(huán)境的溫度、濕度變化。

單片機(jī)主程序如下：

void main（）

lcdinit（）;//初始化液晶顯示

Uart1Init（220）;//初始化串口1

GSM_Init（）;//初始化GSM短信模塊

display（）;

KA1=1;KA2=1;KA3=1;KA4=1;KA5=1;KA6=1;KA7=1;KA8=1;KA9=1;

RT=0;

while（1）

{

readtemp1（）;//調(diào)用濕度函數(shù)

display_H（）;//顯示濕度函數(shù)

display_GQ（DAC_MCP3208（9））;//讀取光照強(qiáng)度函數(shù)

display_YW（DAC_MCP3208（8））;//讀取煙霧濃度函數(shù)

GQ_temp=DAC_MCP3208（9）;

wifi_read（）;

shou（）;

Huozai（）;

Daoqie（）;

xierua（RH1*105）;//濕度模擬量輸出給PLC讀取

xierub（（4800-GQ_temp））;//光照強(qiáng)度模擬量輸出給PLC讀取

xierud（DAC_MCP3208（8）*10）;//煙霧濃度模擬量輸出給PLC讀取

RT_RT（）;

}}

GSM短信模塊程序：

#ifndef__GSM_H__

#define__GSM_H__

#include"sbit.H" //調(diào)用自己做的一個(gè)頭文件

#include"intrins.h"

#include"MCP3208.H"

#define uchar unsigned char

#define uint? unsigned int

uchar volatile GsmRcvAt[80]={0};

uchar volatile GsmRcv[80]={0};

uchar volatile GsmRcvCnt=0;

uchar volatile GsmAtFlag=0;

uchar code sms_answer[]="RING";//接聽

uchar code sms_gua[]="NO CA";//掛電話

uchar code sms_receive[]="+CMTI";//接收短信

uchar code sms_read[]="+CMGR";//讀取短信

uchar code sms_FoodK[]="558298DF5F00";//發(fā)送“喂食開”

uchar code sms_FoodG[]="558298DF5173";//發(fā)送“喂食關(guān)”

uchar code sms_MusicK[]="97F34E505F00";//發(fā)送“音樂開”

uchar code sms_MusicG[]="97F34E505173";//發(fā)送“音樂關(guān)”

uchar code sxs_text1[]={"0011000D91685177670089F00008A012"};//這個(gè)是編輯雞舍進(jìn)賊短信的

uchar code sxs_text2[]={"0011000D91685177670089F00008A016"};//這個(gè)是編輯雞舍發(fā)生火災(zāi)的短信的

uchar code sxs_jinren[]={"4E3B4EBAFF0C9E21820D8FDB4EBA4E86FF01"};//主人，雞舍進(jìn)人了！

uchar code sxs_huozai[]={"4E3B4EBAFF0C9E21820D53D1751F706B707E4E86FF01"};//主人，雞舍發(fā)生火災(zāi)了！

uchar flag=0，flag1=0;//作為人體感應(yīng)模塊、煙霧的標(biāo)志位

4 系統(tǒng)功能說明

首先給系統(tǒng)上電，打開PLC主控部分的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)系統(tǒng)，打開單片機(jī)部分的電源開關(guān)、WIFI模塊開關(guān)、GSM短信模塊的電源開關(guān)，啟動(dòng)GSM短信模塊的按鈕，插上變頻器電源，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒。

其次，在TP177B觸摸屏主控制界面上有全自動(dòng)和App控制（手動(dòng)模式）兩個(gè)按鈕，點(diǎn)擊App控制按鈕，此時(shí)系統(tǒng)處于手機(jī)App控制模式。

第三，App控制模式。打開手機(jī)WIFI開關(guān)，連接串口發(fā)射出來的WIFI，打開養(yǎng)雞App，即可控制養(yǎng)雞場部分設(shè)備：喂食、投料、刮料、通風(fēng)、加水、清糞、音樂、放水和清料[3]。

第四，在TP177B觸摸屏上點(diǎn)擊全自動(dòng)模式。系統(tǒng)將會(huì)每天定時(shí)喂食三次，執(zhí)行流程：早上先清糞一次→投料→喂食（保持到清料）→刮料后→清料、喂食?！铀ㄒ何坏竭_(dá)設(shè)定值時(shí)停止，在此期間，液位低于定值的20%時(shí)再次加水）→放水→放音樂。每個(gè)環(huán)節(jié)可以根據(jù)雞場的規(guī)模設(shè)置時(shí)間。

第五，觸摸屏上也開發(fā)了一個(gè)控制操作界面，其中的按鈕可以控制喂食、投料、放水、加水、通風(fēng)、電源總閘、音樂、火災(zāi)報(bào)警、盜竊報(bào)警、雞舍門、刮料、清料、清糞等。

第六，不管是在手動(dòng)還是全自動(dòng)模式下，都可以在TP177B觸摸屏主界面上設(shè)定室內(nèi)的恒溫值和恒濕度值，變頻器會(huì)根據(jù)AO模塊輸出的模擬量調(diào)節(jié)交流電的頻率，從而達(dá)到恒溫、恒濕度的效果。

第七，實(shí)時(shí)監(jiān)控雞舍內(nèi)的狀況。打開手機(jī)的WIFI攝像頭App，可以實(shí)時(shí)以視頻形式查看到雞舍內(nèi)的狀況。如有陌生人進(jìn)入，還可以遠(yuǎn)程喊話，警告陌生人使其離開。

第八，系統(tǒng)在App控制模式和全自動(dòng)模式下，如若發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)指示燈亮，同時(shí)斷開電源總閘，打開雞舍門，發(fā)送報(bào)警短信到用戶手機(jī)上。如果有人進(jìn)入雞舍內(nèi)，體感應(yīng)模塊感應(yīng)到，會(huì)默認(rèn)有盜竊發(fā)生，啟動(dòng)盜竊指示燈，發(fā)送盜竊短信到用戶手機(jī)上。指示燈需要管理者解除。

5 結(jié)語

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷提高，智能化已經(jīng)逐漸占領(lǐng)市場，比如智能家居、智能溫室大棚、智能機(jī)器人等。自動(dòng)化、機(jī)械化、智能化的設(shè)備已逐漸代替了傳統(tǒng)的體力勞作，成為新型的勞動(dòng)工具。智能養(yǎng)雞場可以做到不進(jìn)入雞舍便可以管理數(shù)萬只雞，可以根據(jù)需要擴(kuò)大養(yǎng)雞規(guī)模而不提高成本。養(yǎng)雞場的智能控制體現(xiàn)了智能化的優(yōu)勢，其通過智能化幫助人們更好地管理雞場，提高了生產(chǎn)效率。

5.1 創(chuàng)新性與先進(jìn)性

系統(tǒng)具有恒溫恒濕度功能，智能調(diào)節(jié)養(yǎng)雞場內(nèi)的參數(shù)，用戶可以自己設(shè)置恒溫值和恒濕度值。

攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控養(yǎng)雞場的全景，戶主可通過WIFI客戶端觀察雞仔生長狀況。

戶主可手機(jī)App實(shí)現(xiàn)不進(jìn)雞舍便可養(yǎng)雞。

以熱釋電人體檢測模塊與攝像模塊實(shí)現(xiàn)防雞的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，如有異常，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警并通過短信的形式告知戶主，真正實(shí)現(xiàn)了智能化養(yǎng)殖。

5.2 存在問題及改進(jìn)方案

雞場的雞仔需要定期打疫苗，生病的雞仔如果不能及時(shí)處理容易導(dǎo)致其他的雞被感染，如果每個(gè)雞仔能有追蹤和標(biāo)記信號(hào)，能夠更好地管理雞場，這也是后期需要努力研究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 王衛(wèi)星，傅立思，孫耀杰.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：中國水利電力出版社，2002.

[2] 肖朋生，張文，王建輝.變頻器及其控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 西門子（中國）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).SIEMENS WinCC手冊[M].北京：西門子（中國）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)，2004.