基于PIC单片机的智能多级温控系统的开发

贾茜媛　李钊宝　汪新新等

摘要新型多级智能温控系统解决了规模化养殖场出现的温度分布不均匀、温差过大等问题，系统以PIC单片机为控制核心，以DS18B20作为温度采集传感器，分别对室内温度进行多点检测，多点、多级控制。通过可靠的硬件电路设计和简洁的软件程序设计提高了系统的抗干扰能力，使系统更加稳定可靠，具有很强的实用性。

关键词规模化养殖场；多级温控；PIC单片机；DS18B20

中图分类号TP391文献标识码A文章编号0517-6611（2014）09-02777-03

基金项目浙江省大学生科技创新活动计划项目（2013R409053）。

作者简介贾茜媛（1992- ），女，吉林敦化人，本科生，专业：测控技术与仪器。

家畜、家禽的养殖已经向规模化发展，大中型养殖场的数目正在迅速增加，但是传统的单点式温度控制和经验温度控制，并不能完全解决在养殖过程中的温度控制问题，而且传统温控系统的功能局限性甚至会给广大的养殖企业带来不可预测的损失。

温度控制是家畜、家禽规模化养殖的一个重要环节，直接决定着整个养殖的成功与否。其中以1万只肉鸡养殖场为例，鸡的生长周期为45 d左右，从幼雏养殖开始一直到肉鸡出场，每个时期每个阶段的温度控制都是非常严格的，特别是在生长到20～30 d的时候由于温度控制不当引起的发病率在60%～70%。由于目前的规模化养殖，每个养殖场的养殖空间都非常大（200～300 m2），室内温度分布不均匀。如果两点之间的温差在5 ℃时，肉鸡发病率将达到85%以上。基于此，笔者设计了适于家畜、家禽养殖的智能多级、多点温控系统。

该系统的功能特点是：①针对家禽、家畜的养殖设计了冬季和夏季两种模式，冬季模式主要是控制温度风机进行多级升温，夏季模式则主要是控制温度风机进行多级降温。这两种模式有效地防止了升温过快和降温过快给家禽、家畜带来的伤害，同时提高了温度风机的使用率，降低了电量消耗。②分别对室内温度进行多点测量和多点控制，这样就防止了室内温度不均衡给家畜、家禽带来的损害。

1系统结构简介

系统分为按键输入模块、 LED温度显示模块、温度输入模块和控制输出模块、单片机以及外围电路和供电模块。系统结构如图1所示。

系统设计框图该系统通过键盘输入不同室温的标准温度和多级温度回差，通过DS18B20对不同的室温进行实时采集，通过计算处理后，显示温度并输出各级升温或者降温的控制信号。其中，水温是冬天或温度较低的锅炉的水温。当室温需要提高时，水温一般在60 ℃以上。水温低于40 ℃时，升温风机不工作，发出提示警报。同时夏季模式和冬季模式的自动识别转换也是基于对水温的测量。

时控输出是用于定时输出信号控制室内换气，其时控开和时控关的信号时间可由功能键输入。

2 系统硬件电路设计

2.1传感器的选用因为水温和室温的测量范围在-55～125 ℃，所以选用3个DS18B20温度传感器。DS18B20是美国DALLAS公司生产的可组网数字温度传感器，具有耐磨、耐碰、体积小、使用方便、封装形式多样等特点，测温范围为-55～125 ℃，固有测温分辨率为0.5 ℃，工作电源为3～5 V/DC。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制，使数据传输和处理简单化。

2.2控制系统该系统采用的控制器是MICROCHIP的PIC16F877A。PIC16F877A内部集成了多种功能器件，包括数字量输入/输出、串行通信、定时器、PWM输出、A-D变换等，其中数字量输入/输出接口可以对外围设备进行分别控制[1]，拥有8K×14位的程序存储器，PIC单片机的芯片内部集成了看门狗电路，增加了抗干扰能力[2]。该系统同时采用了AT24C02作为数据存储器，用来存储用户设置的参数和采集到的温度数据[3]，AT24C02与单片机以IIC协议进行串行通信。采用MAX706组成低压监视电路。以上3个部分组成的控制系统如图2所示。

图2系统数据存储器和低压监视电路原理2.3键盘输入和显示部分为了方便用户使用，使得键盘的按键在满足需要的前提下数量尽量少，该系统在设计时采用了7个按键，有4个数字按键、2个数值加减按键、1个功能选择键。

该系统对室温和水温没有用LCD显示，而是采用了LED显示，这是因为LED显示具有功耗小、显示稳定、比较容易观察等特点。因为显示温度时需要9个8段LED，因此选用了HD74L247进行段选，多路开关CD4051进行位选[4]。

2.4控制输出执行模块为了增强系统的抗干扰能力，采用TP521光电隔离[5]和三极管S8050相结合的方法，使得输出更加稳定，而且不会因为输出的突然变化而影响单片机系统的运行。系统控制输出执行模块如图3所示。

2.5供电模块该系统可用单相交流220 V供电，220 V交流电经变压整流后，形成单片机系统需要的5 V的直流电和输出继电器需要的12 V直流电。供电模块电路图如图4所示。

3系统软件设计

该系统的程序部分是由主程序和7个子程序组成，子程序分别是按键子程序、显示子程序、IIC通信子程序、DS18B20温度测量子程序和控制逻辑判断子程序（包含冬季模式子程序和夏季模式子程序），其中主程序的流程圖如图5所示，夏季模式的流程图如图6所示。

4结语

通过实际运用，该系统抗干扰能力强，运行稳定可靠，有效地解决了室内温度分布不平衡和室内降温或升温过快的问题，解决了家畜、家禽规模化养殖过程中的温度控制问题。另外，该系统可以推广到农业大棚、大型恒温仓库等。

参考文献

[1] 光永法明.PIC单片机编程[M].后田敏，王会芝，译.北京：科学出版社，2010.

[2] 李荣正，王诚杰，戴国银.PIC单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3] 夏彬彬，任明全，屈金学.PIC单片机常用模块与综合系统设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2009：3.

[4] 罗翼，张宏伟.PIC单片机应用系统开发典型实例[M].北京：中国电力出版社，2005.