基于单片机的孵化环境控制系统的设计

王淑娇 师 倩

(山东协和学院，山东 济南，250000)

1 系统设计方案

1.1 主要影响因素

1.1.1 温度因素

温度因素是孵化最重要的条件，高温或者低温都会对胚胎发育造成不利影响。高温条件下胚胎生长迅速，孵化周期缩短，死亡率增加。低温条件下胚胎多数死于壳内，死亡率增加。经过多方面的研究和专家们的实验测试，提出了鸡胚胎的孵化温度方案，如表1所示：

表1 鸡的孵化温度方案

1.1.2 湿度因素

湿度是仅次于温度的重要条件，在禽蛋孵化过程中，蒸发过快或者过慢都会影响胚胎发育。湿度过低会导致蛋内水分蒸发量增加，胚胎与壳膜粘连出壳困难，孵化效率降低。湿度过高会导致蛋内水分蒸发降低，胚胎发育迟缓，出壳周期延长，孵化效率降低。孵化过程中相对湿度应不低于60%，控制在65%～70%最佳。

1.2 温湿度检测传感器

SHT1O数字温湿度传感器是拥有完全标定数字信号输出的温湿度复合传感器，采用专利的CMOSens技术，具有极高的可靠性和稳定性。SHT10温湿度传感器的测温范围为-40～+123.8℃，精度为±0.2℃，测湿范围为0～100%RH，精度为±4.5%RH。SHT10传感器包括电容性聚合体测湿敏感元件和标准回流焊接测温元件，并与高性能14位的A/D相连，具有小体积、低功耗、抗干扰能力强、性价比高等优点。

1.3 总体设计方案

温湿度控制系统应具备可靠性好、稳定性强、响应迅速、性价比高等优点，同时抗干扰能力好和操作灵活，只有这样才能广泛应用于社会生活和工业生产领域中。

本次系统设计用AT89C51作为主控芯片，使用SHT10作为温湿度传感器来采集孵化环境的温湿度信号，通过A/D数模转换器把模拟信号转换为数字信号，并把处理结果传送给单片机，通过与预设数值进行比较，控制温湿度保持在适宜的范围之内，液晶显示电路同步显示测得数值，系统框图如下所示。

图1 总体设计框图

2 系统电路设计

2.1 温湿度采集电路

SHT10温湿度传感器采用四脚单排引脚直插封装，单总线串行接口传递数据，使得系统具备更好的稳定性和可靠性，并且耗能较低，使用简便、响应迅速，信号的传输距离和范围比较远，性价比和通用性很高。

SHT10采用单总线双向串行接口，AT89C51主控芯片和SHT10温湿度传感器之间的同步用DATA引脚来完成。采集信息时，单片机向传感器发送开始信号，大约18ms后输入释放数据总线等候从机响应，若从机(SHT10)感应正常，在收到主机开始命令会拉低总线(持续80us)，然后拉高总线提示主机接收，SHT10按照高位在前顺序将数据传输给主机。

2.2 液晶显示电路

本设计使用的AT89C51单片机包含4K字节的FLASH存储器，是一款低电压、高性能CMOS 8位微处理器。

采用LCD1602字符型液晶显示对温湿度进行显示，LCD1602能够同时显示16x02行，即32个字符。采用标准的16脚接口，具有能耗低、体积小巧、显示内容丰富多样等性能优势。

2.3 键盘电路

键盘的作用是切换显示界面，设置温湿度适宜的数值范围，或者修改预设的温湿度数值。本次设计采用电阻上拉，使得按键按下时输出为低电平，按键弹起时输出为高电平，具体电路图见仿真图。

2.4 报警电路

SHT10温湿度传感器检测到孵化环境温度、湿度超出预设值时会反馈给单片机控制系统，然后要求报警电路发出报警信号，为此设计了基于蜂鸣报警器的报警电路，通过高低电平控制蜂鸣器的鸣叫来报警，增加一个发光二极管辅助报警，通过二极管闪烁进行光信号报警，具体电路见仿真图。

3 系统软件设计

系统的软件设计主要包括主程序、键盘输入、温湿度传感器SHT10控制程序、电机驱动控制程序、系统中断程序、液晶显示程序等。

图2 主程序流程图

主程序的作用是完成系统各模块的初始化，子程序调用等功能。在主程序中，对SHT10温湿度传感器、LCD1602液晶显示进行初始化，并且在开机界面显示传感器数据，设置好温湿度的适宜范围，开启中断初始化，中断程序完成对温湿度的采集和电机控制。主程序流程图如图2所示。

4 仿真结果

通过Proteus和Keil对整个系统进行功能仿真。仿真结果显示，达到预期的任务目标，温湿度显示精度也比较准确。仿真结果如图3所示。

图3 仿真结果图