禽蛋孵化器远程控制系统设计

陈创业，胡天让，谢晓丽，陈蕊

（1.甘肃畜牧工程职业技术学院,甘肃武威，733006;2.甘肃省庆阳市宁县畜牧兽医局，甘肃庆阳，745200）

0 引言

如果可以使用各项技术来模拟禽类的孵化条件，并且利用仿生原理来构建孵化环境，最终保证禽蛋的正常孵化。这对于生产力的解放以及人们生活水平的提升都有重要作用。目前各项电子技术发展速度很快，基于各项技术的完善，目前已经可以实现远程控制，并且还可以完成高精度的湿度以及温度环境调节。这些都保证了禽蛋孵化器远程控制系统设计的可行性。目前我国的养殖业正在向着现代化的方向发展，在这个过程中必然绕不开全自动远程孵化器系统设计，同时这也是实现高产和优产的唯一道路。目前我国大布冯的孵化器系统依然需要人工进行现场控制，并且具体控制的过程也是通过人工经验来完成的，这种传统的方式无法满足目前对于孵化率以及雏禽孵化质量的要求[1]。因此各个企业都开始大力研究禽蛋孵化器远程控制系统。除了可以保证质量和产量以外，这个系统还可以降低禽类养殖的成本。这篇论文就是基于各项技术来设计禽蛋孵化器远程控制系统，在设计中将会分为两个方面进行详细介绍，一个是环境控制系统，还有一个是整体框架构建。希望这篇论文可以为禽蛋孵化器远程控制系统设计提供新的思路。

1 禽蛋孵化器远程控制系统整体介绍

系统设计需要基于孵化原理进行，因此所有的指标以及数据都来自于具体的孵化条件。影响禽蛋孵化的条件具体包括温度、湿度、翻蛋以及通风等。必须要通过系统保证孵化过程中各项条件处于阈值范围内，只有这样才能够保证较高的孵化率。这次设计的系统主要的功能在于利用信息通讯技术、传感器技术以及PLC 技术实现孵化器的远程控制需求。不需要通过人工的方式对于环境的各个条件进行调节，只需要通过各项传感器实现数据的收集和管理，通过程序控制就可以完成各个条件的设置。因此这项系统设计一共包含两大部分，一个是孵化器内部数据收集以及执行器的设计，这部分设计的关键在于两个方面，一方面需要通过合理的传感器布置来检测各个环境条件，另外一方面需要设计良好的控制程序来保证各项指令得到执行。另外一个是关于系统整体框架的设计，其主要的功能在于完成数据收集以及下达指令的任务。所有的数据最终都会被传递到个人PC 的程序中，因此框架设计决定了信息的输出以及指令的执行。其中需要使用传感器网络来传递各项环境信息，需要利用各个环境感应节点以及传感器来收集各项数据，这些数据是具体控制措施输出的判断依据。系统中还应该配备协调器，其主要的任务是构建网络来保证各项信息传输的有序性。为了完成信息数据的采集以及存储，还需要在系统中配备网关。系统中所有的通信任务都是由通信模块承担的，具体的数据处理以及控制都是基于主控模块实现的。其中的重点工作又温湿度检测电路设计，温湿度控制电路设计，键盘接口电路设计以及数据显示通信电路设计等[2]。其中搭载软件的硬件是单片机，程序编写使用的是C++。以上大致介绍了这次系统设计将会涉及到的内容，下面将会从环境控制系统以及整体框架搭建两个部分详细介绍系统的设计。

2 禽蛋孵化器环境控制系统设计

环境控制系统主要控制的量有两个，一个是孵化箱中的温度，还有一个是孵化箱中的湿度，其中可以通过加热系统、加湿系统以及电机来执行指令，改变箱体内部条件，保证箱体环境处于阈值范围。具体的环境控制系统框架结构如图1所示。

图1 系统框架图

从图1 的结构分析可以发现，对于孵化箱的环境控制最关键的在于两个部分，一个是温度控制模块，还有一个是湿度控制模块，这两个模块都是基于单片机完成控制任务的。同时两项关键数据是通过对应的传感器传递到单片机内部，其中的报警显示电路使用的是LED 数码显示，这种结构设计可以保证对于环境数据实时监控，也可以保证各项数据传输的实时性。下面对于其硬件结构进行详细介绍。单片机选择的是AT89S52，所有的计算以及环境参数处理都是在此完成的，其中采用的是模糊运算方案。所有的数据经过单片机处理以后会传递到上位PC 机中以供参考。系统中选用的温度传感器是DS18B20。这个温度传感器是通过单总线进行数据传输的，温度测量的范围在零下五十五度到一百二十五摄氏度之间。测量精度可以达到0.06℃。温度传感器和单片机连接的方式具体如图2 所示。

系统设计中使用的湿度传感器是HS1101，这个传感器可以达到百分之二的检测精度，同时在工作中可以保持良好的稳定性以及可靠性。相应的时间为五秒，并且不容易受到温度变化的影响。显示电路设计使用的是串行接口驱动器HD7279A，无论是显示电路还是键盘都采用这种接口设计。对于温度的调节使用的是加热装置，其中配备了四组加热电阻丝，加热功率大小在200W。加热过程中的控制通过P2.0～P2.3 四个端口控制。孵化箱内部设计了方形的加湿水盘，随着其中顶盖开启的大小来控制加湿的程度。孵化箱的两侧设置了通风口，并且配备了风扇。

这次系统控制使用的是模糊控制系统理论，这项理论的具体控制过程如流程图3 所示。

图3

通过以上介绍的各项内容可以对于孵化箱内部的环境进行控制，保证在孵化的过程中可以一直保持在最佳状态。

3 禽蛋孵化器整体框架设计

下面针对系统的整体框架设计进行介绍，系统的整体框架主要协调了个人PC 以及环境控制系统之间的数据以及指令执行工作。具体的框架结构如图4 所示。

图4

监控人员如果想要了解各项数据的具体情况，可以通过两种方式来获得，一种是GSM 网络，还有一种是Internet网络，同时基于这两种方式可以完成各项数据的调节和环境的控制。环境控制系统将环境中的各种数据信息以及各个执行器的工作情况传递到协调器中，协调器处理以后将信息接入到网关，这些数据的传递具有一定的周期性。具体的指令也是通过这种方式进行传递的。数据处理模块存在于环境控制系统内部，在数据处理模块中，各项传感器的模拟信号将会被转化为数字信号，传递是基于射频收发器来实现的。从整体框架设计的各个模块布置情况可以发现，其主要的功能在于数据传递以及指令传递，所以其中使用的数据处理传输模块是CC2530。其中配备协调器的主要目的是让各个环境传感器可以接入到系统中，所有的传感器接收到数据以后，利用RS232 接口进行数据传输，相关的指令通过Zigbee网络传输到环境控制系统中的执行器处，这个过程完成了环境数据的监控以及环境条件的控制和调节[3]。其中配备了嵌入式网关，这个部件的除了完成数据的采集以外，还会对于所有的数据进行存储和备份，并且其会结合预先设置的数值自行发出指令，因此网关内部除了硬件以外还包含控制使用的软件以及接收上位指令的控制内容。硬件层面，其中必须要配备LED 显示模块、通信模块以及主控模块。

4 结语

本论文主要介绍的是禽蛋孵化器远程控制系统的设计，其中介绍了整体的框架，也介绍了环境控制系统，其中很多的内容由于篇幅的并没有展开详细分析。并且其中还存在许多问题需要改进和优化，禽蛋孵化器远程控制系统必然是未来的发展方向。控制系统需要和实际生产情况相互结合才能够更好的服务于生产，因此在后续的工作中笔者将会继续总结经验，持续优化系统设计。