基于单片机控制的鸡舍智能控温系统

丁 元，钟友发，邱雪莹，院东阁，孙玉文

(南京农业大学工学院江苏省智能化农业装备重点实验室，江苏南京 210031)

传统中小型养鸡场依靠人工喂养，控制精度差，自动化程度低，劳动力成本高［1］，诸项条件限制了产业发展，推行自动化养殖是未来的发展方向［2］。在目前的禽类养殖业中，科技化程度低，新技术应用较少。当前恶劣的养殖环境，低下的养殖方式，大大削弱了肉鸡的健康，影响鸡肉品质。虽然有少数优秀代表如由美国泰森公司投资的孙庄鸡场，养殖生产环节全部采用自动化的流水设备，是当前中国最先进的自动化肉鸡养殖基地。但这种自动化鸡舍投资大，建设周期长，可移植性差。作者设计了一套成体系，低成本，适用面广的鸡舍智能控温系统 (图1)。该系统可对鸡舍温度进行实时测量，通过显示屏显示。如果超过上下限温度，则自动对控温设备进行调控，并自动发送短信到指定手机，也可实时通过发送接收短信了解鸡舍温度。

图1 鸡舍智能控温系统的构成

1 硬件组成

1.1 温度采集系统

采用数字式的温度传感器DS18B20。能将温度直接转换成数字信号，可以通过一根数据线与单片机进行通信［3］。测量温度范围为－55～125℃，在－10～85℃时精度为±0.5℃，完全可以满足测量鸡舍的温度要求。温度时间显示系统显示功能由LCD12864来完成。所显示的数据是由单片机以并行方式直接输送给带中文字库的12864。

该模块的核心是VS1838B的红外遥控模块，采用内屏蔽封装，内置红外线接收专用IC。低电平有效，高灵敏度，抗光、电磁干扰能力强。通用红外遥控系统由发射和接收2部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。可通过遥控来设置最高温度，最低温度和目标手机，以及设定时间。

1.2 终端信息处理系统

采用AT89C52单片机。该模块固定于基座上，易于拆卸，更换，升级。该单片机使用广泛，设计成熟，稳定性高，适合用于农业生产［4］。

加热/降温采用中断技术［5］。运用简单的单片机中断控制信号，控制外部电路的通断，用正反相电压和电路通断来控制外加的控制设备，如加热器和大功率排风扇等［6］。

1.3 GSM移动通信系统

采用TC35模块，该模块采用3.3～5.5 V电压，通过串口通信和单片机连接，通过放置SIM卡，可用于接收发送短信。该模块还具有电话簿，多方通话，漫游检测等功能，是系统的重点。其供电与主板相隔离，以保证不受电磁干扰。

2 电路系统

鸡舍智能控温系统的电路系统由主控电路，复位电路，显示及检测电路，短信收发电路等部分组成 (图2)。

2.1 主控电路

主控电路由AT89C52单片机、11.0592 MHz晶体振荡器和电阻等元件构成。AT89C52单片机具有CPU系统、存储器系统及I/O接口和其他功能单元。主板上有蜂鸣器，红外接收器，继电器等元器件。当温度超过上下限时，蜂鸣器发出报警声响，通过继电器对温度进行反馈控制。继电器与单片机的P1.3口进行通讯。

图2 鸡舍智能控温系统的电路

2.2 复位电路

复位电路使用的是51/AVR复位电路，采用的是5 V供电。复位电路采用上电复位与手动复位相结合的方案。手动复位时，按下复位按钮，电容C通过电阻R1迅速放电，使RSTVPD迅速变为高电平，松开后，电容通过R2和内部下拉电阻充电，逐渐使RSTVPD恢复低电平。

2.3 显示及检测电路

显示及检测电路由LCD12864组成，通过连接单片机的P2.0～P2.5和P0.0～P0.7接口引脚，5 V供电，1和20口端接地。

2.4 短信收发电路

短信收发电路用的是TC35模块，通过TTL电平直接与单片机的TTL串口通信，用12 V外加电源与单片机供电。

3 软件设计

3.1 主程序

主程序是系统的核心程序，内含多个子程序，可根据情况调用，如初始化程序，12864显示程序，红外遥控程序等 (图3)。在程序运行的过程中必须先经过初始化，包括中断程序以及各个控制端口的初始化。系统在初始化完成后就进入12864显示程序，通过引脚输出图形。接着进入设置程序。通过遥控设置发送目标的手机号码，时间，最高和最低温度值，通过串口读取。通过终端控制加热/降温模块完成对温度的控制。

3.2 温度监控程序

温度采集主要由 DS18B20传感器完成。DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此系统对DS18B20编程时必须完全按机写时序、读时序、复位时序进行设置。当超过最高/最低温度时，调用控制程序，输出高电平，使外接电源通路，触发风扇/加热器，并调用短信发送程序。超过限定时间后，外界电路自动断电，并重新调用DS18B20进行测温。若是仍超过设定温度，则重发短信，外界电路通电后继续工作。若满足条件，则不工作［7］。

图3 鸡舍智能控温系统的软件流程

该方式读取温度具有可控的时间间隔，在保证准确度的情况下，大大降低了能源损耗，延长了机器寿命，也减少了故障几率，降低了成本［8］。

3.3 短信收发程序

收发短信有2种模式。一是红外遥控监测模式。是通过编辑中断程序，预先设定短信内容，当超过设定温度时，可直接在程序中进行调用，实时发送短信并自动拨打制定电话作为提醒，该模式有定时功能，可防止短时间内多次重复发送。二是通过用户发送短信到设定手机号，单片机收到短信后，读取当前的鸡舍环境温度，再发送短信到用户手机。这2种方式可满足养殖的具体要求［9］。

4 试用效果

试验设定鸡舍智能控温系统最高温度为24℃，最低温度为14℃。经过试验测试后，记录温度变化如图4所示。本系统能够很好、平稳地控制鸡舍的温度，能够保证鸡舍温度处于动态的可控范围内，避免由于昼夜温差过大引起的鸡舍过大温差，保证鸡舍的舒适度。

从图4中也暴露出系统的不足，在一次采集温度的过程中，出现温度过高的情况，经检查是由于监测点局部温度过高。由此说明系统的温度检测部分有漏洞，过于简单，没有二次判定的功能。并且，该系统的加热装置反应速度太慢，其效率有待提高。

图4 鸡舍智能控温系统的温度测试效果

5 小结

通过使用单片机，GSM系统，红外遥控等技术设计了一套鸡舍智能系统。该系统具有功能齐全，稳定性好，人机互动高，多模块结合，易于检修和替换等优点。通过实验测试，该系统的检测数据准确可靠，实时性强，系统成本低，系统的通用性好。非常适合1万羽以下肉鸡鸡舍的养殖场，也适用于放养、蛋鸡、种鸡的养殖。通过控制鸡舍的温度条件，能够保证鸡的健康生长，降低发病率，增加上肉率，使得鸡的品质得到保证。

目前，系统温度检测装置还没有自检功能，加热和降温效果慢，不适用于精确控制。在未来的设计中，可以加入ZIGBEE技术，完成多点温度采集。同时加入模糊算法和二次判定等程序，使温度检测更加灵敏、智能，温度控制更加合理。

［1］杨林楠，张丽莲，张天顺，等．养鸡场智能监管系统研究［J］．西南大学学报:自然科学版，2004(4):29－32．

［2］魏刚才，刘保国．现代实用养鸡技术大全 ［M］．北京:化学工业出版社，2010:45－52．

［3］周润景，郝晓霞．传感器与检测技术［M］．北京:电子工业出版社，2009:79－63．

［4］郭天祥．新概念51单片机C语言教程:入门，提高，开发，拓展全攻略［M］．北京:电子工业出版社，2009:88－93．

［5］卓壮．自动控制技术在在空调机温湿度控制中的应用［J］．装备制造技术，2007(4):43－44．

［6］朱蕤，张常年．基于AT89C51单片机的温度传感器控制电路［G］//杨义先．2007通信理论与技术新发展:第十二届全国青年通信学术会议论文集 (上册)．北京:电子工业出版社，2007:169－174．

［7］邱晓军，施永强．单片机在多通道温湿度控制器中的应用设计 ［J］．实验室研究与探索，2006，25(10):1208－1210．

［8］王大海．新型温湿度自动控制系统的设计与应用［J］．电子工程师，2002，28(3):33－36．

［9］尤玉双．鸡舍环境控制对生产性能影响的研究 ［D］．北京:中国农业大学，2005．