畜禽养殖场智能监测控制器的设计和开发

2015-06-26宋卫海黄振轩杨现德

山东农业工程学院学报 2015年6期

关键词：氨气触摸屏降温

宋卫海，黄振轩，杨现德

（山东农业工程学院，山东济南 250100）

畜禽养殖场智能监测控制器的设计和开发

宋卫海，黄振轩，杨现德

（山东农业工程学院，山东济南 250100）

介绍了一种畜禽养殖场智能监测控制器的设计、开发和示范性应用，对硬件电路和软件设计进行了论述，该控制器实现了对畜禽养殖场温度、湿度和其它参数的自动调节，可改善畜禽舍的局部小气候环境，提高畜禽的生长性能，降低发病率。

畜禽养殖；智能监测；控制器

1.引言

山东省是畜禽养殖大省，畜禽的生长性能除受遗传、营养等因素影响外，更直接受其生长环境的影响，尤其是温度、湿度及氨气等几个关键因素的影响。目前，国内大多数畜禽养殖采用的都是通过简单的仪器判断当前温湿状态，根据人工经验手动开启和关闭相应的畜禽舍环境调控设备，不仅效率低，而且控制效果不好。因此设计和开发一种畜禽养殖场智能监测控制器，利用传感器实时监测畜禽舍的温度、湿度和氨气等参数，通过自动控制装置对畜禽舍进行环境控制，以实现自动的调节温度、湿度等可改善畜禽舍的局部小气候环境，提高畜禽的生长性能，降低发病率，对于畜禽的健康生长、实施畜禽规模养殖可持续发展战略有着重要的现实意义。

2.智能监测控制器系统设计

畜禽养殖场智能监测控制器主要解决大型养鸡场、养猪场、养羊场等规模养殖场的环境监测问题，自动监测并显示养殖场的温度、湿度、氨气、硫化氢和二氧化碳浓度，并能自动调节相应的参数。控制器能对温度（范围-40~120℃）、湿度（0～100%RH）、二氧化碳（0～2000ppm）、硫化氢（0～l00ppm）、氨气（0～100ppm）进行采集，通过智能化程序进行处理，向执行器发出指令启停通风、喷水、加温等设施进行环境调节。控制器具有显示功能，能够显示温室内的温度、湿度、氨气数据；参数设置功能，通过键盘，可以设置温度控制范围、多级降温运行时间、定时通风周期、通风时间、定时喷水（雾）周期、喷水（雾）时间；自动降温功能（多级降温控制）：当室内温度高于所设温度上限时，控制器自动启动第一级降温设备（1级风机），在第一级降温运行时间内，如果温度降到正常，则自动关闭第一级降温设备；如果温度未降到正常，自动打开第二级降温设备（2级风机），在第二级降温运行时间内，如果温度降到正常，则自动关闭第一级和第二级降温设备；如果温度未降到正常，再打开第三级降温设备（湿帘），直到温度降到正常为止；升温控制功能：当室内温度低于所设温度下限时，控制器自动启动加热设备，当温度升到正常时，控制器自动关闭加热设备；定时通风功能，根据所设定的定时通风周期（0~999分钟）和通风时间（0~99分钟），自动控制风机。如果通风周期和通风时间都设定为0，则定时输出1无效；定时喷雾功能：根据所设定的喷雾周期（0~999分钟）和喷雾时间（0~99分钟），自动控制水泵或喷雾机。系统功能设计以实用为目的，以低价为目标。根据要实现的功能，系统设计分为硬件设计和软件设计。

2.1 硬件设计

硬件结构框图如图1所示，可包括传感器、数据采集系统、数据显示系统、控制系统和执行机构。

图1 智能控制器硬件结构框图

2.1.1 传感器

温湿度一体型传感器选用AMT1001，信号采用模拟电压输出方式，该传感器具有精度高，可靠性高，一致性好，且已带温度补偿，确保长期稳定性好，使用方便及价格低廉等特点，温度连线加一个10K电阻；硫化氢传感器选用MQ136，该传感器性价比较高，能满足要求；氨气传感器选用MQ137，性价比较高，能满足要求；二氧化碳传感器选用MG811，具有较好的灵敏性和选择性，稳定性较高，能满足要求。

2.1.2 数据采集系统：

单片机选用STC89S52，通过通信口即可写入程序，即通信端口RS232可以进行数据传输用也可用作编程写入。传感器送出的是模拟信号，通过AD转换进行数据采集，把来自各传感器的模拟信号转换成数字信号，精度8 bit，8路输入，8路输出。数据采集系统电路图如图2所示。

图2 数据采集系统电路

2.1.3 数据显示系统：

数据显示系统采用触摸屏显示，能完成较好的数据后处理，如数据存储、图表显示实时数据和历史数据、采用专家系统进行控制优化等。触摸屏数据显示电路如图3所示。

图3 触摸屏数据显示电路

2.1.4 数据通信系统：

通过RS232串口通信把采集数据送PLC和触摸屏，并接收PLC和触摸屏的数据信息送单片机进行处理。数据通信系统电路图如图4所示。

图4 数据通信系统电路图

2.1.5 执行系统：

执行系统是把来自PLC的控制信息变成实际的动作，启停相关的控制设备，实现对环境的改变。如启停通风设备，启停喷水设备（电磁阀门微型泵湿帘），启停加温设备等。如果设备功率较大，要通过中间继电器与PLC相连接。

2.2 软件设计

本控制器软件部分包括温湿度、硫化氢、氨气、二氧化碳信号采集，数据显示系统软件设计，数据通信软件设计，PLC系统软件设计。总体框图如图5所示。

图5 软件设计总体框图

在数据显示系统软件设计中，数码管显示数据直接由单片机控制，显示位数8位，显示通道号和数据，每次显示一路数据，8路数据循环显示；在数据通信软件设计中，触摸屏显示和PLC控制都需要数据采集系统采集到的数据，采用串口通信方法把采集数据传送到触摸屏和PLC；触摸屏的软件设计采用面向对象编程方法，主界面如图6所示。在PLC系统软件设计中，PLC数据传输程序如图7所示。