基于物联网的新型智能孵化器设计

伴随时代的进步，初代的自动孵化器已不能满足需要。本设计结合物联网、电力电子、单片机等技术，制作出一个全自动的智能孵化器。用户可将鸡蛋放入机器中，便可全程无人监管自动孵化，并且应用物联网技术，将机器接入互联网云服务器，通过自主开发的APP实现远程监听，运筹帷幄之中，遥控千里之外。更强大的硬件配置，更人性化的软件设计，对国内养殖业逐步走向智能化，赶上时代潮流具有重大现实指导意义。

【关键词】物联网 电力电子 单片机技术 智能孵化器

随着科学的发展，物质需求的不断提高，母鸡孵蛋显然是不现实的，为了满足市场需求，人们发明了自动孵化器。孵化器这个机器出现了很多年，但是自从它出现后，好像没有多少人给它升过级，以至于其落后的技术无法满足当今的生产需求。因此，智能孵化器应运而生。

更先进的技术，更强悍的硬件配置，更人性化的软件操作，更安全放心的保护措施，都让其赶上了时代的潮流，为养殖业和畜牧的发展做出了微薄的贡献。

为了开发这款设备，进行了一系列详细的市场调查。调查发现，这款电控板几乎占据了整个市场，并通过研究发现，该电控板用的几乎是上世纪的技术，继电器控制温湿度，数码管界面显示，变压器+LM7805整流稳压，台湾生产的无晶振八位单片机。深入实践研究发现，利用这款电控的孵化器孵化率基本无法达到80%，浪费率及其高，各个厂家都在极力的把机器外壳和加热器加湿器等做到很好，来弥补电控的不足。这一点更加坚定了我要做好这款机器的决心。下面，我将具体展开，详细说明这款机器的昨天，今天与明天。

1 系统方案总体设计

新型智能孵化器整体分为四个部分：电力电子，嵌入式控制，物联网通信和机器外壳。电力电子主要是通过晶闸管控制加热加湿排风等大功率动作，是控制板的工兵；嵌入式控制是控制板的指挥官，负责命令全体；物联网通信是控制板的通信员，负责连接云服务器，与外界通信；机器外壳是整个机器的堡垒，里面拥有加热扇，翻蛋器，加湿管，排风扇。如图1所示。

2 各部分设计

2.1 电力电子设计

电力电子主要通过晶闸管控制加热和加湿装置。本设备采用晶闸管交流开关方案。而原来那套电控采用的是12V继电器位式控制，要知道继电器的电磁铁一秒钟只能吸合几下，并且寿命只有数十万次，这将严重限制了温度湿度的控制。我们的方案中，由于晶闸管是半导体元件，开关频率非常高，我们利用220V 50HZ交流市电的特点，每当电压过零的时候导通晶闸管，这样便可以使用PID算法去实现高精度的温控湿控。由于温控湿控有很强的滞后性，我们这里采用了PD控制，控制精度可达0.05度。

电源方案我们摒弃了原来的大变压器+LM7805方案，采用了小巧的开关电源，既节约了成本，又缩小了体积，增强了稳定性。

2.2 嵌入式控制系统

嵌入式控制是整套机器的核心，它将指挥其他部分去工作。为了给它一个强悍的大脑，我挑选了一款主流的32位单片机STM32F103，80Mhz的主频保证了它的运行速度。

显示界面部分我选用了2.2寸的彩色液晶，取代了原来的不友好的数码管显示，更好的人机交互界面，让用户像用手机一样操作机器。

软件上，原有的电控软件上只有温湿控，模式选择和数码管显示，我在新的电控上加上了很多更智能更人性化的设计。如异常处理，机器锁定，数据统计，数据储存，固件升级，倒计时，计划规划，计划更改等等，这些人性化的功能均能在操作界面去设置更改。

2.3 物联网通信

作品加入了关键性的技术——物联网。物联网发展到现在已经不简简单单是从前那个局域网控制或者TCP/IP透传的通信技术了，云服务器的壮大让它成为了真正的“物联网”。我们让机器接入了微信硬件云和氦氪云服务器，此时此刻，我们的机器已经成了庞大的互联网中的一份子，我们只需要用我们的手机或者计算机访问该云服务器便可以监听和控制机器了。

硬件采用了ESP8266 WIFI通信模块，固件分为两个版本，分别是微信版和APP版。微信版固件接入了微信硬件云服务器，运用AirKiss技术，用户以微信公众号H5界面的形式控制；APP版本接入了氦氪云，用户以APP的形式控制。微信版适用于个人用户，使用方便，无需下载安装app，扫码即可控制，但是后台能力匮乏，数据统计和分析能力不足。氦氪云适用于企业用户，拥有强大的群体管理能力，后台数据存储分析，远程后台固件升级等。无论是哪种固件形式，用户均可以在任何有网络的环境下，通过我们开发的微信公众号或者APP上检测孵化器的状态和控制各项参数，一旦发生异常，会立即给用户推送消息，并及时做出处理。

2.4 机器外壳

我们利用泡沫和铝打造了一个保温的机器外壳，里面加上了加热扇，排风扇，翻蛋器，加湿管等设备。

3 推广前景和结论

机器做了全面的升级，孵化率要远远高出原有的那套设备，一旦推出，定会受到市场的欢迎。

由于机器集成了物联网技术，厂家可以卖的就不单单是机器，更可以是服务。生产厂家可以给用户提供后台技术支持，设备维护，数据分析，异常处理等，用户要做的仅仅是放蛋和收鸡，其他全由厂家提供服务。

通过新型智能孵化器的成功设计，养殖户可以运筹帷幄之中，遥控千里之外。更强大的硬件配置，更人性化的軟件设计，对国内养殖业逐步走向智能化，赶上时代潮流具有重大现实指导意义。

参考文献

[1]孔德尉，杨芳芳.基于单片机恒温孵化控制系统的设计与实现[J].工业设计，2017（02）.

[2]张海红，史丹青，武建卫等.基于单片机技术的智能温湿度控制系统[J].电子测试，2013（12s）：147-150.

[3]夏晓玲.水温控制系统中的单片机技术应用[J].电子制作，2015（9Z）.

[4]农桂泽.单片机发展历程与单片机技术之研究[J].电子技术与软件工程，2016（14）：251-251.

作者简介

张慧燕（1994-），华北理工大学电气工程学院自动化专业。

作者单位

华北理工大学电气工程学院 河北省唐山市 063009