基于单片机的自动鸽蛋孵化系统设计

孙雪蕾

（江苏联合职业技术学院镇江分院，江苏 镇江 212003）

古话说“一鸽胜九鸡”，鸽子营养价值较高，对老年人、体虚病弱者、手术病人、孕妇及儿童非常适合。鸽子的营养价值极高，既是名贵的美味佳肴，又是高级滋补佳品。为满足市场需求，鸽子的养殖量逐年增加。很多养鸽户在鸽子孵化时，因管理不当，出现很多死胎蛋，直接影响养鸽的经济效益。鸽子在孵化时会受很多因素影响，为了提高鸽子孵化率，本文设计了一种基于单片机的自动鸽蛋孵化装置，根据入孵蛋发育时期不同采用不同温度进行孵化，同时控制孵化湿度，自动进行翻蛋，可显著提高鸽蛋孵化率，破蛋率和死胎率明显降低。由人工孵化代替种鸽孵化，可提高种鸽的产蛋率，从而提高了生产鸽的利用率。

1 数字控制系统硬件设计

自动鸽蛋孵化系统硬件结构如图1所示。主机模块由控制单元由STC15F2K60S2单片机、电源、时钟电路等组成。STC系列单片机相对于传统的8051内核单片机，在片内资源、性能以及工作速度上都有很大的改进，尤其采用了基于Flash的在线系统编程（ISP）技术，使单片机应用系统的开发变得简单了，无需仿真器或专用编程器就可进行单片机应用系统的开发[1]。STC15F2K60S2单片机集成有8通道10位高速电压输入型模拟数字转换器（ADC），采用逐次比较的方式进行A/D转换，速度可达到300kHz（30万次/秒），可将连续变化的模拟电压转换成相应的数字信号。

温度传感器采用了DS18B20[2]，它能够将温度直接转换成数字信号[3]，可以通过一根数据线与单片机进行通讯，不需要外部元件，测量温度范围为-55～125℃，在-10～85℃范围内，精度为±0.5℃，完全可以满足自动孵蛋的温度要求。温度传感器与单片机连接时，接在P1.1引脚。

湿度传感器选用HS1101电容式空气湿度传感器[4]，在不同的湿度环境下，呈现出不同的电容值，0%～100%RH湿度范围内，电容从162PF变化到200PF，误差为2%RH，精度非常高，足以满足本装置的需要。空气湿度传感器于单片机连接时，接在P1.2引脚。

系统输入键盘采用4X4矩阵键盘，实现电源的开关、开始孵化工作、温度调整、湿度调整、翻蛋周期调整、翻蛋时间调整、手动开启翻蛋、停止翻蛋、照蛋、报警值设定、提示音开关等功能。

图1 自动鸽蛋孵化系统的硬件结构图

显示模块用LCD显示，采用TG12864液晶显示屏，属于点阵式液晶，可以显示字符、数字、各种图形、曲线及汉字。该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域，用来显示系统的工作情况。12864液晶显示屏是数字式接口，采用并行接口与单片机系统连接。在液晶显示器和控制器芯片连接时，显示器的数据线 DB0（7）-7（14）与控制器芯片的P0.0-P0.7相连接，且需要10K的上拉电阻。V0端口接一个103的电位器，通过改变电位器的阻值来调整液晶显示器的亮度。PSB引脚在高电平时选择并口，低电平时选择串口的接法，引脚NC不需要接任何管脚[5]。

翻蛋装置由驱动电机和横杆组成。驱动电机的控制端与继电器相连，继电器与光耦驱动电路相连，光耦驱动电路与单片机的输出端相连，接在P3.2引脚。驱动电机的输出轴与横杆带动装置相连，翻蛋时电机带动横杆转动，多根横杆并排放置，鸽蛋放置在2根横杆中间空隙，空隙大小保证鸽蛋不会掉落或卡住。驱动电机选用60KTYZ齿轮减速同步电动机[6]，电压 220V，频率 50Hz，功率 14W，转速为15r/min。

照蛋灯采用多只高亮度LED，均匀分布，看清是否为受精卵、死胎的情况。用高亮度的数码管显示器来显示孵蛋的当前温度、当前湿度，高亮度数码管成本低，发光强，可视性强。

上位机通过RS232与单片机连接，接收并显示实时数据，查询历史数据。系统对孵蛋过程中的温度、湿度、翻蛋次数，实时采集数据并进行数据分析、存盘、报警灯等功能。

2 系统软件设计及实现

鸽蛋孵化时会受很多因素的影响，孵化过程中，1～2天温度为 38.2℃，3～4天降至 38℃，5～8天降至 37.8℃ ，9～10 天 降 至 37.7℃ ，11～15 天 降 至37.6℃，第15天转入出雏机内，温度保持在36.8～37.0℃。相对湿度为，入孵7天内为50%，7天后升至55%，15天后升至65%。鸽蛋孵化过程中，由于水分蒸发，蛋白质变化，固定卵黄的系膜逐渐变软，卵黄下沉，容易与壳膜、蛋壳貉连。因此孵化期间要每隔一小时翻蛋一次，每次变换角度为180°。这种连续反动不仅可以防止卵黄下沉，而且可以增加胚舱的运动量，有利于孵化率的提高。而且，一般孵化机内不同位置的温度都会有差异，翻蛋可以减少温差影响，调整不同部位的温度。鸽蛋孵化过程中分次照蛋是为了了解受精率和胚胎发育情况，通常入孵第5天第一次照蛋，分别出未受精蛋供食用，第15天落盘时最后一次照蛋，剔除死胎，以免污染出雏盘。根据鸽蛋孵化需要的温度、湿度、天数、照蛋灯功能需求，设定自动鸽蛋孵化系统的工作原理流程图，如图2所示。

连接电源后，按下“电源开/关”系统通电，但并未开始工作。按下“开始孵化”按键，系统按照设定的参数运行。按下“温度调整”、“湿度调整”键，对设定温度和设定湿度进行设定，也可调整当前温度和当前湿度。系统初始的翻蛋周期为每隔一小时翻蛋一次，按下“翻蛋周期调整”可以调整翻蛋周期。按下“翻蛋时间调整”，可以调整翻蛋电机运行的时长，从而调整鸽蛋的姿态。按下“报警值设定”，可以调整温度、湿度的报警值。根据孵化需要，如果需要手动启动翻蛋功能，按下“翻蛋”按键，翻蛋驱动电机开始工作，再次按下，翻蛋驱动电机停止工作。需要手动启动照蛋功能时，按下“照蛋”按键，高亮度LED点亮，再次按下，高亮度LED熄灭。当温度、湿度与设定值相差过大时，蜂鸣器报警，提示客户查看故障，及时处理。系统运行主界面如图3所示。

图2 自动孵蛋孵化系统工作原理流程图

图3 自动孵蛋孵化系统运行主界面

3 结语

针对鸽蛋孵化的特点，设计了自动鸽蛋孵化系统，采用单片机作为主控制器，对鸽蛋孵化过程中不同时期不同温度、不同湿度、翻蛋、照蛋灯功能的控制，可以减少外设，降低功耗，提高了系统的实时性和可靠性。本系统有效提高了鸽蛋孵化的成功率，具有很好的应用推广价值。