基于规模化养殖的禽舍通风系统控制平台设计

郭三华

(烟台汽车工程职业学院，山东 烟台265500)

0 引言

规模化的养殖越来越成为家禽养殖的主导方式，但随着集约化和规模化养殖的不断扩大，禽舍环境的要求越来越高，而通风换气作为禽舍环境控制的一种有效手段，越来越受到用户的重视和应用[1]。于群等[2]提出基于MSP430设计的禽舍智能控制系统。唐洪希[3]提出基于ZigBee技术设计的禽舍环境监控系统。崔勇等[4]提出基于组态王和PLC结合设计的畜禽环境无线控制系统。上述几种方法均采用上位机远程监控，下位机采集和执行的方式，解决禽舍温度、通风等问题的智能控制，仅在上位机设计或者下位机控制方式上不同，结构比较复杂，不利于大规模推广应用。针对于此，设计基于规模化养殖的禽舍通风系统控制平台，该平台采用远程控制终端、现场硬件控制终端相结合的形式，以手机App移动终端作为有效远程控制终端，以STM32F103单片机为核心，结合外围电路，设计现场硬件控制终端，实现单路交流电输入、多路交流电输出控制，进而实现后续多路通风排气扇工作状态有效控制。用户可通过手机App移动终端远程实现对现场硬件控制终端的分时预约控制、实时监控等功能，同时为便于用户进一步使用，也可通过功能按键，手动设置现场硬件控制终端的工作方式，实现相关功能。该平台中的远程控制终端非常便捷，单一的现场硬件控制终端体积较小，便于推广应用。试验表明，该远程控制终端可控制多个现场硬件控制终端同时工作，满足规模化禽舍通风的要求，但受到现场具体应用的排气扇功率、单路输入交流电电流大小等问题限制，单一的现场硬件控制终端仅能控制有限数量的排气扇工作。

1 系统整体架构设计

整个系统架构可以细分为远程控制终端和现场硬件控制终端两部分。以手机App移动终端作为远程控制终端，实现对现场硬件控制终端的有效控制，其架构如图1所示。现场硬件控制终端主要是为满足远程控制需要和现场手动功能设置的需要，实现对单路交流电输入、多路交流电输出电路的控制，其结构如图2所示。

2 远程控制终端设计

手机App移动终端作为便携式远程控制终端，应用方便，便于实时获取现场硬件控制终端的相关信息，同时也可以远程实现分时预约控制、实时控制功能，其开发平台采用Android Studio，其界面如图3所示。在该界面下，涉及现场硬件控制终端的状态获取，现场控制终端的实时控制与预约分时控制等相关功能。该终端可以与不同的现场硬件控制终端中的SIM卡通信，也可以将不同现场硬件控制终端中的SIM卡信息存储在该界面下，并将其设置为系列控制的现场硬件控制终端。

3 现场硬件控制终端设计

3.1STM32F103单片机最小系统设计

STM32F103单片机是由ST公司生产的低功耗单片机，对于功能需求较少的系统设计比较实用[5]。其最小系统基本外围电路主要由滤波电路、复位电路和晶振电路等组成，在该平台设计中，现场硬件控制终端功能较为简单，采用该单片机最小系统可满足设计需要。其最小系统电路如图4所示。

3.2外围功能模块设计

3.2.1采集模块

现场控制终端的采集模块主要涉及室内外温度采集和室内气体浓度采集，室内外温度采集终端采用DS18B20数字温度传感器，具备体积小、精度高和接线简单等特点，满足应用需求，其模块实物如图5所示[6]。室内气体浓度检测采用MQ-135型气体传感器，该传感器对氨气、硫化物和苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其他有害气体的监测也较为理想，是适用于多种应用场合的低成本传感器[7]。其模块实物如图6所示。

3.2.2按键、显示与通信模块

按键采用自行设计的4×4薄膜矩阵型按键，除此之外该模块还包含打印二维码和功能OLED显示窗口，其实物如图7所示。OLED显示又称为有机电激光显示，该显示屏比液晶显示更轻薄、亮度高、功耗低、响应快、清晰度高、柔性好和发光效率高，能满足该系统对显示技术的需求[8]。为便于应用，选择带边框的OLED显示屏，其实物如图8所示。与远程控制终端通信的模块采用SIM900A模块，实现对不同格式数据包的无线收发，其电路如图9所示。

3.2.3交流电传输驱动控制模块

交流电传输驱动控制模块一般采用交流接触器驱动控制模块实现，该模块与STM32F103单片机最小系统、交流电传输电路中的交流接触器连接，主要是由小型继电器与外围电路组成，负责接收STM32F103单片机最小系统的指令，控制交流接触器通断，实现交流电输出控制，进而实现后续排气扇的供电通断。其实物如图10所示。

3.3现场硬件控制终端实物

现场控制终端采用合页型外壳，交流电输入端和输出端均采用防水设计，盖体槽采用灌胶密封圈，防水等级较高。底侧采用尼龙固定蹄脚，外壳背面采用Z型角码连接件，不仅可以使该终端装置固定使用，同时还可便携式应用，其实物如图11～14所示。内部按照电路布线相关要求，交流电输电线路放置在上侧，核心控制板放置在下侧，Z型角码连接件在现场硬件控制终端工作过程中，起到一定的散热功能，其内部实物和核心控制板分别如图15～16所示。

4 控制平台工作流程

以典型的远程控制终端控制单一现场硬件控制终端为例，在现场硬件控制终端内的核心控制板正常工作的前提下，该平台的具体工作流程如图17所示，进而实现后续通风排气扇的工作状态控制。由于每次实现相应功能时，必须对当前现场硬件控制终端工作状态进行检测，因此手动按键功能的设定与远程控制终端可并列使用，两者并不冲突。

5 结束语

设计面向规模化养殖的禽舍通风系统控制平台，该平台采用远程控制终端、现场硬件控制终端相结合的形式。该远程控制终端可控制多个现场硬件控制终端同时工作，满足规模化禽舍后续通风排气的控制要求，整个系统的结构简单，使用方便，在测试过程中应用效果良好，但也存在远程控制终端设计不完善的问题，需要进一步实现相关信息实时在手机App移动终端界面显示的功能。