肉鸡鸡舍环境监控系统设计

李开放　金昱芃 翟天嵩

摘要：随着自动化养殖业的发展，肉鸡鸡舍环境的自动监测与控制不仅可以节省人力，更有利于提高企业效益，辅助提高肉鸡的产量。通过使用相应的传感器对鸡舍内的温湿度以及有害气体浓度的实时检测，并在手机终端与现场触摸屏上实时显示，针对当前环境数据可以及时做出判断是否满足设定的适宜范围，及时作出提示并驱动相应控制设备进行调节，为鸡只生长提供更加有利的环境条件。经调试，系统满足稳定性与准确度的要求，可以显著提高工作效率。

关键词：鸡舍;手机终端;环境参数;监测控制

1 引言

在党的十九大报告中明确指出要实施乡村振兴战略，它的提出是直接面对我国发展中的现实问题，谋求创新解决“三农问题”。从1998至2016年，我国乡村居民的人均禽类消费量有了很大提高。从1998年的2.3千克增加到2016年的10.2千克，增长了7.9千克，增幅为343.5%。这里利用STM32单片机进行了肉鸡鸡舍环境监测与控制系统的设计，使鸡只养殖环境实现自动化控制，并利用手机终端可随时对现场数据进行掌握和调节，将很大程度上节约劳动力，提高工作效率，从而提高肉鸡的质量与产量。

2 系统设计方案

系统基于STM32单片机实现了鸡舍环境的检测与控制，主要功能包括：采集各传感器检测到的环境数据，对数据的数值范围进行判断，实时驱动控制设备进行现场参数调节;通过手机终端和现场触摸屏进行人机交互，实时获取环境参数数据，或及时进行参数修改等。系统硬件框架如图1所示。

3 系统硬件设计

系统设计选用STM32F103ZET6型号单片机作为控制器，它能满足控制所需的I/O需求，成本也较低，且具有以下优点：32位高性能的ARM Cortex-M3处理器;512K字节的闪存程序存储器以及64K字节的静态RAM;有2个DMA控制器，可用的外部设备有：定时器、ADC、DAC等。

3.1 环境参数采集系统设计

3.1.1温湿度检测电路

所选用的DHT11温湿度传感器由一个电阻式的测湿元件和一个NTC测温元件组成，其内部40Bit的数据使用校验和的形式来进行确认，可有效确保数据的准确度。DHT11的测量范围：湿度为20～90%RH，温度为0～50℃;精度：湿度为±5%，温度误差范围为±2℃;分辨率：湿度为1%，温度为1℃;检测电路图如图2所示。

3.1.2气体浓度检测电路

MQ135气体检测传感器所使用的材料是二氧化锡，可检测多种有害气体，适合多种应用场合。这里主要检测鸡舍内的氨气、硫化氢气体、甲烷等有害气体，电路如图3所示。

3.2人机交互系统设计

人机交互系统由现场液晶触摸屏和手机终端两部分组成。液晶触摸屏采用的是3.5寸的TFTLCD模块，显示分辨率是320×240，接口为16位的80并口。手机终端利用ESP8266WIFI模块与和机智云平台使单片机设备接入网络。机智云是一个专门服务于物联网与智能硬件云服务的开发平台，它降低了使用者的成本，以此提升了开发人员的生产效率。

3.3 WIFI模块设计

ATK-ESP8266是一款具备高性能的串口-无线模块，采用的是串口与单片机通讯，可以完成串口与WIFI之间的转换，通过6个2.54mm间距的排针与外部连接，并且该模块同时兼容3.3V和5V的单片机系统。

3.4 調节系统设计

3.4.1温湿度调节方案设计

一般情况鸡舍内温度范围在18℃～24℃较为适宜。通过温度检测，当鸡舍温度过低，采用电加热方式升温，温度过高通过风扇通风等手段进行降温。

鸡舍内湿度过低，会不利于肉鸡体内剩余卵黄的吸收，严重还将出现鸡只脱水现象，且易造成灰尘飞扬，使肉鸡患上呼吸道类疾病。而如果湿度过高，就会使肉鸡体内热量散失不出去，导致身体闷热，食量减少。且高湿环境还会造成霉菌等生物的快速生长，使鸡只出现中毒或者球虫病现象。通常情况下，鸡舍内湿度范围在50%～70%内条件较为适宜。此次系统湿度调节是利用加湿器与通风口作为调节鸡舍内湿度大小的装置。

3.4.2气体浓度调节方案设计

鸡舍内有害气体有多种，例如氨气是一种无色有毒的强烈刺激性的气体。主要在空气流通性不够时肉鸡的粪便分解或者鸡舍内垫物的吸水腐烂分解产生。当氨气的浓度超出10ppm就将影响肉鸡的肺功能，再升高会抑制肉鸡的生长发育，且导致鸡只的行为异常，甚至失明。此次系统浓度调节设计是利用步进电机控制的通风口作为调节鸡舍内氨气浓度大小的装置。

4 系统软件设计

4.1系统主控程序设计

系统主程序流程如图4所示，具体包括：初始化，设备联网，采集传感器数据，将处理后的数据传送给触摸屏并通过WIFI模块发送到手机终端APP，实时更新数据，及时判断数据合理性，控制调节设备等。

4.2温湿度及有害气体浓度调节程序设计

系统通过DHT11传感器和MQ135气体检测传感器循环测量鸡舍内的实时数据，并将其与设定值比较，若不满足需求，系统控制蜂鸣器报警，且开启相应调节设备。以温度控制为例，其程序流程图如图5所示。

4.3上位机系统程序设计

手机终端作为系统的上位机，主要进行数据的实时监测及参数设置。这里采用机智云作为系统的智能开发平台，使设备成功接入互联网。在创建一个项目之前，首先需要对ESP8266WIFI模块刷入机智云GAgent固件，此固件在机智云平台上免费提供，其主要功能是实现数据的转发，是设备数据、机智云与应用端的交互通道。具体联网流程如图6所示。

5 系统调试

对系统进行整体调试，当环境数据满足设定要求时，上位机手机APP无警报且触摸屏画面数据后为绿色，如图7所示。当测得数据出现异常，例如空气湿度达到上限值以上，上位机APP出现报警提醒，触摸屏温度参数后的状态变为红色，蜂鸣器同时发出滴滴声，此时相应调节设备工作指示灯点亮，启动调节设备。

系统经调试，对环境参数检测准确，各调节设备运行正常，通过手机终端对系统进行监控使操作更便携。

参考文献

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作者简介

1.李开放，学生，自动化专业。2.金昱芃，学生，机械设计制造及其自动化专业。3.翟天嵩，教授，主要研究方向为智能仪器与智能控制系统。