智能鸡舍环境控制系统设计

2021-03-06沈华刚蒋世权靳德锦

科学技术创新 2021年4期

沈华刚李娅赵旭蒋世权靳德锦

（郑州科技学院机械工程学院郑州，河南郑州450064）

目前禽流感、鸡球虫病、鸡瘟等多种疾病泛滥，如何有效的监测鸡舍内的环境温度，降低这些疾病的发生和传播对养殖户有重要的意义。本系统以AT89S52 单片机为控制核心、用LED与蜂鸣器实现声光报警、用SHT10 湿度传感器检测湿度、DS18B20 检测温度、用BH1750 检测光照、用LCD1602 液晶屏实现显示[1]。实践证明，该系统价格低廉、检测灵敏度较高，便于养殖户的推广与应用。系统分为控制器模块、声光报警模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、光照模块、液晶显示屏模块。实现的原理是用湿度传感器、温度传感器、光照传感器检测相应的参数，然后传递到单片机控制器，如果这些参数合格，LED 与蜂鸣器就不会报警，如果不合格就会报警，同时，把检测的结果显示在LCD1602 液晶屏上[2]。

1 控制器模块

系统的控制器使用的是AT89S52 单片机，它与工业上常用的AT89c51 单片机引脚上完全兼容，简单易学，功能强大，同时，它是一种消耗功率很低的，性能很高的单片机系统，拥有8K flash 容量用来编程。AT89S52 单片机拥有32 个输入输出引脚，有看门狗定时电路防止强磁场时数据丢失，保证单片机的正常工作，有3 个定时器和计数器，可以实现定时，有1 个中断结构，片内拥有晶振和时钟电路。系统中AT89S52 单片机控制器的作用就是将检测到的传感器信号与鸡舍内允许的温度、湿度、光照的标准进行对比，然后，控制外部的声光报警和LCD 液晶屏显示[3]。

2 温度检测模块

图1 温湿度检测与声光报警模块

系统的温度检测模块使用的传感器是DS18B20 传感器，鸡舍内适宜的温度为18～23℃，不适宜的温度会导致雏鸡生长缓慢，死亡率增加。DS18B20 温度传感器输出的是数字信号，其本身具有体积很小，价格便宜，具有一定的抗外界干扰的能力，检测温度的分辨率为1℃，检测的精度较高，应用场合比较广泛，具有一定的耐磨性，体积小，使用方便，可以广泛使用于各种领域，如锅炉、机房、畜牧业、农业，检测的温度范围在-50℃～120℃，具有三个引脚，分别用来接地、接5V 电源和单片机的一个引脚。DS18B20 传感器初始化的过程是：（1）AT89S52 单片机将D0 引脚置高电平。（2）单片机进行延时。（3）AT89S52 单片机将D0 引脚置低电平。（4）单片机进行延时等待，延时的时间在500 微秒至1000 微秒。（5）AT89S52 单片机再次将D0 引脚置高电平。（6）单片机再次进行延时等待，如果DS18B20 传感器初始化成功，则在30 微秒内会产生一个低电平，这个低电平是由传感器发出的，单片机就可以确定传感器的存在。

DS18B20 传感器写操作的过程是：（1）AT89S52 单片机将D0 引脚置低电平。（2）单片机进行延时25 微秒。（3）传感器的寄存器的数据从低位到高位一次一次的按顺序发送数据，一次只发送一个数据。（4）传感器进行延时操作，延时时间为45 微秒。（5）AT89S52 单片机将数据线置高电平。（6）反复循环1～5，最后完成写操作后AT89S52 单片机再次将数据线置高电平。

DS18B20 传感器读操作的过程是：（1）AT89S52 单片机将D0 引脚置高电平。（2）单片机进行延时，时间5 微秒。（3）AT89S52 单片机将D0 引脚置低电平。（4）单片机进行延时，时间4 微秒。（5）AT89S52 单片机将D0 引脚置高电平。（6）单片机进行延时，时间8 微秒。（7）单片机读取数据线的状态，并进行数据运算与处理。（8）反复循环1～3，最后完成读数据操作[4]。

3 湿度检测模块

系统的湿度检测模块电路图如图1 所示，系统的湿度检测模块使用的传感器是SHT10 传感器，鸡舍内适宜的湿度为40%～72%，合适的湿度，会使鸡的羽毛富有光泽，生长发育良好。SHT10 湿度传感器的工作电压范围为2.4v～5.5v，一般使用的电压为3.3v，SHT10 湿度传感器使用的是串行接口，由于在传感器信号的读取方面进行了优化处理，所以SHT10 湿度传感器消耗能量很少，SHT10 湿度传感器可以利用I2C 总线传输数据，本系统的AT89S52 单片机与SHT10 传感器的数据传输就是按照I2C 总线传输数据协议工作的[5]。

4 声光报警模块

系统的声光报警模块电路图如图1 所示，系统用LED 灯和蜂鸣器来实现声光报警，LED 灯一端连接5V 电源通过1kΩ 的电阻和LED 灯连接，最后连接单片机的P2.2 引脚，当检测的鸡舍内的温湿度不合格时，单片机P2.2 的引脚输出低电平，这时LED 灯亮，单片机延时0.4S，然后，单片机P2.2 端口置高电平，此时LED 灯灭，如此循环反复，通过LED 灯的闪烁实现光报警。如果单片机通过温湿度传感器检测到的鸡舍内的环境合格，单片机P2.2 的端口恒为高电平，那么LED 灯会一直熄灭[5]。系统利用2N3904 PNP 型三极管控制蜂鸣器，当单片机通过温湿度传感器检测的鸡舍内的环境不合格时，单片机P0.0 的端口置低电平，延时0.6s，单片机置P0.0 端口为高电平，反复循环，实现系统的蜂鸣器报警；当单片机通过温湿度传感器检测到的鸡舍内的温湿度合格时，单片机P0.0 的端口输出恒为高电平，此时，系统中的2N3904 PNP 型三极管截至，蜂鸣器不发声[6]。

5 光照检测模块

系统的光照检测模块电路图如图2 所示，阳光中的紫外线可以加快鸡骨骼的生长发育，增强鸡的免疫力。一般来说，适宜的光照时间为16～17 小时，如果适当地增加鸡舍内光的照明时间有利于增加鸡的生长，但是，如果光照时间太长，小鸡提前性成熟，对鸡的健康不利，进而缩短小鸡的产蛋时间，影响产蛋的数量。如果光照时间太少，使小鸡发育迟缓。同时，光照的强度太高，小鸡之间就会打架，影响小鸡的生长发育，光照强度太低，则小鸡之间会有啄毛的现象。系统的光照检测模块电路图如图2 所示，光照检测模块使用的传感器是BH1750FVI 光照传感器，有七个引脚，其中SCL、SDA 接单片机的P1.0、P1.1 两个端口，同时接了两个上拉电阻，使端口电压稳定。BH1750FVI 应用范围很广，对光的依赖性比较弱，可以适用于各种光源，主要应用于手机、电脑、数码产品、汽车液晶屏。BH1750FVI 分辨率很高，测量的精度较高，它可以测量的范围较大，是一种数字型的测量光强度的传感器。