基于单片机的智能养猪场系统设计

刘元波，王冠，肖莉雅

（平顶山学院信息工程学院，河南平顶山，467000）

1 智能养猪场简介

智能养猪系统的整体架构经实地考察后结合最新传感技术进行搭建，最主要的房间为公猪舍、配种舍、妊娠舍、保育舍、育肥舍，我们选择育肥舍为样板舍进行传感器的安装。在育肥舍中安装温湿度传感器、火焰传感器、烟雾传感器、液晶显示屏与暖光灯。温湿度传感器可以将温湿度实时显示液晶屏幕上面，在当舍内温湿度高于或低于最佳温湿度范围便会通过蜂鸣器进行报警，此外当舍内检测到火焰或者烟雾时也会通过蜂鸣器进行报警。除猪舍外还对一些相当重要的设施如消毒室、化验室、兽医室、疫苗室、粪场、沼气池、水塔、种猪扩繁场、装猪台、成品库等，在沼气池收集连接处安装甲烷传感器检测沼气是否泄漏，若发现沼气泄露就通过蜂鸣器报警。另外还有森林、水塘、办公楼、宿舍、餐厅、篮球场、厕所、门卫室、饲料生产车间、仓库等。此外，智能养猪场还使用蓝牙控制开关门实现无线开关门，舍内的暖光灯也会根据舍内的温度实现自动开关，也可以手动开关。水塔与水塘处安装水泵，继电器作为开关，通过蓝牙控制继电器的开关从而实现养猪场的供水。

2 硬件系统设计

2.1 总体框架

该系统采用STC89S52 单片机作为主控芯片，其他模块协调工作。该系统工作总体框架如图1 所示。

图1 硬件总体框架图

2.2 单片机主控模块设计

本系统采用的主控芯片为STC89C52 单片机，它相比一般单片机有运行功耗低、性能高等优点。片内含4K Bytes ISP的可反复擦写1000 次的Flash 只读程序存储器，芯片内 集成了通用8 位中央处理器和ISP Flash 存储单元。

2.3 温湿度控制系统设计

该部分电路使用了DHT11 温湿度传感器、暖光灯等传感器。温湿度传感器可以检测周围环境的温度和湿度，其中温度测量范围为0 到50 度，湿度测量范围为20 %到95%,工作电压为3.3v 到5v,该传感器误差较小，价格低廉性价比高，符合该系统的节约理念。

暖光灯传感器共有VCC、GND、D0 三个引脚,其主要功能便是通过单片机IO 口对其亮灭进行控制。

在该部分电路中,为了对猪舍的温湿度达到智能控制,首先需要将猪的生长最佳温湿度进行统计与查询,还需注意对于每一个年龄阶段即不同猪舍的猪都进行最佳温湿度检测。当得到最佳温湿度数据时便在程序中设置阈值,当舍内温度超过最佳温度范围时便进行风扇降温,室内温度低于最佳温度范围时开启暖光灯让猪舍升温,以上两种措施都会在温度到达最佳温度范围时自动关闭,以实现舍内温度智能控制。

2.4 蓝牙模块控制系统设计

该部分系统的核心模块分别为蓝牙模块、继电器、小水泵与步进电机驱动器。

蓝牙模块选用市面上最常用的HC-05,该模块质量好、寿命长、功能齐全同时价格低廉。HC-05 的工作频段为2.4G,可通过AT 指令对其设置主从机模式。继电器选用2 路继电器模块,常开接口最大负载：交流250V/10A,直流30V/10A，此外该模块还采用贴片光耦隔离，驱动能力强，性能稳定。小水泵选用最小型水泵。步进电机驱动模块选用五相四线电机ULN2003 驱动模块，其中+接5V，-接负极，IN1-IN4 接单片机IO，白色端子座插入五相四线步进电机。

蓝牙模块与手机配对之后,选择一款合适的app，进行一系列的设置之后,便可对开关门、水泵供水进行控制。该系统中,app 中的1 和2 分别对应步进电机的正转和反转,以此模拟远程开关门；3 和4 分别对应水塔处水泵的开关；5和6 对应备用供水池塘的开关。通过蓝牙进行远程的控制,操作简单、价格低廉,唯一的缺点是信号传输距离较短,更适合短程的无线控制。

2.5 LCD 显示电路设计

该模块选用LCD1602 显示屏,该模块价格低廉、使用方便。接线时,数据口D0-D7 与单片机P0 口相连,排阻RP1 用来拉高P0 口电平,保证数据的正常输出。RS、RW 与P2.0、P2.1 用来对指令和数据的读写选择控制,EN 与P2.2 相连,为使能端。单片机读取到的温湿度数据会通过相应的算法计算后显示在该屏幕上,每经过5s 便会刷新一次。

2.6 火焰、气体传感器模块

火焰传感器通过数字信号对舍内是否有火焰进行判断,若检测到火焰便通过蜂鸣器发出警报；MQ-2 烟雾与MQ-4 甲烷传感器也是确保舍内与沼气池安全的重要传感器,同样也是数字信号进行判断,当检测到烟雾或者甲烷泄露便会让蜂鸣器发出不同频率的声音进行报警。

2.7 蜂鸣器报警电路

智能养猪场目前使用蜂鸣器作为报警器，经过ULN2003芯片放大功率后报警声音更大更响。由于对不同的报警原因设置了不同频率的报警声音，所以能够很清晰的分辨出出现了什么问题，有利于工作人员快速对猪舍进行控制。

3 软件系统设计

3.1 温湿度主软件系统

该系统的主要原理是将检测到的温湿度实时显示在LCD1602 液晶屏幕上，然后检测温湿度是否在合理范围内，若不在便进行一系列的加热或降温操作，然后继续进行检测。流程图如图2。

图2 温湿度主系统流程图

3.2 蓝牙控制子软件系统

该子系统主要实现通过蓝牙控制继电器、暖光灯与步进电机的开关，蓝牙接收到不同指令便执行相应的任务。其流程图如图3。

图3 蓝牙控制子系统流程图

3.3 火焰、气体报警子软件系统

当系统开始后，先将MQ-2、火焰传感器进行预热，然后分别对火焰和烟雾进行检测，若检测到便进行蜂鸣器报警（不同情况报警频率不同），若没有检测到便继续进行检测。流程图如图4。

图4 火焰、气体报警子系统流程图

4 结束语

本文设计的智能养猪场系统可以对养猪场的空气环境、舍内环境进行更科学的控制，有利于降低猪的发病率并提高猪肉质量，从而创造更多的经济效益。该系统帮助养猪场工人管理养猪场，解决养猪场环境脏乱差问题，从而实现提高猪肉质量、降低发病率的效果，与现有的管理方式相比，不仅可以节约人力资源、还能对猪场的各种数据进行更科学的观测与控制。