智能养鸡场控制系统的设计

刘春群 江珊珊 黄志丽

摘 要：智能养鸡场控制系统利用PLC和单片机联合控制，可以在手机App、触摸屏组态界面实时显示各种参数和设备的运行状态，任意切换自动和手动控制模式，实现智能化控制温度、湿度，自动清理粪便、通风等。系统还具有恒温、恒湿控制功能，可用摄像头实现养鸡场环境的实时监控。系统智能化程度高，能为鸡场创造更好的生存环境，能够提高生产效率。

关键词：S7—300PLC;单片机;智能控制

中图分类号：S818.5 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.010

我国的养鸡场数量多，总量居世界第一，养鸡的品种也最齐全。但是，鸡场规模大小不一，上至几百万只，下至几千只，参差不齐。规模制约了鸡场的发展能力、养殖条件和深加工能力。对于如今批量养殖业的管理员来说，传统养鸡场的鸡舍环境监控，基本都是由人工或半人工控制的，每天要准时喂食、清粪、喂水、控温、通风透气等，工作任务繁重。而且，控制精度和自动化程度不高，性能单一，很多操作要由人工来控制，劳动生产率水平较低，不利于规模化养鸡。因此，研发一个智能化养鸡场控制系统是很必要的。

1 设计目标

第一，能实现鸡舍内恒温恒湿。

第二，控制系统有全自动和上位机界面手动控制两种模式。

第三，触摸屏实时显示当前温度、湿度、光照强度、水位、烟雾浓度等参数，并可以控制整个养鸡系统的各种设备。

第四，手机智能控制App，可以控制养鸡场。

第五，鸡场有火灾或者有盜窃情况时，鸡场管理员手机能够接收到手机火灾和盗窃短信报警。

第六，视频实时监控鸡舍环境，打开手机上位机能随时查看鸡舍状况。

2 系统设计

该智能养鸡场控制系统的设计，包含主机（PLC）和从机（单片机）两部分。主机和从机通过继电器模块和PLC模拟量输入模块进行通信，系统可以根据用户需求设计自动模式控制养鸡场，也可以通过触摸屏、手机上位机手动控制，自动和手动模式间可以任意切换。系统结构框图和硬件组成如图1、图2所示。

2.1 主控模块

主机采用西门子S7—300 PLC。Simatic S7—300是模块化的中小型PLC系统，PLC可以直接处理压力变送器、温度变送器传送过来的数据，也要处理单片机传送过来的数据，统一处理后再判断执行输出给控制对象。PLC跟TP177B触摸屏链接，在触摸屏开发的控制界面上实时显示温度、湿度、光照强度、水压及用户设定恒温值、恒湿度值。同时，实时显示鸡场的各种情况，并可通过触摸屏控制鸡场。

2.2 单片机模块

单片机处理湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、人体感应器等传感器信息，传给PLC做对应的控制，并显示在液晶显示屏上。其可以通过GSM短信模块给主人的手机发送信息。同时，也可以接收主人手机发来的控制信号。

2.3 GSM短信模块

单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令控制GSM模块实现各种无线通信功能，如发送短信、拨打电话、GPRS拨号上网等。使用GSM模块的“开放内置平台”功能，可以使主人将自己的程序嵌入模块内的软件平台。当养鸡场内发生火灾或者盗窃时，主人可及时收到系统发送到用户手机上的短信。

2.4 WIFI模块

内置TCP/IP协议栈和IEEE802.11协议栈，能够实现用户串口到无线网络间的转换。串口WIFI模块TLN13UA06支持串口透明数据传输模式，并且具有安全多模能力，能使传统串口设备更好地加入无线网络。利用WIFI模块这个媒介，可以通过手机App控制养鸡场[1]。手机App控制界面如图3所示。

3 软件设计

系统运用C语言和梯形图来编程，使用的编程工具是keil uvision4和Step7编程软件[2]。程序流程图如图4所示。

在手动模式下，用户可以通过连接WIFI打开手机App客户端，或者通过点击触摸屏上的按钮控制养鸡场。

在自动模式下，系统将会每天循环执行三次如下流程：清粪、投料、喂食、刮料、清料、加水（在鸡饮用水期间，当液位低于设定值时再次启动加水）、放水，开启音乐。白天定时通风14个小时，如果烟雾传感器检测到烟雾浓度过高且温度变送器监测到温度高于设定值，即认为发生火灾，此时发送短信通知主人，切断电源总闸，打开鸡舍门，减少不必要的伤亡。当红外传感器监测到有人进入鸡舍时，及时发送短信告知主人，具有报警功能。主人可以自由设置恒温、恒湿度参数，系统将结合实际的温度、湿度改变变频器的输出，以控制现场环境的温度、湿度变化。

单片机主程序如下：

void main（）

lcdinit（）;//初始化液晶显示

Uart1Init（220）;//初始化串口1

GSM_Init（）;//初始化GSM短信模块

display（）;

KA1=1;KA2=1;KA3=1;KA4=1;KA5=1;KA6=1;KA7=1;KA8=1;KA9=1;

RT=0;

while（1）

{

readtemp1（）;//调用湿度函数

display_H（）;//显示湿度函数

display_GQ（DAC_MCP3208（9））;//读取光照强度函数

display_YW（DAC_MCP3208（8））;//读取烟雾浓度函数

GQ_temp=DAC_MCP3208（9）;

wifi_read（）;

shou（）;

Huozai（）;

Daoqie（）;

xierua（RH1*105）;//湿度模拟量输出给PLC读取

xierub（（4800-GQ_temp））;//光照强度模拟量输出给PLC读取

xierud（DAC_MCP3208（8）*10）;//烟雾浓度模拟量输出给PLC读取

RT_RT（）;

}}

GSM短信模块程序：

#ifndef__GSM_H__

#define__GSM_H__

#include"sbit.H" //调用自己做的一个头文件

#include"intrins.h"

#include"MCP3208.H"

#define uchar unsigned char

#define uint  unsigned int

uchar volatile GsmRcvAt[80]={0};

uchar volatile GsmRcv[80]={0};

uchar volatile GsmRcvCnt=0;

uchar volatile GsmAtFlag=0;

uchar code sms_answer[]="RING";//接聽

uchar code sms_gua[]="NO CA";//挂电话

uchar code sms_receive[]="+CMTI";//接收短信

uchar code sms_read[]="+CMGR";//读取短信

uchar code sms_FoodK[]="558298DF5F00";//发送“喂食开”

uchar code sms_FoodG[]="558298DF5173";//发送“喂食关”

uchar code sms_MusicK[]="97F34E505F00";//发送“音乐开”

uchar code sms_MusicG[]="97F34E505173";//发送“音乐关”

uchar code sxs_text1[]={"0011000D91685177670089F00008A012"};//这个是编辑鸡舍进贼短信的

uchar code sxs_text2[]={"0011000D91685177670089F00008A016"};//这个是编辑鸡舍发生火灾的短信的

uchar code sxs_jinren[]={"4E3B4EBAFF0C9E21820D8FDB4EBA4E86FF01"};//主人，鸡舍进人了！

uchar code sxs_huozai[]={"4E3B4EBAFF0C9E21820D53D1751F706B707E4E86FF01"};//主人，鸡舍发生火灾了！

uchar flag=0，flag1=0;//作为人体感应模块、烟雾的标志位

4 系统功能说明

首先给系统上电，打开PLC主控部分的启动按钮启动系统，打开单片机部分的电源开关、WIFI模块开关、GSM短信模块的电源开关，启动GSM短信模块的按钮，插上变频器电源，此时整个系统准备就绪。

其次，在TP177B触摸屏主控制界面上有全自动和App控制（手动模式）两个按钮，点击App控制按钮，此时系统处于手机App控制模式。

第三，App控制模式。打开手机WIFI开关，连接串口发射出来的WIFI，打开养鸡App，即可控制养鸡场部分设备：喂食、投料、刮料、通风、加水、清粪、音乐、放水和清料[3]。

第四，在TP177B触摸屏上点击全自动模式。系统将会每天定时喂食三次，执行流程：早上先清粪一次→投料→喂食（保持到清料）→刮料后→清料、喂食停→加水（液位到达设定值时停止，在此期间，液位低于定值的20%时再次加水）→放水→放音乐。每个环节可以根据鸡场的规模设置时间。

第五，触摸屏上也开发了一个控制操作界面，其中的按钮可以控制喂食、投料、放水、加水、通风、电源总闸、音乐、火灾报警、盗窃报警、鸡舍门、刮料、清料、清粪等。

第六，不管是在手动还是全自动模式下，都可以在TP177B触摸屏主界面上设定室内的恒温值和恒湿度值，变频器会根据AO模块输出的模拟量调节交流电的频率，从而达到恒温、恒湿度的效果。

第七，实时监控鸡舍内的状况。打开手机的WIFI摄像头App，可以实时以视频形式查看到鸡舍内的状况。如有陌生人进入，还可以远程喊话，警告陌生人使其离开。

第八，系统在App控制模式和全自动模式下，如若发生火灾，火灾指示灯亮，同时断开电源总闸，打开鸡舍门，发送报警短信到用户手机上。如果有人进入鸡舍内，体感应模块感应到，会默认有盗窃发生，启动盗窃指示灯，发送盗窃短信到用户手机上。指示灯需要管理者解除。

5 结语

随着社会的不断进步，科学技术的不断提高，智能化已经逐渐占领市场，比如智能家居、智能温室大棚、智能机器人等。自动化、机械化、智能化的设备已逐渐代替了传统的体力劳作，成为新型的劳动工具。智能养鸡场可以做到不进入鸡舍便可以管理数万只鸡，可以根据需要扩大养鸡规模而不提高成本。养鸡场的智能控制体现了智能化的优势，其通过智能化帮助人们更好地管理鸡场，提高了生产效率。

5.1 创新性与先进性

系统具有恒温恒湿度功能，智能调节养鸡场内的参数，用户可以自己设置恒温值和恒湿度值。

摄像头实时监控养鸡场的全景，户主可通过WIFI客户端观察鸡仔生长状况。

户主可手机App实现不进鸡舍便可养鸡。

以热释电人体检测模块与摄像模块实现防鸡的实时监控功能，如有异常，系统会发出声音报警并通过短信的形式告知户主，真正实现了智能化养殖。

5.2 存在问题及改进方案

鸡场的鸡仔需要定期打疫苗，生病的鸡仔如果不能及时处理容易导致其他的鸡被感染，如果每个鸡仔能有追踪和标记信号，能够更好地管理鸡场，这也是后期需要努力研究的方向。

参考文献

[1] 王卫星，傅立思，孙耀杰.可编程控制器原理及应用[M].北京：中国水利电力出版社，2002.

[2] 肖朋生，张文，王建辉.变频器及其控制系统[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.SIEMENS WinCC手册[M].北京：西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，2004.