中小型养鸡场智能控制系统的开发设计分析

米娜瓦尔·吾买尔

(喀什大学物理与电气工程学院，新疆 喀什 844000)

0 引言

鸡对环境非常敏感，鸡群的生长受温度、湿度、光照和空气质量的影响很大。传统养鸡场使用人工风扇、白炽灯泡、空调、清洁肥料等，高度依赖人工控制，无法实时控制且缺乏准确性，消耗人力。 同时，工作人员之间的频繁接触增加了接触感染源的可能性。对于专业化养鸡场而言，养鸡设备的精准化、自动化程度，决定了鸡场的养殖水平。基于上述原因，开发一种低成本、稳定、智能的集约化养鸡场控制系统非常重要。

1 设计背景与意义

我国经济的快速发展和人民生活质量的提高，对肉制品的安全性提出了迫切要求，因此改善养殖环境和防治鸡群疾病成为公众关注的焦点。过去，农民在养鸡、饮水、使用疫苗和药物治疗禽病等方面投入了大量的人力和物力，家禽生产质量不高，生产力低，经济效益低，在目前的市场竞争中难以生存。主要原因是鸡长期在不利条件下生长，抵抗力下降，导致疾病，死亡率较高，增重相对较低。通过对鸡舍环境的智能控制，不仅可以改善鸡群的养殖环境，还可以增加抗病能力，节省不必要的药物成本，提高生产效率。因此，越来越多的农场正在使用先进的智能控制装置对鸡舍的环境进行升级，包括温度、湿度、照明和其他室内环境控制系统[3]。因此，利用智能控制系统，可以帮助家禽养殖户管理家禽养殖场，提高生产效率，降低成本，增加收益。

2 系统总体设计

该系统采用模拟器设计，主要由电源、传感器数据、处理器控制、12864映射、声音报警、中继站电机和时钟组成。用于数据采集的传感器模块，包括温度和湿度检测、烟雾检测和光检测等4个模块组成，具体如图1所示[4]。

图1 系统总体设计框图

微控制器由89C51芯片控制，分析温度、湿度、光线、烟雾等数据。相关的控制模块继电器控制或关闭现场的硬件设备，定时动作模块向控制器发送信号，控制模块启动。

现场环境定制模块有手动和自动2种模式。在手动模式中，风扇、空调、灯、粪便清洁器等可手动独立控制，独立设置设备的启停时间和运行时间；在自动模式下，控制器控制设备，无需人工干预。

3 硬件设备设计

3.1 传感器数据采集模块设计

3.1.1 湿度测量模块

湿度检查基本上决定了鸡舍的空气含水量。 此设计使用 DHT11 数字热湿传感器作为复合物来检测温带的湿度共3个引脚，其中只有1个是数据传输指标，所以只有1个输入/输出。 DHT11的湿度从20%～90% RH，精度为0.5%[5]。

3.1.2 温度测量模块

养鸡场通常采用笼子养殖，养殖场内分鸡笼一般有3～4层笼子，每层约50 cm。由于特殊的养殖方式，不同位置温差很大，因此，需要改变三维传感器的位置来确定鸡舍的温度。通过DS18B20温度传感器检测鸡舍温度，DS18B20具有3个引脚，温度范围50℃～120℃[6]。最重要的是，DS18B20具有独特的单线接口，可以将测温结果与芯片一起跟踪回微机，同时跟踪地址信号。对于多维温度系统，MCU返回值可以准确定位温度地址。单个机器可以通过恢复温度和地址含义来更好地控制所在区域的风扇和空调。

3.1.3 烟雾检测模块

烟雾探测模块旨在作为鸡舍火灾预警，可以发出声音并立即发出警报，提醒侦察员隔离灾区，避免人员伤亡。 它通过UD-02离子传感器检测烟雾强度，该传感器具有很高的灵敏度和可靠性。有2个离子室和辐射源(美国241.0.9 mchee)，工作电压9 V，温度为20±5℃，无烟时收集器的平衡位置为5.0～5.6 V[7]；当有烟雾时，集电极电压在1.1～1.2 V变化。使用比较器将输出信号与系统的比较器电压进行比较。当电压高于参考电压时，比较器会判断控制器是否正常；当输出小于比较电压时，比较器输出为0，为报警信号，控制器控制声音报警模块发出报警声[8]。

3.1.4 光强度检测模块

光照对鸡的生长发育有重大影响，尤其是产蛋率。本设计利用光敏电阻的光强变化引起电阻变化的原理，采用点检测来检测光强。

此设计可测亮度为200 000～50 000 LXS，适合鸡群生长的光照度为35 LXS以上，照明时间因季节而异。光照强度通过控制器反应调节，光照时间手动设置。光敏电阻被设计为检测元件，光敏电阻反映的是电压的不断变化，输出的是模拟量，不能直接传送到带芯片的微机控制屏幕，因此，PCF8591用于AD转换[9]。PCF8591采用IIC通讯协议进行通信。SCL和SDA接微控制器，微控制器上的定时器模拟输出脉冲并读取数据。

3.2 单芯片机(MCU)模块设计

本系统采用带有89C51芯片的微机作为控制器。89C51 MCU是INTEL McS-52系列的基础MCU产品，具有40个引脚、32个双向I/O端口、8位中央处理器和256字节内部存储器。2个16位定时器和5个切换到第二级。工作电压为5.0 V，其核心单元如图2所示。

图2 89C51 基本单元

3.3 时钟模块设计

是为了使用DS1302芯片作为时钟芯片而设计的。 DS1302 是一种低能耗实时时钟电路，由DALLAS公司提供动力。 DS1302可测量年、月、周、日、时、分、秒及闰年补偿的可能性[10]。

3.4 继电器驱动模块设计

为提高系统可靠性，将单个控制端切换为高电平或低电平，切换控制设备。 当控制完成时，引入高压，晶体管Q7导通，电流在光电二极管内部流动，此时，右侧中继站驱动晶体管，固态KM继电器控制电子设备；当输入控制单体为低电平时，晶体管 Q7 关闭，打开，没有电流通过二极管到达光电连接器，因此，当右侧晶体管连接器断开时，它与电子设备断开连接。 旋转风扇、空调和灯泡的强度和数量因环境而异，本设计软件设计风扇和白炽灯组。

3.5 制图投影显示器模块的设计

当检测到传感器信号时，将其发送到带有处理芯片的微机中，在处理过程中同时显示温度、湿度、烟雾和照明等数据。对于制图投影显示器，12864可以显示英文、汉字、阿拉伯数字和简单图形，满足设计要求。

4 修正过程

4.1 调试硬件

首先将传感器模块通过串口连接到电脑，使用串口校正向导检查传感器模块是否可以正常工作。如果数据显示正常，使用带芯片的微电脑处理数据，并连接下载设备检查是否能正常工作。供电完成后，用万用表检查输出电压是否是需要的电压。

4.2 软件修正

1)温、湿度软件校正:读取温、湿度传感器的数值，对数据进行处理，然后通过串口将数据发送到计算机进行观察，并与当前温度进行比较，看是否正确。

2)光敏电阻修正:读取光敏值，通过串行门将数据发送到计算机观察，观察数据，一般正常照度>2.9 V，能见度低时电压一般较低[11]。

3)热释电红外:读取热释电红外值。高等级电压表示无鸡通过，低等级电压表示有鸡外出。

4.3 温度、湿度、光照校正

鸡在不同的生长期需要不同的温度和湿度，可以根据需要设置温度和湿度。温、湿度标准可自行设定，当超过设定值时，打开排气口或打开加热或冷却装置。以下是鸡舍环境的参考标准。

1)温度:鸡的繁殖环境很重要，尤其是温度。雏鸡在1～3 d需要的环境温度是37℃，4～7 d的温度是35℃，在这以后每周降温2℃直到21℃。

2)湿度:湿度也是影响家禽养殖环境的一个因素。试验前10 d适宜的湿度为65%～70%；鸡长得很快。10 d后，鸡粪增多，呼吸加快，易受潮，湿度应控制在50%～55%，不能于40%。

3)通风:一般鸡舍会设置通风口，以调整鸡舍的温度、湿度和空气质量。打开通风口时，应将温度设置在1℃～2℃以上，然后智能开窗通风。

4)灯光:白天鸡可以正常生活，但黑夜由于夜视差几乎看不到，所以需要打开灯光装置，方便其在晚上进食。通常光照时间第一周为23～24 h/d。目的是让鸡尽快熟悉环境，使其适应饮水和进食，之后可以适当减少灯光时间[12]。

5 未来展望

目前，养鸡场通常使用一些机械化设备来进行养殖。但由于资金不足，一些小型养鸡场只安装了自动饮水设备，没有自动测温、测湿设备，需要人工检测才能确定是否调整内部温度;几乎所有的养鸡场在晚上都需要开灯，以便鸡可以进食，由于不智能需要人员操作，较为麻烦;鸡舍必须有空气供应，有利的生长条件有助于减少病害，但大部分通风口都安装在鸡舍上方或墙壁上，冬天就会关闭，直到鸡舍的气味危害鸡的生长才会打开;当鸡进入成熟期时，它们变得更加活跃，有时会离开活动区域或鸡舍，造成不必要的问题，如果工作人员没有看到，就会造成不必要的伤害。以上传统养殖存在的问题，通过智能化手段能得到有效解决。因此，现代的智能鸡舍是发展的方向，现代的智能鸡舍趋向于自动化，能够自动检测并响应高或低的温度和湿度；鸡离开活动区域时，可以提前预警，及时捕捉，避免不必要的经济损失和困难。未来养殖业，智能系统将逐步取代人工作业，发展为智能化养殖。

6 结语

随着社会的进步和科学技术的不断进步，智能化逐渐征服了市场。智能家居、智能温室、智能机器人等自动化、机械化、智能化设备逐渐取代传统的体力劳动，成为一种新型的工作方式，节省大量时间。养鸡场的智能化控制体现了智能化的优势，它通过控制和监测禽场环境的温度、湿度、照明、水和材料，更好地管理禽场，提高生产效率。本文针对鸡舍生长需求研究设计了一种智能监控系统，不仅可以控制鸡舍的温度、湿度、光线、烟雾等环境因素，还可以通过计时器定期对鸡舍进行清洁。通过风扇、空调、导光灯等单体硬件，控制区域的各种环境因素，确保鸡群健康养殖。