孵化机温度控制系统.docx
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孵化机温度控制系统
孵化机温度控制系统
由于遗传学、营养学、畜牧工程学的深入研究，以及饲养管理和综合防疫措施、鸡场和孵化场卫生的不断改善，近来古化成绩已经达到很高水平，国际先进水平的入卵孵化率达87%以上，可见孵化率要进一步提高的余地已经很小了。
孵化的该进主要围绕以下三个方面：
一是提高蛋种质量,二是创造更合适、更可靠的孵化环境，三是更深入研究孵化过程中的生理学问题，并依靠调整相应的孵化条件。
再国外（主要是欧、美、日等国），随着60年代中期肉用仔鸡的发展，大中型的孵化设备迅速，并向自动化、标准化、配套化的方向发展。
最近十多年国外孵化技术革新的中心环节是逐渐完善孵化器的安全可靠性和自动化程度，研制改善孵化环境的设置和报警装置。
再国内，随着我国家禽业的迅速发展，孵化器生产也迅速发展。
从70年代以前的小规模、传统孵化法，下出雏和旁出雏立孵化器到80年代初的中小型现代孵化器，发展到80年代末的大中型孵化器，近年来巷道型孵化器也研制出来，目前国产孵化器的控制器多采用晶体管电路，感温元件为水银电接点温度计，感湿元件为水银电接点温度计，均存在提高控温，控湿精度和提高无故障使用时间的问题。
基与此，我们开发研制了由电脑作为中心控制元件的温度控制系统，完善孵化器的安全性、可靠性和自动化程度。
一、总体方案论证
1总体功能要求和技术指标
1）温度
目前，再我国关于家禽给温有两种主张，一种是提倡变温孵化；一种是采用恒温孵化。
两种孵化给温方式，都可以获得很高孵化率，为了便于操作，我们采用恒温孵化。
将鸡的21天孵化期的孵化温度分为1〜19天，37.8C:
20〜21天，37〜37.5C。
一般情况下，必须将孵化室温度保持在22〜
26C。
低于此温度，应当有暖气、热风或火炉等供暖。
如果无条件提高室温，则应提高孵化温度0.5〜0.7C：
高于此温度，则应开窗或机械排风降温，如果降温效果不理想，考虑降低孵化温度（0.2〜0.6C）。
误差要求士0.05C。
2）湿度
鸡胚胎对环境相对湿度的适应温度要宽些一般定为40%〜
70%立体孵化室1〜19天；50%〜60%20〜21天，65%〜75%误差要求士3%
3）温度越限报警系统具有超温自动处理、超咼温报警和应急控制功能。
4）自动翻蛋功能。
5）低温报警并自动处理功能。
6）湿度越限报警并自动处理功能。
7）翻蛋数清零功能。
8）孵化工艺参数的输入、存储和修改功能。
9）系统故障报警功能。
10）定时打印报表。
11）显示要求：
天数、小时、标准温度、温度、实测温度、湿度、翻蛋次数等。
2、根据总体控制要求，拟订相应的实现措施。
1）在测得环境温度与标准温度相比差值超过0.1C时，执行加热/制冷，实现反馈控制。
2）环境湿度超过设定值士3%进行加减湿度措施。
3）超限报警：
当温度超过0.2C时声光报警，当温度超过0.5C时，电铃报警，同时切断加热电源。
4）设定时间，每隔两小时自动翻蛋一次，翻蛋记录加一。
5）传感器失灵报警：
当若干次连续采样值温度不变时报警，报警若干时间，则切断电源。
6）每隔24小时自动生成报表，并打印。
7）设置应急键：
短时间不能排除故障，则切换另一简单电路，进行温度测控。
二、硬件系统设计
1、主机与主要器件的选择：
由于电脑市场的激烈竞争，电脑的价格一再下将降，以微机作为控制中心的系统完全被广大用户接受，综合考虑（如字长、运算速度、定时/计数器、接口、中断源等）主机选用386即可。
对外摸拟量（温度、湿度）采样，根据转换精度的要求。
本系统采用12位ADC574完全能满足要求。
加热均风电机，根据功率要求可采用380W750W机内温度差〈0.5C,风门电机和加湿电机要求不大可选用220W和79W的即可。
机内温度〈0.5C。
三、系统总体设计：
转换后送驱动大功率运放，对温度控制箱进行控制，从而构成实时闭环系统。
2、‘温度检测模拟输入通道设计
热敏元件采用镍铬一鏮铜热电偶,电位计用于调零，即补偿一部分热电势，使之在室温下运算放大器的输出为5/40室温摄氏度伏，电位计用于调整运算放大器LF356的增益，使温度为40摄氏度时运放的输出为5伏。
在运放的输出端的B11接一电压表用于指示温度的变化,运算放大器的输出并送入计算机，经D/A转换变成数字量,再经标度变换即可变成加热器的温度值。
A/D转换器采用12位逐次逼近式三态缓冲器A/D574。
A/D574是由两个大规模集成电路组成的，每一部分都设有模拟数字电路，分辨率为12位，转换时间15〜35us。
3、加热电路
加热器是一个电加热元件,220V交流电在开关ON/OFF接通时与双向可控硅串联,双向可控硅由MOC3041光电耦合可控硅过零触发导通.MOC3041光电耦合可控硅由TL494控制器输出的PWM控制.TL494输出的PWM占空比由D/A送来的电压控制，此电压就是由计算机经D/A输出的电压.各点信号波形如图所示。
加热电路中采用MOC3041的目的有两个:
其一是实现强电与弱电的隔离；其二是实现双向可控硅的过零触发,从而使流过双向可控硅的电流波形为正弦波,减谐波。
4、MOC3041介绍
随着微处理器的广泛应用，研制与微处理器直接接口的制器显得日益重要，目前实现微处理器与控制系统相连接的控制器件中多数采用一些辅助电路，这些电路对微处理器控制的可靠性、安全性、稳定性都有一定的影响。
这里介绍一种新型器件一光隔离/光偶合过零触发双向可控硅驱动器。
MOC3041系列，以及它的同类产品MOC3031系列和MOC3061系列。
这种光隔离过零双向可控硅驱动器具有体积小、功耗低、无噪声等优点，在不增加任何辅助电路的条件下可直接与微处理器的PI0接口。
用于控制固态继电器、工业控制器、电机、螺管线圈等，具有较大的输出能力，所以在微机控制的接口系统中有广泛的应用价值。
MOC3041系列光隔离/光耦合双向可控硅驱动器是由砷化镓二极管通过红外线发射耦合到单片硅探测器的光电器件上，其硅探测器是由一个具有过零触发的双向可控硅，其原理图如下。
检测器是一个复合单片集成电路，含有两个对红外发射很敏感的反向并联的高压可控硅器件，其功能细象一个光敏三端双向可控硅元件，每个可控硅的控制端和高速过零检测电路相连接，这就保证了当砷化镓二极管LED通过电流，在交流电压越过零点附近时，检测器转换器状态（即导通）。
这样不仅保证了低的噪声和低的浪涌电流流过负载，也提高了检测电路的抗干扰能力。
MOC3041系列的主要性能指标
1.输入LED典型值最大值
2.输出检测器
⑴LED截止时漏电流
2nA
100nA
⑵LED导通时峰值电压
1.8V
3V
⑶破坏电压
400V
3.耦合特性
⑴LED触发电流一
MOC304115mA
MOC304210mA
MOC30435mA
⑵隔离电压7500V
四、应用电路1、基本驱动电路
光隔离/光耦合过零可控硅驱动器的基本驱动电路如下图
（1）。
可知，当加到砷化镓极管LED的电流1=0时，电流电压加在功率可控硅和可控硅驱动的阳极和阴极之间，若在二极管LED中引入足够的电流I,则可控硅驱动器处于导通状态,向功率可控硅提供一个触发电流,使功率可控硅导通。
功率可控硅一旦导通，其阳极和阴极之间的压降到低于它的维持电流，迫使可控硅驱动器进入关断状态。
由于可控硅驱动器中过零触发电路的作用，当电源电压降至零伏附近时，过零触发电路产生一电流信号，如下图
（2）所示，这种情况每半个周期出现一次，所以可控硅驱动器的实际工作周期是很短的，只有几微秒。
若I仍存在，则功率可控硅在每半个周期内被重新触发一次，所以功率可控硅导通。
直到1=0时，由可控硅的特性可知，这时功率可控硅不是立即关断，而是当电源电压到0V附近，功率可控硅电流才为零，才被关断如下图的负载电流波形。
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2、闸管调功方式牡彰鶉
晶闸管调功方式中，触发电路采用的是过零触发方式，晶闸管总在正选电压过零点触发导通。
这样负载上得到的电压为一正弦波，电压每次过零时，晶闸管是否导通是可控的，因而这种方
式避免了调压方式的缺点，且晶闸管导通功耗小，运行可靠。
调功方式输入电炉的平均功率为：
式中，P为输入电炉的功率；R为负载有效电阻；U为电网电压；n为允许导通的波头数，本设计把数字控制器的数字量输出经D/A转换成模拟量电压，控制TL494输出的PWM的占空比,从而控制晶闸管的导通时间，来改变电炉的输入功率，实现调功方式。
N为设定的波头数。
当模拟量电压为零时，电炉的输入功率为零，若模拟量电压达到设定值时，电炉的输入功率为满功率。
3、I/O接口电路
I/O接口电路采用A/D574和D/A1210实现。
A/D574负责采样温度信号，将模拟量转化为数字量，传给PC机。
PC机与给定温度值进行比较，根据控制程序进行处理，然后将数字信号传给D/A1210，D/A1210再将数字量转化为模拟量，然后将模拟量即电压传送给TL494，控制其脉冲宽度。
通过A/D574和D/A1210组成的接口电路，使该系统实现了反馈控制。
4、口地址译码电路
该电路由数据比较器和开关及译码器组成。
开关可进行地址选择。
可选择地址范围为200H—3F3H.
为避免与其它口地址冲突，我们选地址在280H—28CH,对应地址线为：
A9
A8
A7
A6
A5
A4
1
0
1
0
0
0
经译码器后各芯片地址
A3
L_L心片
地址
0
DAC1210
280H_287H
1
ADC574
288H_28fH
5、D/A转换电路
该电路由DAC1210和LM356等组成，由于DAC1210片内有两级缓冲锁存电路，其控制逻辑与CPU兼容，故可以和CPU直接相连。
DAC1210的输出为PC机输出的值，经转换变成电压模拟量，经放大器LM356放大去控制TL494，其地址范围为280H—287H。
电路图如下所示。
十卜卜卜卜FFFFFPI土£*1“
蚤忑口口住刖口讐悶哥舅回gm
6、A/D转换电路
该电路由ADC574和LM356组成。
ADC574的输入为热电偶输出的模拟量，将其变换成数字量，传送给PC机，进行算法控制，其地址范围为288H—28FH。
6、报警部分设计
报警系统社监督控温系统和电机正常工作的安全保护装置，分越限报警系统、传感器失灵报警和电机缺相报警，除报警外，还应有紧急控制措施。
（1）超高温报警即冷却系统。
当温度超过设定值0.15度时，自动打开进风电机进行“风冷”，并打开电磁筏接通冷水进行“水冷”降温。
当温度超过设定值0.2度时，超高温报警指示灯亮，蜂鸣器发出声音报警，一旦恢到超温前的位置，同时水冷电磁筏也关闭，降温系统停止工作，若度超过设定值0.2度后为及时处理，孵化器温度上升到38.3度，实现超高温声光报警，同时切断加热电源。
此外如果传感器控温出现故障，一时难以排除，可按下“应急按键”该系统可以自动切换为水银电接点温度计控温工作状态。
（2）低温报警：
当温度低于设定值1度时，实现低温报警。
并自动关闭伐们，开始加热。
（3）高温报警：
孵化器内湿度超过设定值的3%RH时，实现咼湿报警。
（4）传感器失灵报警：
在计算机内设顶一个计数器，当每次采样值与前一次相同时，记数器加一，当采样值一旦不一样，计数器清零。
若计数器达到20次是，说明传感器失灵，实时报警。
6、
翻蛋系统设计
翻蛋的目的在于改变胚胎方位，防止粘连，促进羊膜运动。
一般每天转蛋6~8次即可。
实践中常结合纪录温度，每两小时转蛋一次。
机器孵化一般到第十八天即可停止转蛋进行移盘，这是因为孵化的第十二天后，鸡胚自温调节能力已经很强，同时孵化第十四天以后，胚胎全身已覆盖绒毛不转蛋也不致引起粘连，提前停止转蛋移盘也可以节省电力和减少孵化机的磨损。
此系统为蜗轮蜗杆自动翻蛋系统，包括机械传动和电子控制两大部分。
机械传动部分分由一台0.4KW微型电机、一台减速箱、扇型蜗轮和蜗杆等装置组成。
电子部分则有微电控制三相电机开关来控制。
系统由记时器控制时间，每隔两小时输出一个高电平，驱动继电器控制翻蛋电机的旋转，电机通过蜗纶传送，带动翻蛋架，以达到翻蛋的目的。
本系统即可自动翻蛋，也可手动翻蛋。
手动翻蛋时，将手柄插今翻蛋孔，即可顶开电机和转蛋轴的弹簧轴的弹簧轴套，这样手柄转蛋是不会出现自动转蛋。
手摇转蛋完毕取出转蛋柄后，弹簧轴套复位，又可控制自动转蛋。
转蛋角度靠相位开关（微动开关）控制，当蛋架倾斜45?
〜50?
时，蛋架顶限位开关，是转蛋机自动断电。
7、辅助部分设计
（1）、支流电源的设计
集成基准电源，为了保证A/D转换的精度，使基准电源电压不受Vcc波动的影响。
Verf单独相连，Verf选择在4.5-5.5V之间，以保证有足够的基准电压。
原理图如下
10K
（2）、控制面版设计
控制面版包括各种信号灯，启动键，机内照明按钮，应急键。
信号指示等包括：
加热指示灯、咼温报警指示灯，低温报警指示灯，咼湿报警指示灯，低湿报警指示灯，超咼湿报警指示灯，温度传感器失灵报警指示灯，湿度传感器失灵报警指示灯。
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