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开题报告gai

毕业设计（论文）开题报告

电子信息与电气工程学院2016届

题目鸡舍电子智能补光器的

设计

课题类型设计课题来源自拟课题

学生姓名刘器学号201202060055

专业自动化年级班12级

指导教师范秋凤职称讲师

填写日期：

2016年3月23日

一、本课题研究的主要内容、目的和意义

本设计的内容主要有：

本设计采用常见的电子元器件实现光照控制和时钟控制相结合的控制电路，使鸡舍光照时间恒定为凌晨4点到晚上10点之间的18小时，在晴天实现了傍晚、凌晨双时段补光，同时解决了阴雨天气补光的问题，在季节变换时也不需要调节，基本满足了实际需求，适用于中小规模的养鸡场。

选题的目的和意义：

鸡舍的灯光控制是蛋鸡饲养中的重要一环。

根据鸡舍结构、饲养方式的不同，要确定相应的控制方法。

不同灯光控制器不仅控制原理不同，而且其适用范围也不同。

对鸡舍灯光控制方式进行分析，综合其优缺点提出一种合理的控制模式。

运用电子技术相关知识设计了鸡舍灯光自动控制电路。

采用光照控制和时钟电路组合控制，实现了对鸡舍进行自动补光。

解决了不同天气、不同季节鸡舍灯光控制复杂的问题。

核心部分是控制电路，其优劣决定了补光的合理性与准确性等整体性能。

二、文献综述（国内外相关研究现况和发展趋向）

国内外研究现状

国内研究现状

清晨补充光照蛋鸡在产蛋期每日的光照必须保持在15～16h之间,因地域或季节的不同,自然光照有时达不到这一要求,所以要采用人工补充光照。

以往补光习惯在晚上进行,但实际工作中,晚上是一用电高峰,光照强度往往不够而且经常发生停电,这样不仅达不到补光的目的,还使当日最后一次喂料不能正常进行。

为此,我们采用清晨补光的办法,收到了较好的效果。

补光的时间从清晨4∶00点开始至下午8∶00点结束。

也可根据具体情况或停电的规律做适当的调整。

补光的方法将鸡舍灯泡的开关和供水总开关设在卧室内。

晚上8∶00点前在料槽内加好饲料,将各水槽供水流速调整好,到卧室内把水、电总开关关闭。

清晨4∶00点闹钟一响,打开水电开关,饲养员可以继续休息至6∶00点以后再去鸡舍工作。

清晨补光的优点:

清晨补充光照可避免因晚上用电高峰而使鸡舍光照不足,或因停电使补光不能正常进行的现象;夏季晚上天气炎热,蛋鸡食欲下降,清晨空气凉爽,鸡采食量增加使营养得以补充;冬季夜间寒冷,清晨补光可使鸡群通过采食和运动来增加产热并维持鸡舍温度;以往晚上补光,鸡群每日的产蛋高峰在上午,下午收集完鸡蛋后只能待第2d出售。

鸡蛋放在鸡舍内受到苍蝇、老鼠及灰尘的污染，不但从外观上影响了蛋的新鲜度，同时因蛋内水分的蒸发减少了蛋重，影响收入。

目前鸡舍一般采用自动或着智能补光技术。

现在市场上多数采用时钟控制和光控相结合的方式实现智能补光。

受外界光线制约的光电控制：

根据光敏电阻的特点，在充足的自然光线下光敏电阻R为低阻2KΩ,这时晶体管BG1饱和导通，继电器J吸合，当夜暮来临后光敏电阻呈高阻2MΩ,BG1截止继电器释放，常闭触点接通补光灯泡供电回路。

由于季节的差异，光控时间也有所不同,以夏季为例，日长夜短，在光控作用下晚上8点开灯，凌晨5点灯灭。

采用石英钟固定控制：

由普通的石英钟芯同轴带动一凹凸轮，转动的凹凸轮直接压动微动开关。

凸面时开关闭合，继电器得电吸合，凹面时开关断开继电器释放，常闭点接通灯亮。

适当调整可以完成表芯时间控制，关5个小时、开7个小时，每12小时周而复始，循环不变，两种控制方式叠加在一起就是夏季补光的实际效果，也就完成了前面要求的凌晨提前二个小时补灯光、天亮后接受自然光，天黑后延续二个小时补光。

随着昼夜时差；春、夏、秋、冬补光时间自行调节，冬季补光时间相对最长，补光时间可提前及延长4-5小时之久。

通过对光敏电阻的调整，还可以设定阴雨天全天自动补光的功能。

电路中的发光管LED2可指示补光灯的工作状态。

国外研究现状

德国西门子公司的一家子公司近日推出一种发深红光的发光二极管（LED）温室补光光源，能更有效满足作物光合作用的需要，节能效益也更明显。

近年来大功率LED 的研发成功为这一技术在温室补光方面的应用奠定了基础。

这种LED 温室补光光源发光波长达到660 纳米，对植物光合作用非常适宜。

此外，这种LED 光源能将37% 的输入电能转换为光能输出，发光效率在同色光源中已名列前茅，因而与传统温室补光源相比更为节能。

西门子公司在丹麦的一个试点项目使用大约5 万个这种LED 光源为几千平方米的种植面积补光使温室能耗比过去降低40%。

目前温室人工补光光源主要有荧光灯、高压钠灯、低压钠灯和金属卤化物灯等，这些光源红外和绿光等光谱成分所占比重较大，作物光合作用所需的红、蓝光谱成分较少，光能利用率低，耗能大。

相对而言，LED光源不仅能提高温室光能利用率，还能在作物不同的生长阶段有的放矢地促进作物生长，比如红光有助促进作物长高，蓝光有助作物形成胚芽。

在10% 和30% 范围内有针对性地调整蓝光在总光照中的比例还可节约化肥。

 红光加蓝光LED 系统的发光效率比传统高压钠灯高60%，而且LED 光源使用寿命平均为10 万小时，可以长年免维护。

三、拟采取的研究方法（方案、技术路线等）和可行性论证

本次设计是基于电子元器件实现光照控制和时钟控制相结合的控制电路设计，设计的基本内容有以下几个方面

1、方案论证 

系统的方案有三种：

（1）方案一恒光强电路设定鸡舍内的光照强度，对鸡舍内光照强度进行检测，与设定值比较后输出控制信号，控制补光设备补光，使鸡舍内的光照强度恒定。

（2）方案二光照延时电路白天利用自然光照，傍晚从某一设定时刻开始补光，用延时装置控制补光设备补光一段时间。

（3）方案三光照、时钟双控电路用时钟电路设定需要补光的时间段和不需要补光的时间段，在需要补光的时间段内，光照控制电路控制补光设备补光，使鸡舍内的光照强度恒定。

方案一比较容易实现，但不够科学，没有考虑鸡的生活习性，另外耗能也比较大；方案二节约了电能，充分利用了自然光，但不易实现凌晨补光和阴雨天的补光，延迟补光的开始时间也需要随着季节的改变而改变，不方便调节；方案三具有方案一、二的优点，同时弥补了其缺陷：

在夜晚设定了不补光的时间段，使鸡能够休息好，在补光的时间段保持鸡舍内的光照强度恒定，在晴天实现了傍晚、凌晨双时段补光，同时解决了阴雨天气补光的问题，在季节变换时也不需要调节。

因此采用方案三。

2、内容设计

照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明数（Lm），也叫勒克斯（Lux）；1Lux=1Lm/平方米，上式中光照强度可用照度计测量,但一般的鸡场与养鸡户没有,因此可用简便的公式I=K·W/H进行计算。

式中I为光照强度（勒克斯）,K=0.9（常数）,W为用于人工光照的白炽灯泡瓦数,H为灯泡至鸡体的距离（米）。

适宜的光照可以提高蛋鸡的产蛋率，加快肉鸡的增重速度，加强雏鸡血液循环、增加食欲、有助于钙磷代谢、增强免疫力。

但是，如果光照时间过长或过短，光照过强或过弱，都会对鸡产生负面影响。

人工光照和自然光照比最大优点是能做到人为控制，使光照时间和光照强度达到最适宜的程度。

光照控制和时钟控制两种控制方式叠加在一起就是补光的实际效果，夏季补光实现了凌晨提前二个小时补灯光，天亮后接受自然光，天黑后延续二个小时补光。

随着昼夜时差；春、夏、秋、冬补光时间自行调节，冬季补光时间相对最长，补光时间可提前及延长4小时之久。

通过光敏电阻调整，还可以有阴雨天全天自动补光的功能。

3、设计方案

本次设计设计选用的软件是西门子STEP-7;用的是STEP-7V5.4进行的编程；西门子PLCS7—300是将用户程序存放于已经编制好的“软件模块”中，如功能块（FB），它是执行时带有即时数据的可多次调用的逻辑功能块，用户程序每次对FB调用提供新参数，功能块（FC），这种功能块执行时不需带有即时数据块，用户对FC的每次调用提供新的参数。

数据块（DB），在PLC存储器内开辟一个存储区，存放各种不同类型的数据。

STEP-7提供了大量的组织快（OrganizationBlock,OB）用于执行用户程序，OB是CPU操作系统与用户程序间的借口；。

OB被嵌在用户程序中，根据某个时间的发生，执行相应的中断，自动调用相应的OB，例如循环中断OB10、硬件错误中断OB40、机架故障OB86等。

OB具有不同的优先级，优先级的范围从1—29，其中1的优先级最低，29的优先级最高。

每一个OB在执行程序的过程中可以被更高优先级的时间中断；具有同等优先级的OB不能相互中断，而是按照发生的先后顺序执行。

本次设计只对矿井提升机的部分操作保护回路进行的PLC改造；只用到了一个主程序循环处理组织块OB1。

系统流程图如下：

PLC工作流程图

4、系统硬件总体接线图如下

设计主要采取以下方法:

首先认真理解设计任务书的主要内容，听取指导教师的建议和指导。

然后到图书馆和网上查找相应的书籍和资料，认真阅读理解和记录。

在设计前尽可能多地搜集相关的信息，在设计的中后期主要的工作就是筛选整理积累的信息，按照指导老师给定的计划进度一步步进行设计。

四、预期结果（或预计成果）

通过以后一个多月的上网查阅大量的资料；翻阅图书馆关于基于PLC矿井提升机操作保护系统的大量的文献；以后遇到自己无法解决的问题多和指导老师范老师进行沟通和交流以此获得问题的答案；通过这一个多月的努力做到使自己了解矿井系统在国内外的研究状况；了解矿井系统组成及拖动方式和拖动要求以及提升机运行的特点，了解什么是PLC;以及PLC的基本结构和工作原理；以及了解为什么要在矿井提升系统引入PLC;以及PLC在矿井提升系统中所起到的最主要保护作用；这些保护作用是怎样实现的。

以及提升机容易出现的故障；然后设计出PLC的安全回路；最后写出一篇关于基于PLC的矿井提升机的操作保护系统的毕业设计论文。

五、研究进度安排

2014.1.4—2014.2.22：

对课题进行调研并查阅相关资料。

2014.2.23—2014.3.23：

拟定设计方案及实施步骤，并对方案的合理性做出论证。

2014.3.24—2014.4.10：

选择合适的控制方式及驱动方案，对控制系统的硬件电路做出设计，针对硬件电路画出软件流程图，并编写相应的软件程序。

2014.4.11—2014.4.15：

针对控制电路运用软件画出电路图搭建系统。

2014.4.16—2014.4.20：

将前期分部设计结合起来，对整体的硬件与软件做出合理的调整与调试。

2014.4.21—2014.4.30：

将所有设计整理成稿。

2014.5.1—2014.5.6：

修改论文并定稿。

2014.5.7—2014.5.16：

准备答辩。

六、主要参考文献

[1]王清灵等.现代矿井提升机电控系统［M］.北京：

机械工业出版社,1996.

[2]何凤有、谭国俊.矿井直流提升机计算机控制技术［M］.徐州：

中国矿业大学出版社,2003.

[3]李建兴.可编程控制器及其应用［M］.北京：

机械工业出版社,1999.

[4]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用［M］.北京：

清华大学出版社,2000.

[5]邹益仁等.现场总线控制系统的设计和开发［M］.北京：

国防工业出版社,2003.

[6]PLC实验实训教程（西门子S7-300系列）［M］.中国电力出版社,2000.

[7]王永华.《现场总线技术及应用教程：

从PROFIBUS到AS-i》［M］.北京：

机械工业出版社,2001.

[8]高强、马丁.西门子PLC（200/300/400）应用程序设计实例精讲（第2版）［M］.北京：

电子工业出版社,2001.

[9]《矿井提升机故障处理和技术改造》编委会.矿井提升机故障处理和技术改造［M］.洛阳.机械工业出版社,2004.

[10]卢燕.矿井提升机电力拖动与控制［M］.北京：

冶金工业出版社,2001.

[11]幻徐平.电控及自动化设备可靠性工程技术［M］.北京：

机械工业出版社,1997.

[12]陈伯时.自动控制系统:

电力拖动控制［M］.北京：

中央广播电视大学出版社,1995.

[13]朱仁初、万伯仁.电力拖动控制系统设计手册［M］.北京：

机械工业出版社,1992.

[14]赵禧林、赵廷钊、赵小平.直流提升机电控系统改造.金属矿山［J］1999年第11期.

[15]赵禧林、赵辉、张敬业.应用于矿井提升机的新型电控设备.黄金［J］2003年09期.

[16]高毓麟、孙庚山编著.矿山控制系统的计算机仿真［M］.北京：

煤炭工业出版社,1992.

[17]江秀汉、李萍等可编程序控制器原理及应用［M］.西安：

西安电子科技大学出版社,1994.

[18]徐世许.可编程序控制器原理、应用、网络［M］.北京：

中国科学技术大学出版社,2000.

[19]周万珍、高鸿斌.PLC分析与设计及应用[M].北京：

电子工业出版社,2004.

[20]陈富安.单片机与可编程控制器应用技术[M].北京：

电子工业出版社,2003.

[21]施利春、李伟.变频器操作实训[M].北京：

机械工业出版社,2007.

[22]张进秋.可编程控制器原理及其应用[M].北京：

机械工业出版社,2004.

[23]姒茂新、贾振斌.计算机网络及其应用[M].北京：

电子工业出版社,2003.

七、审核意见

指导教师对开题的意见：

指导教师签字：

年月日

院（部）审核意见：

审核人签字：

年月日

说明：

1、该表每生一份，院（部）妥善存档；

2、课题来源填：

“国家、部、省、市科研项目”或“企、事业单位委托”或“自拟课题”或“其它”；课题类型填：

“设计”或“论文”或“其它”。