养鸡场的智能控制系统.docx
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养鸡场的智能控制系统
天津职业技术师大学
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业设计
专业：
应用电子技术教育
班级学号：
应电0914–31
学生：
烨玲
指导教师：
高凤友副教授
二〇一四年六月
天津职业技术师大学本科生毕业论文
养鸡场智能控制系统设计
DesignofFarmsIntelligentControlSystem
专业班级：
应用电子技术教育
学生：
烨玲
指导教师：
高凤友副教授
学院：
电子工程学院
2014年6月
摘要
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力，这种劳动力使人们的生活更加便利，也在一定程度上减少了人们的工作量，节约了大量时间。
所以养鸡场的智能控制就体现了智能化的优势，它通过控制、监测鸡场环境的温湿度、明亮程度、以及水和料的有无，来帮助我们更好的管理鸡场，提高了生产效率，均衡了市场禽类的销售。
本设计以ARM芯片STM32作为系统的主控芯片，外围电路有包块温室度检测模块、AD采光模块、红外检测模块、报警模块、料袋检测模块、换气模块。
主要功能是通过检测场的温湿度，看看是不是适合鸡成长，温度以及湿度过高时可以开通风口（打开换气风扇）对其进行降温排湿；养鸡场喂食和添水是一个量很大的工作，所以针对这种情况添加了半自动喂食饮水功能，水盆的水没有满时会自动加满，当料袋子没有料时报警提示，让主人换料袋（这种喂料方式不是适合所有形式的鸡场）；当然，小鸡作为一个活的动物，难以避免会飞出或者跳出所呆区域，当出现这种情况时，红外报警防护就开启了，提醒主人有鸡飞出，及时抓取放回原处。
关键词：
STM32；采光温湿度；红外检测；报警系统
ABSTRACT
Withthecontinuousprogressofsociety,scienceandtechnology,continuousimprovementandintelligenthasgraduallydominatethemarket,suchassmarthome,smartgreenhouse,intelligentrobots,automation,mechanization,intelligentdeviceshasgraduallyreplacedthetraditionalmanuallabortobecomethenewlabor,thislaborforcetomakepeople'slivesmoreconvenient,butalsoreducestheworkloadofthepeopletosomeextent,savingalotoftime.Sointelligentcontrolchickenfarmembodiesanintelligentadvantagebycontrolling,monitoringthetemperatureandhumiditywithinthefarmenvironment,brightdegree,aswellasthepresenceorabsenceofwaterandmaterials,tohelpusbettermanagefarmstoimproveproductionefficiency,balancingthesalesmarketpoultry.
TheSTM32ARMchipdesignasthesystemmasterchipperipheralcircuitshavemassgreenhousedetectionmodule,ADlightingmodule,infrareddetectormodule,alarmmodule,bagdetectionmodule,ventilationmodule.Themainfunctionistodetectthetemperatureandhumidityinside,seeifitissuitableforchickengrowth,theventscanbeopenedwhenthetemperatureandthehumidityistoohigh（openventilationfan）itscoolhumidity;farmfeedingandTimisanamountofwateralotofwork,soforthissituationaddssemiautomaticfeedingwaterfeaturewillautomaticallyfillthebasinwhenwaterisnotfull,thebagwhenthematerialisnomaterialalarm,sothattheownerchangebag（thisisnotthewayfeedingsuitableforallformsoffarms）;course,chickenasaliveanimal,wouldinevitablyflyorstayoutofthearea,whenthishappens,itopenstheprotectiveinfraredalarm,toremindtheownerachickenflying,crawlbackinplaceinatimelymanner.
Keywords:
STM32;lighting;temperatureandhumidity;infrareddetection;alarmsystem
1引言1
1.1智能鸡场发展背景1
1.2设计的目的及意义1
1.3发展现状及未来发展前景2
1.3.1发展变化2
1.3.2发展现状2
1.3.3未来发展前景3
2方案设计4
2.1方案论证4
2.1.1CPU主控芯片的设计4
2.1.2电源的选择4
2.1.3自动喂水方案选择5
2.1.4喂食装置选择6
2.1.5报警电路的选择6
2.1.6温湿度检测原件的选择6
2.1.7显示模块7
3硬件电路设计8
3.1系统整体说明8
3.2STM32控制电路9
3.2.1STM32硬件电路9
3.3电源电路10
3.3.1直流稳压电源的基本组成10
3.3.25v直流稳压电源10
3.3.3电源总体电路图11
3.4温湿度测量11
3.4.1引脚说明11
3.4.3单总线接口12
3.5压力传感器12
3.5.1应变效应讲解12
3.5.220kg传感器和HX711电压采集讲解13
3.6继电器电路14
3.7光电耦合器选择14
3.8驱动三极管的选择15
4软件设计16
4.1养鸡场控制系统主流程图16
4.2STM32底层驱动16
4.3按键程序17
4.3报警电路软件设计18
5调试过程20
5.1硬件调试20
5.2软件调试20
5.3温湿度、光照调试20
总结22
参考文献23
附录一24
附录二25
致34
1引言
1.1智能鸡场发展背景
现在人们的生活水平稳步提高，肉类产品成为人们生活中不可缺少的食品，并且也是大部分人最喜欢吃的传统肉食品。
导致现在肉食品的市场需求大，并且对肉食类的产品的质量要求高，致使我国生肉食鸡发展快速，而传统的养鸡方法落后，效率低，所以大批大型的养殖户引进新设备，智能管理鸡场。
随着科学技术的不断发展，越来越多的领域已经迈向全自动化。
早在多年前的鸡场就已经趋向自动化，科技进步。
传统的养鸡场，全靠人工喂食、饮水，工作量极大，并且生产效率不高，质量相对来说比较低，并且容易引发疾病。
现在的鸡舍引进新设备，大量的减少了工人们的工作量，通过智能控制鸡舍的温湿度，做好排风换气的工作，让鸡生长在一个适合的生活环境，晚间或者是太暗的时候开启照明灯，以便鸡们更好的进食等。
自动喂食、饮水，为用户减少工作时间，并且减少劳动力，提高了工作和生产效率。
智能鸡场帮助人们更好的管理鸡场，使产量和质量更上一层楼，跟的上时代的需求，解决市场的供不应求。
1.2设计的目的及意义
我国经济发展迅猛，人们生活质量提高，对肉食类产品的安全性提出了强烈要求，所以对禽类的环境的改善和疾病的抑制已经成为社会所关注的热点。
过去养殖者花费大量的人力物力对鸡进行喂食、饮水，以及怎样使用疫苗和用药控制群鸡发病上，虽然没有什么爆发性的疾病，但是鸡的生产质量提不上去，生产效率也不是很高，经济效益低下，在现在的市场竞争中难以生存。
这种情况的主要原因是鸡长期生长在不良的环境中，鸡的抵抗力下降，导致鸡群发病率高，死亡率也相对增加，增重也相对下降。
通过智能控制鸡舍的环境，既能改善鸡生存环境，又提高了对疾病的抵抗力，还节省了不必要的药物费用，提高了生产效率。
所以越来越多的饲养场采用先进的智能控制装置，在工作实践中对传统鸡舍进行了环境控制方面的改造和翻新，具体舍温度、湿度、光照等环境，以及环境的控制系统。
这样通过智能检测，可以跟好的帮助饲养员一起管理鸡场，提高生产效率，降低成本，提高回扣，同时也促进了科技的发展。
1.3发展现状及未来发展前景
1.3.1发展变化
过去的养殖都是人工养殖，像有些大型的养鸡场，他们雇大批人对鸡进行喂食、饮水。
鸡舍的一个重要环节是要保持鸡舍的温度适中，通风效果良好，当时设备不先进，用温度计来查看鸡舍的温度，根据温度计显示来调节室的温度，方法比较笨，养殖效率不高，鸡的质量也提不上去，同时耗费了大量的人力物力，降低了生产成本。
随着科技的发展，智能设备逐渐登上舞台，鸡舍室的温湿度通过传感器检测测的，直接读取数值。
甚至有的通过设置合理的温湿度，当室温度过高或者是过低时（也就是温度超过设置的温度值时）会报警提示，及时通知工作人员，对温度进行调整。
当然现在的通风口设置也不再是在墙壁上凿个窟窿进行通风，而是安装智能通风风扇，温湿度过高时，风扇自行的进行排风，这样可以更好的对鸡舍进行降温和交换新鲜空气，这样工作人员可以把大量的精力投入到别的地方去。
鸡舍环境很正要，但是最大量的工作是对鸡进行喂食，和饮水，人工喂食工作量很大，并且耗费时间。
现在有大批智能设备涌入市场，可以方便轻松的喂食、饮水，节省了大量的劳动力，提高了生产效率。
另外，规模养殖生产成本高，社会投资大，一般这种大型的养鸡场才会安装喂食饮水设备和温湿度智能检测。
而中小型鸡场可能由于资金问题还是处于自己人工养殖状态，为了改变现状，我设计的智能养鸡场相对来说价格便宜，但是稳定性有可能不能与大型设备相比。
1.3.2发展现状
现在大型养鸡场一般采用机械化设备进行自主喂食饮水（但是在喂食的过程中需要有人在旁边把料规整好，且需要手动开始）。
并且某些小型的养鸡场由于资金不足，只安装了自动饮水装置，节省了部分时间和劳动力。
普遍的养鸡场都有安装温湿度检测，但是并不智能，需要通过人去读取才知道是不是要对室温度进行调整，而且几乎所有的鸡场夜间都想需要打开灯，方便鸡夜间进食，但是并不智能，需要工作人员去操作。
鸡舍有通风口是必须的，良好的生长环境利于鸡的成才，降低了鸡的疾病，但是大部分通风口都是在鸡舍的上方或者在墙壁上凿开一个窟窿，严冬天时还需要封死，直至鸡舍的味道实在是不利于鸡生长时才开启一点，但是温度也会相应的下降。
鸡到成年时比较活泼，经常乱飞，有时飞离活动区域，或者是走出鸡舍，造成不必要的麻烦，更糟糕的是如果工作人员没有看到，可能会造成不必要的损失。
1.3.3未来发展前景
现在和过去的国家情况对比可见，人们对肉蛋质的需求逐渐增加，同时对鸡肉的品质提出了更高的要求。
尤其近几年，我国的养鸡业发展比较快，养鸡的竞争将更加激烈。
过去的鸡舍都是通过人工进行查看温湿度，以及光照情况，而现在的智能鸡舍基本趋于自动化，可以自动检测以及自行处理温湿度度过高或过低的情况，提高了鸡肉的产量和质量。
添加了自动饮水及喂食装置，方面了鸡农的养殖，节省了时间及体力，可以更好的培养鸡群，提高养鸡业的产量和质量。
有鸡跑出活动区域，报警提示，及时抓取，避免造成经济损失和不必要的麻烦。
在未来的养殖业中，智能化将逐步取代人工，走上时代的舞台。
2方案设计
本系统基于温室度检测模块、AD采光模块、红外检测模块、报警模块、料袋检测模块、换气模块，在中央处理器的协调下，实现智能鸡场控制。
在AD采光模块、红外检测模块、报警模块、喂食、饮水以及换气模块上都有多个方案可供选择，最终综合考虑，选择了一个最佳最合适的方案。
2.1方案论证
2.1.1CPU主控芯片的设计
A．方案一：
采用AT89S52作为CPU，AT89S52是一种高性能、低功耗的8位微控制器单片机，8K字节在系统可编程Flash存储器，拥有1000次的擦写周期等功能，在普通单片机编程中甚得同学们的喜爱，一般入门都是用AT89S52。
B．方案二：
采用STM32作为主控芯片，在嵌入式领域STM32芯片介于低端和高端之间他相对于普通的8/16位机有更多的芯片上外设，更先进的核构架，可以运行uC/OS等实时操作系统；相对与可运行Linux操作系统的高端CPU，其成本低，实时性强且STM32具有开发速度快、易于阅读、维护成本低等优点。
相对于普通的单片机（如51单片机、STC单片机等），STM32发展空间更大，且后便于以后的维护和更新。
通过上述方案一和方案二的比较，方案二更适合本次设计。
2.1.2电源的选择
A．方案一:
化学电源
化学电源一般是已经是成品的电源，如干电池、手机电池（锂离子电池）、电动车上的电池（铅酸蓄电池）等。
这种电池便宜、小巧、且放电时间比较长，但这些只能用于耗电量比较少的设备。
B．方案二:
线性直流稳压电源（LPS）
线性直流稳压电源是指调整管工作在线性状态下直流稳压稳压电源。
线性稳压电源首先要经过变压器，把市电变成幅度小的交流电，然后经过整流电路，把交流电变成幅度稳定的脉动直流电，经过整流后的电压脉动大，再在整流桥后面加入滤波电路，把脉动直流电变成平滑的直流电压。
此电压稳定，能持续供电。
考虑到设计的需要和结合实际情况，鸡舍智能控制装置需要长期供电，并且一般不会移动，位置固定，所以选择比较笨重的线性直流稳压电源供电。
即选择方案二。
2.1.3自动喂水方案选择
A．方案一：
采用乳头饮水系统，原理简单，就像小孩的奶瓶，有吸力时就会有水流出，具体装置如图所示：
图2-1饮水装置
B．方案二：
采用水盆式饮水装置，可多个鸡围绕水盆饮水，当水饮完后自动添满，具体
装置如下图所示：
图2-2中型饮水装置
通过两个方案的比较，方案一更具专业化，且水一般不会溅出，而方案二体积大，一次可以提供十几只鸡的饮水，价格也比较便宜但是由于水是从上面流出而添满水盆，比较容易溅出，造成鸡舍的潮湿，所以采用方案一。
2.1.4喂食装置选择
A．方案一：
采用机械化喂食装置，这种装置可以一次性喂食所有的鸡笼，简单，方便但是价格比较贵，不是所有的鸡舍都能安装这种装置。
图2-3机械喂食装置
B．方案二：
用压力传感器检测料袋，当料袋的重量小于500克时，报警提示，及时更换料袋。
通过两个方案的比较，由于方案一价格昂贵，且适合笼装鸡或者是蛋鸡的养殖，而方案二方法简单，价格便宜，所以选择方案二。
2.1.5报警电路的选择
A．方案一：
采用蜂鸣器报警，蜂鸣器报警电路结构简单，原理易懂，且元器件容易查找，程序简洁，适合做简单的提示报警。
B．方案二：
采用ISD1820语音报警，语音报警方便简洁，可以让人直接、明了的知道发生了什么事，ISD1820是一款比较通用的报警设备，他可以先录制自己要提示的容，当有突发情况时，是PLAY按键为低，即可报警。
程序跟方案一一样的简洁，由于本设计要用到两种报警，所以方案一和方案二都选用。
2.1.6温湿度检测原件的选择
A．方案一：
采用18b20数字温度计，它是单总线器件，温度测量的围一般在－55℃到＋125℃之间，并且电路简单，体积小，但是只能测试温度不能测试湿度。
B．方案二：
采用DHT11数字温湿度传感器，DHT11传感器包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。
并且是单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗。
因为鸡场规模一般不是很小，并且温湿度要一起检测，及温湿度传感器不应设置在一处，并且距离会比较长，鉴于实际情况考虑，选择DHT11温湿度传感器。
2.1.7显示模块
A．方案一：
采用1602液晶显示，1602LCD显示的容是16x2，可以显示两行的16字符液晶显示模块（显示字符和数字）。
B．方案二：
128X64是一种4/8位并行，二线或三线串行接口，以各种各样的方式，部包含一个GB，简化汉字点阵图形液晶显示模块；与分辨率为128×64显示，置8192×1616个字符，和128个16×8的ASCII字符集。
使用这种方法，灵活的模块接口简单，方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
你可以显示8×4线16×16点阵字符。
C．方案三：
Nokia3310/5110液晶的驱动控制器为PCD8544，它可以驱动48行*84列的图形显示，5110液晶的工作电压为2.7-3.3V，通过三个方案的比较5110液晶性价比高，LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符。
Nokia5110裸屏仅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。
所以选择方案三。
3硬件电路设计
3.1系统整体说明
养鸡场智能控制系统首先通过检测场的温湿度，看看是不是适合鸡成长，温度以及湿度过高时可以开通风口（打开换气风扇）对其进行降温排湿；因为养鸡场需要小鸡快速的成长，所以晚上也让鸡进食，所以晚上需要打开灯（不需要太亮根据算好的距离安排日光灯）；养鸡场喂食和添水是一个很大量的工作，在此针对这种情况我们也添加了自动添水功能，当料袋子没有料时报警提示，让主人换料袋（这种喂料方式不是适合所有形式的鸡场）；当然，小鸡作为一个活的动物，难以避免会飞出或者跳出所呆区域，当出现这种情况时，红外报警防护就开启了，提醒主人有鸡飞出，及时抓取。
本设计以ARM芯片STM32作为系统的主控芯片，外围电路有包块温室度检测模块、AD采光模块、红外检测模块、报警模块、料袋检测模块、换气模块。
其中料袋检测是用压力传感器实现检测的。
系统框图如下：
图3-1鸡场智能控制系统框图
3.2STM32控制电路
3.2.1STM32硬件电路
图3-2STM32F103单片机引脚
本仪器的主控芯片采用意法半导体（ST）公司生产的高性能单片机STM32F103,该款单片机使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC核，工作频率最高72MHZ，
置高速存储器，丰富的增强IO口设计和并联的两条外设总线APB，芯片包括两个12位的AD转化器ADC，3个通用16位定时器和1个PWM（脉宽调制）定时器，包含标准和先进的通信接口，多大3个IIC接口和SPI接口，3个USART接口，1USB接口和1个CAN接口。
STM32应用于很多场合
电机驱动和应用控制
医疗和手持设备
警报系统，视频对话
PC游戏机外设
本设计中采用的是STM32F103RBT6，选用此芯片就是看到其丰富的IO口对于我这个需要很多接口的设计来说，省去了很大一部分硬件电路的设计，再就是STM32以72M的速度处理时可以在软件滤波时提高整个设计的响应速度，从而保证精度的情况下提高了扫描速度，而且对于显示来说，提高了屏幕的刷新速度，能够快速的刷新数据。
3.3电源电路
3.3.1直流稳压电源的基本组成
线性直流稳压电源大多采用电源变压器，将交流220V市电变为交流低压，然后经过整流，滤波得到直流低压后提供给稳压电路作稳压处理。
直流稳压电源组成框图及各部分电路波形如图3-3所示，其主要组成部分为电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等。
图3-3组成框图及各部分电压波形
1、电源变压器:
将交流电220v市电变压成12V的交流电。
2、整流电路:
整流的过程是将12V的交流电变成脉动直流电。
3、滤波电路:
滤波电路将整流后的脉动直流电变成平滑的直流电。
4、稳压电路:
稳压后的电压稳定，在此次设计中采用7805稳压。
3.3.25v直流稳压电源
系统组成框图如3-4：
图3-4系统组成框图
220V的交流电经过变压器，把交流电网电压整成本要求的交流电压。
经过变压器之后的交流电通过整流桥，变成直流电压，但是经过整流桥的直流电压脉动比较大，需要给他加上滤波电路，经过滤波后得到稳定的直流电压值，使直流电压更加稳定。
7812集成稳压块，表示输出稳压成正固定电压12V，在7812集成稳压块后面接如7805，7805可以直接将12V电压值稳压成正电压5V，并且稳压后的电流可以达到2A。
3.3.3电源总体电路图
图3-5电源电路图
上图就是本次设计中的电源模块，把市电经过稳压电路变成12V交流电，然后经过整流桥，把交流电变成脉动直流电，通过滤波电路把脉动的直流电虑成平滑的直流电，最后经过稳压芯片稳成所需要的固定电压值5V。
3.4温湿度测量
3.4.1引脚说明
表3-1DHT11引脚说明表
Pin
名称
注释
1
VDD
供电3.3-6VDC
2
DATA
串行数据，单总线
3
NC
空脚，请悬空
4
GND
接地，电源负极
1）VDD：
DHT11所需要的供电电压是3.3-6V。
当传感器加上电后，需要等待1秒的时间，不要进行任何操作，越过不稳定状态。
电源引脚VDD、GND之间要接入一个0.1uf的电容，用它来去耦滤波。
2）DATA：
串行数据引脚，单总线结构。
一次可以传输40bits数据。
3.4.3单总线接口
DATA采用单总线数据格式，用于微处理器与DHT110之间的通讯和同步,一次通讯时间5ms左右,数据传输为40bit,高位先出。
数据格式:
40bit数据=16bit湿度数据+16bit温度数据+8bit校验和
例子：
接收40bit数据如下：
0000001010001100000000010101111111101110
湿度数据温度数据校验和
末8位=校验和=湿度高8位+湿度低8位+温度高8位+温度低8位
例如：
00000010+10001100+00000001+01011111=11101110
湿度=6
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