1、基于单片机的鸡舍环境监控系统的设计摘要：在蛋鸡养殖行业，通过先前的生产实践得出，在蛋鸡的生长过程中鸡的健康和繁殖能力以及饲料利用率都会受到鸡舍环境的影响。鸡舍内部的环境质量已经成为影响蛋鸡养殖的主要因素。本文针对中小型养鸡场设计了一套以STC89C5RC 为主控芯片，集灯光控制与通风控制为一体的鸡舍环境智能监控设备。系统硬件由采集模块、控制模块和人机界面三部分组成，支持键盘输入与数码显示。该系统可以采集影响鸡生长的温度、湿度、光照等主要环境参数，并将采集到的参数值与设定值比较，以此来调节鸡舍内的环境，从而实现鸡舍内部环境参数的自动控制。经过软硬件调试，最终实现了设计的基本要求。该设各成本低廉、
2、使用方便、操作简单、可靠性较高，具有很好的应用价值。关键词：STC89C5RC；鸡舍；监控；温湿度传感器；光强传感器AbstractIn the poultry industry, the previous practice of a large number of production, scientific experiment and scientific research Qiao has the draw, layer growth process, health, reproduction ability and feed utilization rate will be affe
3、cted by the hen house internal environment of. The internal environment is good or bad quality chicken has become the main factors affecting the industrial development of laying hens. The aimed at small and medium-sized farm design a set to STC89C5RC as the main control of the total tablet, set of l
4、ighting control and ventilation control one of the henhouse environment intelligent monitoring equipment.The system hardware is composed of the acquisition module, the control module and the man-machine interface H component, which supports the keyboard input and digital display. The system can be w
5、 acquisition influences chicken growth temperature, humidity, illumination and other key environmental parameters, and the collected parameters value and set value, in order to determine whether the environmental condition of hen house make an adjustment, so as to realize the automatic control of th
6、e hen house internal environment parameters. After hardware and software debugging, the basic requirements of the design are finally realized. The design of low-cost, easy to use, simple operation, high reliability, has a very good application value.Keywords: STC89C5RC; chicken; monitoring; temperat
7、ure and humidity sensor; light intensity sensor目 录引言 .11.1 研究背景和意义 .11.2 国内外鸡舎环境监控研究现状 .12 各种因素对鸡舍的影响 .22.1 温湿度对蛋鸡生产的影响 .22.2 照强度对蛋鸡生产的影响 .32.3 通风对蛋鸡生产的影响 .33 系统的硬件电路设计 .43.1 控制电路设计 .43.1.1 单片机型号选择 .43.1.2 TC89C52RC 引脚分配图 .53.2 温湿度检测电路设计 .53.2.1 DHT11 温湿度传感器芯片概述 .53.2.2 DHT11 温湿度传感器与单片机连接电路设计 .63.3
8、光强检测电路设计 .63.3.1 BH1750 光强传感器芯片概述 .63.3.2 BH1750 光强传感器与单片机连接电路设计 .73.4 键度输入电路设计 .73.5 液晶显示电路设计 .83.5.1 LCD1602 液晶显示屏概述 .83.5.2 LCD1602 液晶显示电路图 .83.6 电动风机控制电路设计 .93.7 LED 照明控制电路设计 .93.8 电源电路设计 .104 硬件搭建与系统调试 .104.1 硬件搭建 .114.2 系统调试 .114.3 调试结果 .12结论 .12参考文献： .121引言1.1 研究背景和意义鸡蛋是人们日常生活需要的蛋白来源之一，也是最便宜的
9、畜禽蛋白质来源，一般来讲，和猪肉相比较，同样价格的鸡肉给人体提供所需的蛋白质，要远远的多于猪肉，性价比显而易化，也正是由于鸡蛋便宜、富含高蛋白，是广大中低收入的家庭的最佳选择，才使得养鸡产业在近十几年中蓬勃发展。因此蛋鸡产业对我国的国民经济意义及人民生活水平有着重大的影响。大量的生产实践、科学实验及科学研究已经得出，蛋鸡的生长过程、健康状况、繁殖能力和饲料的利用率都会受到鸡舍内部各种环境因素的影响。鸡舍内部环境质量的好坏己然成为影响蛋鸡养殖产业发展化大的重要因素。通常，我们把影响蛋鸡生长生产的环境因素分成四个部分，即物理因素、化学因素、生物因素和人为因素，物理因素主要有鸡舍内部的温度、湿度、光
10、照强度、空气中粉尘含量、鸡舍的建筑结构、通风量及风速和噪声等；化学因素主要是指空气中的二氧化碳含量、有害气体（氨气，硫化氨）的含量等；生物因素主要包括有病毒、细菌和寄生虫的种类及含量等；人为因素则是指饲养员对鸡的饲养和管理方面。实时检测影响鸡舍环境质量各因素并及时对其进行调控是提高蛋鸡产蛋量、降低传染病发生率、提离养鸡业生产率的有效途径之一。鸡舍环境控制具有很强的整体性、系统性和完整性，它要检测的环境因子包括温湿度、光照强度、有害气体（主要是氨气）含量、粉尘含量等，其中鸡舍内部的温度、湿度和光照强度这三个因素对于蛋鸡的生长生产影响最大。把这三个因素控制在合适的范围内将会得到最高的产蛋率。基于此
11、，本课题拟设计一款面向小规模鸡舍，能够监控鸡舍中三个比较重要的环境因素，即温度、湿度和光照，基于单片机的鸡舍环境监控的终端硬件系统。设计一款具有实时监测与控制功能的禽舍环境监控装置，可实现优化禽舍内环境，使之满足霞鸡在生长生产过程中对环境的需求，对于鸡只的健康生长、降低鸡只的发病率和死亡率、提商产蛋能力有着重要的现实意义。除此么外由于提高了鸡只生产管理过程中的自动化程度，进而减少了现场饲养人员的劳动强度，方便了管理。不仅符合当前节约能源、减少污染物排放和动物福利保护的要求，还具有广闻的经济效益。21.2 国内外鸡舎环境监控研究现状国外在鸡舍环境控制及自动化方面研究始于上世纪 60 年代，随着大
12、型养殖企业的不断发展壮大，对于自动增加鸡舍内光照强度、有效控制通风量、科学词养的自动化设备需求不断上升，直接促使了企业研究学者投身到该产业的研究上，美国人 Throne-DH 在上世纪 80 年代末与他人合作研发了 一款自动化饲喂系统装置，能够给蛋鸡提供精准的高湿度的饲料，大大的提高了蛋鸡饲养自动化水平，降低了劳动成本。另外美国人 Timmons MB 等也在同一时期开发了一套针对家禽养殖的智能管理控制系统，该系统预先建立了鸡只的生物学模型，并将其整合到鸡舍内部对应的环境控制模型中，它能够通过对鸡舍内部所需温度的进行控制、计算出通风时长和加热成本，进而确定所需燃料和电量的大概消耗值、鸡只进食饲
13、料的估值和室外最佳温度范围等影响因子的初略值，此来获得经济利润的最大化。国内很多学者对鸡舍内部环境控制方面进行了大量的硏究，在 1995 年，滕光辉等通过观察研巧鸡群在不同的生长时期对周围环境的需求，得出了拟合曲线，针对鸡含环境的密闭空间设计了一套自动控制管理系统，该系统能够根据鸡只的不同年龄对舍内温度和光照强度的时间进行控制。1996 年李友萍等研究了汁算机在挂面烘房里面温室度控制中的应用。到了 2003 年，陆昌华等硏究巧发了一套远程生产管理系统，主要使用在大型模的蛋鸡养殖企业，可从对鸡舍内部环境中的温度、湿度进巧监测，可以实时地 360 度拍摄舍内空间，并能自动控制逛风和照巧设备，200
14、6 年由化京德育源键康养殖生态园化资，联合中国农业大学共同研制开发了一套适用于蛋鸡养殖的基于互联网的智能管理系统，能够进行远程视频监控，并自动控制等功能。张天桂运用有限差分算法，基本思想是假设鸡舍内部的空气流速与温度处于稳定不变的状态，不存在任何耦合，研究层叠式的养鸡厂内部空间各点溫度的分布情况，并在不同的通风量下采集温度点，然后在坐标轴上标记这些有限个离散点，将离散点构成网格，用微分法建立方程式，从而得出通风量与温度的影响关系。还有王秉华等将计算机技术应用到鸡舍内部环境的检测与控制。2 各种因素对鸡舍的影响2.1 温湿度对蛋鸡生产的影响3温度是影响蛋鸡产蛋量的首要因素，根据研究表明，当温度处
15、于 1024时是 最适宜的，此时产蛋率最大，超过 30时，产蛋率将会明显下降：当温度超过 35时，将导致有些蛋鸡出现中暑现象甚至死亡。同时，离湿将増大软壳蛋和破壳蛋的百分比，导致蛋的品质降低。实验数据说明，由于高温导致了蛋鸡的采食量减少，每当鸡舍内部环境温度上升 1，蛋鸡的食物摄取量就会下降 4.6%。因为饲料的转化率在下降，导致蛋鸡体内的可用能量、蛋白质含量、微量元素及一些矿物质含量不够，所从产蛋率才会下降，蛋壳的质量随么下降，蛋的重量也会减轻。一般来讲湿度都是和温度相结合对蛋鸡的产生影响。研究数据表明，鸡舍内部相对湿度保持在 4075%之间，蛋鸡的产蛋率最高。湿度高于 75%或者低于 40
16、%，会不利于鸡只的生长发育，产蛋量也会降低。具体而言，当鸡舍内部湿度低于 40%，空气就会变得干燥，鸡只的羽毛变得杂乱，皮肤缺乏水分，饮水量骤然增加，舍内尘主在空中久久不能散去，极易给鸡群造成呼吸系统严重的损害。当鸡舍内部湿度高于 75%，鸡只的羽毛就会脱脏不堪，同时还很容易沾上鸡粪。2.2 照强度对蛋鸡生产的影响光照强度和温湿度一样，对蛋鸡的正常生长代谢有重要影响。一般来说，光照强度相对低一点，对鸡群是比较有利的，此时的鸡只相对来说较安静，饲料的实际利用效率较高、产蛋量较多。如果光强过弱的话，蛋鸡的进食和饮水都会严重受到影响，产蛋量必然会降低。相反光照强度如果过强的话，则会引起蛋鸡的互啄争斗
17、，甚至导致有竖蛋鸡因失血过多而死，此外，蛋鸡对光照时长的需求在其生长时期的不同阶段不断地变化。在雏鸡开始培育的前三到四天，每天对光照时间的需求是最多的，一般在 2024 小时之间，强度最好在 20 勒克司左右，这样可以让雏雏鸡尽早的饮水和进食；然后到第 14 天左右这段时间里，每天的光照时间最好在 1619 个小时，待到 15天以后，逐步地减少到每天 9 个小时左右的光照时间。而在 7 周后，还要不断地增加的日光照时长直到 16 个小时，这样鸡群产蛋才会正常。此时保持光照强度在 6 到 10 勒克司左右，鸡产蛋将达到最高水平。2.3 通风对蛋鸡生产的影响4给鸡舍通风的目的首先是确保鸡舍内部的温
18、度和湿度维持在一个适宜鸡只生长产蛋的水平，其次还能够将舍内有害气体（主要指氨气和硫化氨）的含量限制在正常范围内。风的流速对蛋鸡产生的影响，其本质是气流的变化引起的鸡只体内对于散热需求的变化。当周围环境的温度相对于鸡只体温偏低的时候，增加空气的流速将有利于蛋鸡的散热。当周围环境的温度相对于鸡只体温偏高的时候，增大空气的流速反而会增加鸡只的散热负担。一般来说，在夏季鸡舍中的空气流速维持在 12m/s，视为最佳，此时可换很好地降低鸡只的热应激反应。研究数据表明，当鸡舍内部环境温度维持在2635，相对湿度在 40%左右时，如果将空气流速提高到 8m/s，会明显增加蛋壳的强度，同时蛋的重量也会有一定增加
19、。3 系统的硬件电路设计本系统的硬件电路主要包括单片机最小系统电路（含复位、晶振、滤波、电源等部分电路） 、温湿度采集电路、光强采集电路、风扇控制电路、LED 灯照明电路、按键电路、液晶显示电路等。在硬件电路设计中，首先要从养鸡场的实际饲养环境出发，设计一个简单实用、高效节能的控制电路，尽量使操作更加简单，故障出错率降到最低。如 1 图所示。图 1 系统硬件电路原理图53.1 控制电路设计3.1.1 单片机型号选择考虑到实际使用中对内存要求不高、价格要求便宜、支持在线下载程序并且编程要求简单等，主控芯片采用的是宏晶科技自主研发的 STC89C52RC 型号单片机。在设计时主要考虑如下优点：（1
20、）属于增强型的 80C51 系列单片机，指令能够向上兼容。 （2）额定工作电压是 3 到 5V，功耗相对较低，通用性强。（3）程序存储空间有 8K 字节，完全够用。 （4）本设计选择的是每个机器周期含有 12 个时钟的型号，在实际使用中频率最高可达到 48 MHz，哪好满足温湿度传感器和光照强度传感器信号检测的刷新频率。 （5）不需要专口的编程器，可以快速地将程序烧录到单片机存储器中（6）具备异步串行通信接口（即UART 接口） ，同时抗干扰能力较强。 （7）掉电模式下可由外部中断唤醒，方便于电池供电及便携设备。 （8）能够适应严酷的温度环境，最低温度零下 40，最高温度 85都可正常使用。引
21、脚如图 2 所示:图 2 STC89C52RC 引脚图3.1.2 TC89C52RC 引脚分配图6单片机的引脚与各个部分电路的连接分布如图 3 所示：图 3 TC89C52RC 引脚分配图图中未标出的还有单片机的晶振电路、复位电路和报警电路，单片机的18、19 号引脚连接晶振电路，9 号引脚连接夏位电路，10、11 号引脚连接报警电路。3.2 温湿度检测电路设计3.2.1 DHT11 温湿度传感器芯片概述温湿度传感器的发展在近二十年非常迅猛，己经跨过了模拟化时代向数字化的时代发展，目前数字型的温度传感器和湿度传感器在各个领域广泛使用。本设计中采用 DHT11 型号的数字温湿度传感器，是一款性价比很高的产品，最大特点是响应时间非常短，功耗较低。DHT11 里面集成了温度传感器和湿度传感器，能够同时采集温度和湿度两组信号，并能够将采集信号直接转化为数字量，此外还添加了校准设计，增加了数据的可靠度，同时能更方便的与单片机的进行通信 W。它的工作原理，主要是靠其内部的 NTC 温元件和电阻式感湿元件来实现由于 DHT11 是单线串行接口，可与单片机任何 I/O口连接，使得电路可更加简单。常用电路图如 4所示：
