基于單片機(jī)的雞舍智能環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：在單片機(jī)飛速發(fā)展的時(shí)代，為了解放人的雙手，越來(lái)越多的東西都趨向于智能化。雞只養(yǎng)殖也是如此。我國(guó)做為一個(gè)養(yǎng)雞大國(guó)，每年對(duì)雞產(chǎn)品的需求都十分巨大。所以實(shí)現(xiàn)雞舍環(huán)境智能化是個(gè)不可忽視的問(wèn)題。本文根據(jù)中小型雞舍研究設(shè)計(jì)了一個(gè)溫濕度檢測(cè)控制和通風(fēng)控制為一體的雞舍智能環(huán)境控制器。在這種情況下，基于基本現(xiàn)實(shí)，STC89C51將成為設(shè)計(jì)的核心。為了降低成本，使操作方法能夠簡(jiǎn)單易實(shí)行，所以選擇可靠性較高的DTH11溫濕度傳感器和TGS二氧化碳傳感器作為檢測(cè)元件。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件及軟件部分，并對(duì)仿真部分進(jìn)行了概括。硬件部分主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵電路、報(bào)警電路、液晶顯示電路和PCB電路等等。軟件部分是在KeilμVision4上使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。最后完成了仿真模擬。關(guān)鍵詞：雞舍；單片機(jī)；控制目錄TOC\o"1-2"\h\u206151.1研究的目地與意義 頁(yè)共25頁(yè)1緒論1.1研究的目地與意義在我國(guó)是一個(gè)養(yǎng)殖強(qiáng)國(guó),無(wú)論是以雞脯肉生產(chǎn)量或是從生雞蛋總數(shù)而言,在我國(guó)都早已持續(xù)很多年坐落于全球前端,平均擁有量和使用量也早已做到全球平均?？墒窃谖覈?guó)的雞產(chǎn)品的產(chǎn)銷(xiāo)量卻沒(méi)有獲得更強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō),關(guān)鍵或是由于雞產(chǎn)品的品質(zhì)所造成的。盡管在我國(guó)的雞產(chǎn)品總產(chǎn)量非常大,可是養(yǎng)殖方法全是中小規(guī)模納稅人的,而且動(dòng)物飼養(yǎng)員針對(duì)雞舍的環(huán)境的管控工作能力而言相對(duì)性較弱,對(duì)雞所必須的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境和雞產(chǎn)品的服用安全防范意識(shí)相對(duì)性欠缺。對(duì)雞舍環(huán)境衛(wèi)生沒(méi)有做到相對(duì)安全的指標(biāo)。如今的檢測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)的因素相對(duì)較少，僅考慮到環(huán)境因素卻沒(méi)有考慮到雞的交互作用?？偟膩?lái)說(shuō),研究設(shè)計(jì)出一種檢驗(yàn)環(huán)境因素類(lèi)型大量、精確測(cè)量更精確的智能化環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)改進(jìn)雞只的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境、提升動(dòng)物權(quán)利、提升雞產(chǎn)品的品質(zhì)、提升養(yǎng)殖盈利,針對(duì)雞只養(yǎng)殖擁有至關(guān)重要的實(shí)際意義。1.2雞舍環(huán)境對(duì)雞的影響雞舍環(huán)境對(duì)雞的生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)有影響重特大。研究表明,養(yǎng)殖場(chǎng)雞只的大腸埃希菌和漫性呼吸系統(tǒng)等病癥與其說(shuō)養(yǎng)殖環(huán)境的好壞息息相關(guān),現(xiàn)階段導(dǎo)致養(yǎng)雞業(yè)生產(chǎn)制造損害很大的最關(guān)鍵的要素之一是養(yǎng)雞場(chǎng)環(huán)境操縱不科學(xué)。雞舍環(huán)境是一個(gè)詳細(xì)的系統(tǒng)軟件,包含陽(yáng)光照射、溫度濕度、塵土、二氧化氮、二氧化碳及其別的環(huán)境要素。中國(guó)相關(guān)工作人員的研究表明:對(duì)雞棚自然環(huán)境影響較大的好多個(gè)要素有陽(yáng)光照射、溫度和環(huán)境濕度。根據(jù)對(duì)雞棚的自然環(huán)境操縱可確保雞群身心健康,明顯增強(qiáng)雞只的生產(chǎn)制造性能,對(duì)雞棚自然環(huán)境開(kāi)展改進(jìn)還可以改進(jìn)動(dòng)物權(quán)利。1.2.1溫濕度對(duì)雞的影響在一般喂養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)下,溫度對(duì)雞的生產(chǎn)制造性能影響十分大,有研究表明,溫度過(guò)高或過(guò)低會(huì)造成禽畜發(fā)生熱冷應(yīng)激反應(yīng),影響雞群的身心健康和生產(chǎn)制造性能的充分發(fā)揮。針對(duì)雞苗而言,本身體溫過(guò)低,翎毛稀短,特異性免疫能力較差,這時(shí)假如自然環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低,會(huì)影響雞雛實(shí)際效果,產(chǎn)生很大的損害。研究表明,雞的適合溫度為13~23°C。生長(zhǎng)發(fā)育雞的自然環(huán)境溫度不處于此范疇時(shí)精飼料轉(zhuǎn)換率就減少。產(chǎn)蛋雞的自然環(huán)境溫度超過(guò)這一范疇時(shí),下蛋降低,所產(chǎn)蛋的品質(zhì)降低,并且均值1公斤蛋耗用的精飼料提升,另外致死率也會(huì)提升?？諝庀鄬?duì)濕度對(duì)雞只的影響根據(jù)溫度的多少。在溫度適合的狀況下,空氣相對(duì)濕度對(duì)雞體的熱調(diào)整功能不容易有很大的影響,因此對(duì)雞的生產(chǎn)制造性能影響并不大,但在超低溫時(shí),環(huán)境濕度影響顯著。溫度低的狀況下,假如環(huán)境濕度高,空氣中水蒸氣的成分大,會(huì)使雞體的制熱量過(guò)大,失熱太多,雞的吃料量增加,進(jìn)而造成精飼料的耗費(fèi)擴(kuò)大，在寒冷時(shí)，甚至還會(huì)導(dǎo)致凍傷。高溫時(shí),雞總是根據(jù)揮發(fā)排熱,這時(shí)假如濕度過(guò)大,就會(huì)對(duì)揮發(fā)排熱造成阻攔,造成高溫應(yīng)激反應(yīng)。因而,氣體濕度也是務(wù)必考慮到的一個(gè)要素,一般來(lái)說(shuō),雞只最適合的濕度為60%～65%,但是當(dāng)環(huán)境溫度適合時(shí),濕度在40%～72%的范疇,乃至更高些,雞體也可以融入。1.2.2有害氣體對(duì)雞的影響無(wú)論雞舍占地大小,養(yǎng)殖總數(shù)是多少,維持合內(nèi)氣體新鮮、自然通風(fēng)優(yōu)良很重要。在密度高的飼來(lái)的雞合,這個(gè)問(wèn)題至關(guān)重要。假如自然通風(fēng)不太好,很多的有害物質(zhì)(二氧化氮、三氧化碳,氯化氫等)濃度值就會(huì)過(guò)大,這會(huì)危害雞的一切正常生長(zhǎng)發(fā)育,下蛋,并引起多種多樣病癥。當(dāng)二氧化碳、氨氣等含量較高時(shí)，雞舍內(nèi)含氧量就是降低，這樣雞舍就會(huì)長(zhǎng)期處于一個(gè)缺氧的環(huán)境中，給雞的生長(zhǎng)造成影響，會(huì)導(dǎo)致精神不振，厭食，體質(zhì)下降，繁殖能力降低等癥狀，還極易感染一些傳染性疾病。嚴(yán)重的話可以會(huì)發(fā)生雞瘟，對(duì)不小心食用的人體產(chǎn)生巨大的危害。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀中國(guó)對(duì)雞舍環(huán)境控制系統(tǒng)的科學(xué)研究發(fā)展比較晚,在上世紀(jì)八十年代才逐漸。但是不錯(cuò)的是,近期幾十年在科技人員的持續(xù)勤奮下,在我國(guó)在這種技術(shù)性層面也早已獲得了十分非常好的發(fā)展。雞舍內(nèi)機(jī)械自動(dòng)化水平持續(xù)提升,大部分早已完成了對(duì)雞舍環(huán)境的智能化系統(tǒng)操縱。上海市昊玄機(jī)械有限公司研發(fā)出了以全智能系統(tǒng)控制為關(guān)鍵的"歐德.西電"系列產(chǎn)品環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)軟件能夠收集溫濕度、離心水泵運(yùn)作主要參數(shù)與離心風(fēng)機(jī)運(yùn)作主要參數(shù)等信息內(nèi)容,并將實(shí)際上時(shí)表明在主控機(jī)上,還能夠依據(jù)收集的相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息啟停相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)。唐山學(xué)院的孟祥露、李旭光等設(shè)計(jì)方案了一種以觸摸顯示屏為上位機(jī)軟件、以伺服DVP-20SX2為控制板的環(huán)境控制系統(tǒng),本系統(tǒng)軟件收集雞舍內(nèi)的溫度濕度、NH3和陽(yáng)光照射等信息,隨后傳輸給控制板和上位機(jī)軟件使其傳出指令運(yùn)行機(jī)器設(shè)備調(diào)整畜舍環(huán)境。盡管在我國(guó)在環(huán)境控制系統(tǒng)的科學(xué)研究、設(shè)計(jì)方案層面擁有非常大的發(fā)展,而且也獲得了喜人的考試成績(jī),可是目前的系統(tǒng)軟件所檢驗(yàn)的環(huán)境主要參數(shù)較為少,而且只考慮到他們本身對(duì)雞只生長(zhǎng)發(fā)育的危害,而沒(méi)有考慮到他們的配對(duì)t檢驗(yàn)。因而對(duì)于以上現(xiàn)況研究設(shè)計(jì)了種雞舍環(huán)境控制系統(tǒng),該系統(tǒng)軟件可檢驗(yàn)操縱的環(huán)境因子有溫度、環(huán)境濕度、光照度、風(fēng)力、NH濃度值、co.濃度值等,而且運(yùn)用多主要參數(shù)結(jié)合和多感應(yīng)器結(jié)合技術(shù)性將各環(huán)境因子融合后輸出,使控制系統(tǒng)得到更為精確的環(huán)境信息從而造就出一個(gè)更合適雞只生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境。

全世界一些資本主義國(guó)家十分重視雞舍環(huán)境因子對(duì)雞只生長(zhǎng)發(fā)育的危害,因而對(duì)環(huán)境操縱的科學(xué)研究也較為早。如在20世紀(jì)50年代逐漸,英國(guó)最先科學(xué)研究開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)并推運(yùn)用了產(chǎn)業(yè)化、機(jī)械自動(dòng)化、規(guī)?；鸵?guī)?；漠?dāng)代家禽新技術(shù)新工藝方式;荷蘭逐漸研究設(shè)計(jì)出了一套規(guī)范的畜牧養(yǎng)殖方式,服務(wù)設(shè)施和管理方法技術(shù)性也已經(jīng)初步形成體系。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展趨勢(shì),如今她們對(duì)雞舍環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)早已非常完善,美國(guó)普渡大學(xué)和愛(ài)荷華州立高校研制了一種具備單獨(dú)專(zhuān)利權(quán)、監(jiān)測(cè)作用較為全的環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)軟件能夠監(jiān)測(cè)的環(huán)境主要參數(shù)有:溫度濕度、有害物質(zhì)(包含NH3、CO2、CH4及其氮氧化合物)濃度值、風(fēng)力、雞舍的通風(fēng)換氣率和雞只的主題活動(dòng),還能夠精確測(cè)量氣體有害物質(zhì)的消耗量,而且能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)一一年。西班牙"派司雷風(fēng)"、丹麥"皮特森"等企業(yè)的商品已完成數(shù)字化、無(wú)線通訊化,管理人員根據(jù)移動(dòng)app就可以對(duì)環(huán)境調(diào)整機(jī)器設(shè)備的運(yùn)作開(kāi)展監(jiān)管,還能夠根據(jù)Intermet遠(yuǎn)程登錄雞舍或是改動(dòng)環(huán)境主要參數(shù)。1.4研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)主要根據(jù)我國(guó)一些雞場(chǎng)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的雞舍智能環(huán)境控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：根據(jù)雞場(chǎng)的情況，選擇適合雞舍環(huán)境的控制器，并進(jìn)行整體的控制設(shè)計(jì);雞舍環(huán)境監(jiān)測(cè)控制的硬件設(shè)計(jì)，包括傳感器監(jiān)測(cè)部分，顯示屏顯示部分和控制器控制部分等;雞舍環(huán)境監(jiān)測(cè)控制的軟件設(shè)計(jì)，包括控制流程圖，傳感器程序等相關(guān)程序設(shè)計(jì)：制作仿真，將軟硬件結(jié)合進(jìn)行模擬。1.5本章小結(jié)本章節(jié)主要講解了課題研究的背景和意義，簡(jiǎn)單說(shuō)明了環(huán)境因素對(duì)雞生長(zhǎng)產(chǎn)生的一些影響。同時(shí)了解了國(guó)內(nèi)外雞舍智能環(huán)境控制的現(xiàn)狀。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案只要是系統(tǒng)的運(yùn)行方案，其次就是硬件電路圖和軟件程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的運(yùn)行方案主要是根據(jù)自己所研究的方面做出一各較為詳細(xì)的方案。硬件電路及軟件部分則是在運(yùn)行方案的基礎(chǔ)上所設(shè)計(jì)出來(lái)的。2.1系統(tǒng)運(yùn)行方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的核心控制是單片機(jī)，通過(guò)溫濕度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)雞舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，并將監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和決策，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前環(huán)境參數(shù)不再設(shè)定范圍內(nèi)，則對(duì)調(diào)控電路發(fā)送指令，對(duì)執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)通過(guò)顯示電路來(lái)顯示溫濕度和時(shí)間等。系統(tǒng)運(yùn)行如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)運(yùn)行流程圖(1)簡(jiǎn)單易學(xué)，使用方便在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們應(yīng)該選擇一些設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能在短時(shí)間掌握的設(shè)備。如果設(shè)計(jì)復(fù)雜，操作麻煩，很容易使用戶無(wú)法很好地學(xué)習(xí)實(shí)際操作，從而無(wú)法識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備。因此，簡(jiǎn)單，易學(xué)易用的系統(tǒng)設(shè)備是設(shè)計(jì)方案的主要總體目標(biāo)。(2)系統(tǒng)的功能要多雞舍中有許多環(huán)境因素會(huì)危害雞，各種不好的操作都會(huì)危害雞的生長(zhǎng)和生產(chǎn)。因此，在設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)軟件時(shí)，要完善檢測(cè)功能，可以對(duì)多種環(huán)境要素進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整，營(yíng)造良好的雞舍自然環(huán)境。(3)環(huán)境信息測(cè)量精準(zhǔn)準(zhǔn)確性是系統(tǒng)軟件最重要的階段。測(cè)量精度不足很容易導(dǎo)致雞舍中各種自然環(huán)境因素的測(cè)量不準(zhǔn)確，這會(huì)危害雞的身心健康，甚至導(dǎo)致死亡。為了更好地提高精密測(cè)量的精度，首先要有效地選擇元器件；其次布局路線要科學(xué)、有效；另外設(shè)置了報(bào)警電路，避免出現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)生事故。PAGEREF_Ref1466929(4)設(shè)備成本要低在滿足使用要求的同時(shí)還要考慮成本預(yù)算，從價(jià)格方面來(lái)說(shuō)要盡量降低成本。使設(shè)備不管是在性能上還是價(jià)格上都能達(dá)到令人滿意的要求。2.3本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及運(yùn)行方案，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則。是本篇文章的一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)介紹單片機(jī)是一種常用的微型計(jì)算機(jī)。它將CPU隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、各種I/O端口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)碼表等功能集中在一個(gè)集成IC上。能耗低，抗干擾性強(qiáng)，使用方便，所以被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。3.1.1單片機(jī)的選擇綜合很多因素，主控芯片我們選擇了國(guó)產(chǎn)8位控制器的STC89C52單片機(jī),。主要因?yàn)樗鼘W(xué)習(xí)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，適合初學(xué)者，成本也相對(duì)較低。51系列單片機(jī)的電源供電電壓為5V，功耗比較大，抗干擾能力也比較弱，并且此款單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理器為8位處理器，晶振為11.0592MHz，平時(shí)使用時(shí)為了計(jì)算方便，多取12MHz，造成一定程度的誤差。為了解決上述問(wèn)題，51系列單片機(jī)選擇采用集中指令結(jié)構(gòu)，并且芯片采用較為復(fù)雜的12分頻方法，很大程度上增強(qiáng)了其抗干擾性能，但由于分頻較為復(fù)雜且單片機(jī)處理器位數(shù)有限，使得其數(shù)據(jù)處理速度變慢。51系列單片機(jī)具有32個(gè)I/O口，所有I/O口均為準(zhǔn)雙口，這種影響促進(jìn)了I/O驅(qū)動(dòng)程序工作能力的減弱。并且單片機(jī)芯片里的P0口不具有上拉電阻，故而在設(shè)計(jì)電路時(shí)，如果要輸出高電平或者需要定義成輸入口，我們就需要添加上拉電阻，這樣設(shè)計(jì)就很大程度的加大了電路的復(fù)雜性。其引腳圖如圖3.1所示。STC89C52單片機(jī)的主要特性如下：①性能強(qiáng)大且指令碼與8051單片機(jī)完全兼容；②工作電壓范圍：3.3V～5.5V，工作頻率范圍：0～44MHz；③用戶可使用的程序空間為8KBit；④集成512字節(jié)RAM；⑤32個(gè)通用的I/O口，分為4組，分別為P1.0-P1.7/P2.0-P2.7/P3.0-P3.7/P4.0-P4.7；⑥可通過(guò)P3.0即串口接收端（RXD）接受數(shù)據(jù)，P3.1即串口發(fā)送端（TXD）發(fā)送數(shù)據(jù)，并且可將程序直接下載在單片機(jī)上，其下載速度也是極快；⑦具有EEPROM功能；⑧具有看門(mén)狗功能；⑨3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，且在-48°C到80°C都可以正常工作，PDIP封裝。圖3.1STC89C52引腳圖眾多引腳中，P3口可作為一些特殊功能口，如下表3-1所示表3-1P3第二功能表3.2傳感器選擇3.2.1溫濕度傳感器在考慮到雞舍各方面環(huán)境的情況下，系統(tǒng)軟件選用DTH11溫濕度傳感器。它是一種帶有校準(zhǔn)脈沖信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它采用專(zhuān)用的數(shù)據(jù)信息模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感器技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和非凡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器包括電阻式環(huán)境濕度傳感器元件和NTC溫度檢測(cè)元件，并與高性能8位微控制器設(shè)計(jì)互連。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)非凡、響應(yīng)速度快、抗干擾強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)REF_Ref16482\r\h[5]。每個(gè)DTH11傳感器都用于在極其精確的環(huán)境濕度校準(zhǔn)室中檢查信號(hào)處理方法。需要打開(kāi)校準(zhǔn)指令才能進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)指標(biāo)值以程序流的方式存儲(chǔ)在0TP存儲(chǔ)器中。傳感器在檢查數(shù)據(jù)信號(hào)的處理方式時(shí)應(yīng)啟用該校準(zhǔn)指標(biāo)。單線串行通訊使信息系統(tǒng)的集成越來(lái)越簡(jiǎn)單方便。超小體積，極低的功能損耗，數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，是各種應(yīng)用甚至要求更高的應(yīng)用的最佳選擇。該產(chǎn)品為4針單雙排針?lè)庋b。連接方便，可根據(jù)用戶需要提供獨(dú)特的包裝類(lèi)型。DTH11溫濕度傳感器硬件配置圖和實(shí)物圖如圖3.2所示。它對(duì)溫濕度的測(cè)量范圍十分廣，可以測(cè)量在5～95%RH內(nèi)的濕度，溫度的測(cè)量范圍也是在-20～60℃，-正常工作電壓為3.3V～5.5V,平均工作電流為0.5mA，輸出信號(hào)為單總線輸出信號(hào)，濕度的測(cè)量精度為±5%，溫度為±2℃，濕度分辨率為1%溫度為1℃，完全適合雞舍內(nèi)使用。DTH11溫濕度傳感器的硬件圖及實(shí)物圖如下圖3.2所示。圖3.2DTH11溫濕度傳感器實(shí)物圖和硬件圖DTH11引腳說(shuō)明：①VDD：供電②DATA:串行數(shù)據(jù)，單總線③NC：空腳④GND：接地端。3.2.2二氧化碳傳感器系統(tǒng)選擇的是TGS4161二氧化碳傳感器。之所以選擇TGS4161傳感器是因?yàn)樗峁┝诵⌒突?、低消耗的特點(diǎn)。它具有低濕度依賴(lài)，并且結(jié)構(gòu)更加緊湊，使用壽命較長(zhǎng)，并且二氧化碳濃度檢測(cè)范圍是350～10000ppm，從而使其更適合雞舍內(nèi)的控制設(shè)備。由兩個(gè)固態(tài)電解液形成的電極組成了該傳感器的檢測(cè)部分。當(dāng)感應(yīng)到二氧化碳時(shí)，固體電解液會(huì)發(fā)生反應(yīng)讓兩個(gè)電極產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，會(huì)形成一個(gè)電極差，以此來(lái)檢測(cè)二氧化碳的濃度。除此之外，在該傳感器的頂部還配有一個(gè)防干擾裝置，作用是用于防止其他氣體的干擾。同時(shí)它帶有一個(gè)以印刷的加熱基（RUO2）。TGS4161傳感器的說(shuō)明圖和實(shí)物圖如圖3.2.2所示。圖3.2.2TGS4161傳感器的實(shí)物圖和說(shuō)明圖3.3單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要由晶振電路、復(fù)位電源電路、開(kāi)關(guān)電源、顯示燈和一些按鈕組成。單片機(jī)晶振電路和復(fù)位電源電路是單片機(jī)逐步獨(dú)立工作所必需的最基本的外部供電電路，與單片機(jī)相連。最小系統(tǒng)可將部分電路組合起來(lái)直接完成一些工作、功能。在工業(yè)設(shè)計(jì)中通過(guò)給最小系統(tǒng)添加一些需要的外設(shè)，就變成了更加復(fù)雜的系統(tǒng)，所以單片機(jī)最小系統(tǒng)是最為基礎(chǔ)的電路。具體電路如圖3.3所示。（1）晶振電路是最小系統(tǒng)的一部分但卻發(fā)揮著心臟的作用。單片機(jī)工作速度與晶振頻率息息相關(guān)，很大程度上取決于晶振電路所能提供的時(shí)鐘頻率，且兩者呈正相關(guān)，此外，晶振頻率也可根據(jù)外部所加電壓的大小來(lái)進(jìn)行一定范圍的調(diào)整。單片機(jī)晶振電路的每一條指令的操作都是嚴(yán)格按照振蕩周期來(lái)執(zhí)行的，振蕩周期是由晶振電路給定的。晶振引起時(shí)鐘頻率，電容輔助晶振振蕩調(diào)節(jié)頻率。為了在估算數(shù)字時(shí)鐘和串口波特率等計(jì)算中更好地得到整數(shù)，測(cè)量方便，結(jié)果準(zhǔn)確，本設(shè)計(jì)選用12MHZ晶振和22pF電容。（2）復(fù)位電路就是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)需要回到起始位置、初始狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候就只需按下復(fù)位鍵來(lái)輕松返回。復(fù)位電源電路復(fù)位是復(fù)位所有單片機(jī)的實(shí)際操作。系統(tǒng)軟件選擇了上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位緊密結(jié)合的復(fù)位方式。系列產(chǎn)品MCU復(fù)位上拉電阻。在VCC上壓一個(gè)電容，在RST復(fù)位端壓一個(gè)電阻，產(chǎn)生一個(gè)RC電池充電控制回路。為此，RST有足夠的時(shí)間讓上拉電阻在上電時(shí)復(fù)位。圖3.351單片機(jī)最小系統(tǒng)3.4按鍵電路按鍵是單片機(jī)的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的輸出設(shè)備。據(jù)此，它可以將數(shù)據(jù)信息和操作指令輸入到單片機(jī)系統(tǒng)軟件中，完成人機(jī)交互。這種設(shè)計(jì)所需要的按鍵插座較少，使用集成按鍵為宜。按鍵和微控制器使用非編號(hào)鍵盤(pán)接口。軟件系統(tǒng)用于完成按鍵的定義和識(shí)別。這種方法操作起來(lái)很快。且硬件電路、鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用靈活。系統(tǒng)采用四個(gè)獨(dú)立按鍵，它們分別控制一種運(yùn)行模式S1負(fù)責(zé)控制升溫、S2負(fù)責(zé)控制降溫、S3負(fù)責(zé)控制加濕、S4負(fù)責(zé)控制干燥。各按鍵分別與單片機(jī)的P1.3～P1.6引腳相連接。同時(shí)各按鍵電路都安裝上拉電阻來(lái)保護(hù)電路。按鍵電路如圖3.4所示。圖3.4按鍵電路3.5報(bào)警電路蜂鳴器是一種可以用來(lái)當(dāng)作報(bào)警裝置的電子發(fā)聲器件，它是通過(guò)直流電壓來(lái)直接供電。如果溫濕度不在設(shè)置的規(guī)定范圍內(nèi)，報(bào)警電路將啟動(dòng)，蜂鳴器發(fā)聲。報(bào)警電路如圖3.5所示。圖3.5報(bào)警電路圖中，當(dāng)P1.0為高電平時(shí)，晶體管Q2會(huì)增加所經(jīng)歷的電流量來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音；P1.0為低電平時(shí)，蜂鳴器則不會(huì)發(fā)聲。3.6液晶顯示電路在系統(tǒng)中，需要將雞舍內(nèi)的溫度與濕度同時(shí)顯示出來(lái)，顯示內(nèi)容較多，同時(shí)也為了節(jié)約單片機(jī)接口，所以選擇LCD1602液晶顯示器。LCD1602顯示容量為16×2個(gè)標(biāo)識(shí)符，集成IC的工作電壓為4.5V～5.5V，工作電流為2.0MA，最佳工作電壓為5V。LCD1602體積小、輕巧方便、顯示內(nèi)容較多，可顯示英文字母、數(shù)字、特殊符號(hào)等,并且它采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口。具體電路如圖3.6所示。圖3.6LCD1602顯示電路圖3.7直流穩(wěn)壓電源電路根據(jù)設(shè)計(jì)所需要的元器件的電壓范圍確定系統(tǒng)電源電壓為5V。根據(jù)養(yǎng)雞場(chǎng)的設(shè)定，所以采用了220V交流電進(jìn)行供電。該電路由220V電源，變壓器，整流電路，穩(wěn)壓器組成。電源通過(guò)變壓器降電壓，然后電流經(jīng)過(guò)二極管進(jìn)行整流，由交流電變成直流電，在通過(guò)電容進(jìn)行濾波，最后通過(guò)穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，最后輸出穩(wěn)定的5V直流電向單片機(jī)供電。電源電路如圖3.7所示。圖3.7直流穩(wěn)壓電源電路3.8PCB電路系統(tǒng)在電路原理圖設(shè)計(jì)完成之后，將自動(dòng)生成PCB圖，并對(duì)圖進(jìn)行合理的布局，如下圖3.8所示，然后根據(jù)圖制作電路板。圖3.8PCB電路圖3.9本章小結(jié)本章首先是對(duì)我們所需的單片機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并選擇了系統(tǒng)所需要的相應(yīng)的傳感器。然后將各個(gè)部分的硬件電路圖進(jìn)行了描述。最后展現(xiàn)了原理圖繪制成功后生成的PCB圖。

4環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的設(shè)計(jì)4.1濕度控制設(shè)計(jì)環(huán)境濕度對(duì)雞舍雞的生長(zhǎng)起到了非常重要的作用。如果濕度過(guò)高，非常容易導(dǎo)致雞舍內(nèi)雞中暑或者是熱應(yīng)激，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致雞的死亡。并且濕度較高也容易導(dǎo)致細(xì)菌滋生，使雞更容易感染疾病，甚至出現(xiàn)雞瘟。同樣如果濕度過(guò)低，可能會(huì)引起雞體內(nèi)的水分快速蒸發(fā)，使雞出現(xiàn)脫水的現(xiàn)象。同時(shí)，雞舍內(nèi)也會(huì)顯得十分干燥塵土飛揚(yáng)，臭氣熏天，增加雞感染呼吸道疾病的概率?？紤]到雞舍內(nèi)各年齡斷的雞的數(shù)量不等，所以將濕度范圍調(diào)整在30%～80%RH之間。這種濕度范圍相對(duì)較適合雞的生長(zhǎng)。濕度控制中加濕、干燥控制電路圖分別如圖4.1.1和4.1.2所示。圖4.1.1加濕控制電路圖圖4.1.2干燥控制電路圖4.2溫度控制設(shè)計(jì)溫度對(duì)雞的生長(zhǎng)也起到了舉足輕重的作用。如果溫度沒(méi)有控制好，很有可能影響雞的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響雞蛋的產(chǎn)量，嚴(yán)重的話可能還會(huì)導(dǎo)致雞的大規(guī)模死亡。不同種類(lèi)的雞可能對(duì)溫度適宜能力也大不相同。因此我們將溫度通常設(shè)置在10～30℃。本系統(tǒng)主要是通過(guò)繼電器分別來(lái)控制加熱器和散熱器來(lái)調(diào)節(jié)溫度。首先是傳感器采集雞舍內(nèi)的溫度傳送到單片機(jī)內(nèi)，然后將傳輸?shù)臏囟戎岛驮O(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，最后控制器根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)進(jìn)行對(duì)溫度的調(diào)節(jié)作用。溫度控制中降溫、升溫控制如圖4.2.1和4.2.2所示。圖4.2.1降溫控制電路圖圖4.2.2升溫控制電路圖4.3通風(fēng)控制設(shè)計(jì)雞舍內(nèi)的雞在長(zhǎng)時(shí)間的生存和糞便的腐化等問(wèn)題中，定會(huì)產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)主要包括二氧化碳、氨氣和粉塵等等。當(dāng)二氧化碳濃度超過(guò)3500ppm就可能導(dǎo)致雞的生長(zhǎng)；當(dāng)氨氣濃度超過(guò)20ppm就容易導(dǎo)致雞感染疾病，如果更高就會(huì)影響生長(zhǎng)；當(dāng)粉塵濃度超過(guò)3.4mg/m3雞就會(huì)極其容易感染呼吸道毛病。這些都嚴(yán)重影響了雞的生長(zhǎng)及安全。所以每天都需要通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)雞舍內(nèi)進(jìn)行整體通風(fēng)，保證雞的健康及生長(zhǎng)。當(dāng)檢測(cè)到二氧化碳濃度過(guò)高時(shí)，繼電器將帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)雞舍內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)。二氧化碳濃度檢測(cè)原理圖及通風(fēng)控制系統(tǒng)原理圖如下圖4.3。圖4.3二氧化碳濃度檢測(cè)原理圖及通風(fēng)控制系統(tǒng)原理圖4.4本章小結(jié)本章主要是對(duì)一些調(diào)節(jié)設(shè)備的設(shè)計(jì)，它包含了溫濕度和二氧化碳濃度的調(diào)節(jié)作用。對(duì)各個(gè)系統(tǒng)都進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，分析了其相應(yīng)的功能。

5軟件程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件程序主要通過(guò)對(duì)雞舍內(nèi)溫濕度的采集，進(jìn)而對(duì)雞舍進(jìn)行智能化控制。設(shè)計(jì)的程序主要包括溫濕度采集程序，單片機(jī)的主程序，串口通信程序，顯示電路程序等等。主要是為了檢測(cè)雞舍內(nèi)的溫濕度，判斷和處理數(shù)據(jù)，通過(guò)顯示程序，將溫度顯示到顯示屏上。5.1編程軟件此系統(tǒng)采用KeilμVision4作為這個(gè)設(shè)計(jì)的編程軟件，這個(gè)軟件是為了能夠有效的提高開(kāi)發(fā)人員的生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)更快，更有效的程序開(kāi)發(fā)。這款軟件操作簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，并且選用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。能夠兼容絕大多數(shù)類(lèi)型的單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)。C語(yǔ)言功能更加全面、用戶以及操作人員識(shí)別性高、語(yǔ)言維護(hù)方便、對(duì)于不同單片機(jī)處理器來(lái)說(shuō)程序可移植性好。目前，C語(yǔ)言成為絕大多數(shù)單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員的首先。這主要得益于以下幾點(diǎn)：C語(yǔ)言容易學(xué)習(xí)，初學(xué)者在面對(duì)匯編語(yǔ)言是往往會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間去理解匯編語(yǔ)言中的地址、指針、變量等等。但是，匯編語(yǔ)言需要被記住的指令很多，有些匯編指令相識(shí)度高，不便于區(qū)分。而C語(yǔ)言不需要記住指令集，重點(diǎn)在邏輯。KEIL開(kāi)發(fā)軟件能夠自動(dòng)將開(kāi)發(fā)人員所寫(xiě)的C語(yǔ)言編譯成匯編語(yǔ)言。該軟件還提供了函數(shù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)人員可在硬件調(diào)試過(guò)程中得到幫助。C語(yǔ)言提高了KEIL軟件工作效率，當(dāng)要開(kāi)發(fā)大型軟件程序的時(shí)候，相對(duì)其它的匯編語(yǔ)言就想的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而C語(yǔ)言就顯得思路清晰，并且生成的代碼效率更高。操作頁(yè)面如圖5.1所示。圖5.1KeilμVision4操作頁(yè)面圖5.2雞舍溫濕度控制程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要采用DTH11溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)雞舍內(nèi)的溫濕度，然后經(jīng)單片機(jī)對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)控制電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降溫和干燥除濕。用來(lái)控制雞舍內(nèi)的溫濕度。溫濕度控制設(shè)計(jì)流程圖如圖5.2所示。圖5.2溫濕度控制設(shè)計(jì)流程圖5.3LCD1602液晶顯示程序系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示屏，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫濕度、時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行顯示。工作程序流程圖如圖5.3所示。圖5.3LCD1602工作流程圖5.4通風(fēng)控制程序設(shè)計(jì)當(dāng)TGS4161檢測(cè)到二氧化碳濃度過(guò)高時(shí)會(huì)主動(dòng)向單片機(jī)傳送信號(hào)，這時(shí)警報(bào)器會(huì)響起，同時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)作，來(lái)降低二氧化碳濃度。通風(fēng)控制流程圖如圖5.4所示。圖5.4通風(fēng)控制流程圖5.5按鍵程序當(dāng)單片機(jī)對(duì)按鍵進(jìn)行查詢(xún)和掃描時(shí)，如果現(xiàn)在沒(méi)有按鍵操作的情況下，則單片機(jī)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理以及控制等功能；如果有按鍵操作時(shí)，首先需要判斷哪個(gè)按鍵被操作，然后執(zhí)行相應(yīng)的按鍵處理程序。其實(shí)按鍵就是檢測(cè)IO口的電平，如果監(jiān)測(cè)到低電平就延時(shí)一會(huì)兒再監(jiān)測(cè)一次，如果是低電平就確認(rèn)按鍵按下。有些特殊情況，因?yàn)閷?duì)按鍵的速度和力度不大相同，在按鍵觸點(diǎn)突然斷開(kāi)閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，都有可能產(chǎn)生短暫的抖動(dòng)現(xiàn)象，倘若操作不當(dāng)，很有可能引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行。按鍵程序流程圖如圖5.5所示。圖5.5按鍵程序流程圖5.6本章小結(jié)本章主要介紹了單片機(jī)的編程軟件。講解了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分，包括溫濕度控制、液晶顯示、通風(fēng)控制、按鍵程序等等，給出了程序流程圖。

6仿真部分6.1仿真軟件介紹仿真是為了檢測(cè)系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)，所以我們需要對(duì)整個(gè)電路圖進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)電路圖和相關(guān)情況來(lái)看，最后選擇作為仿真軟件。它在能仿真其它EDA工具軟件仿真功能的同時(shí)，還能夠完成單片機(jī)及其外圍器件的仿真。這是目前來(lái)說(shuō)相對(duì)比較好的可以用來(lái)仿真單片機(jī)和外圍器件的工具。6.2仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果由于條件限制，只對(duì)部分功能進(jìn)行了仿真。當(dāng)二氧化碳濃度超過(guò)設(shè)定值，開(kāi)關(guān)將自動(dòng)閉合，通風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)始工作，仿真結(jié)果如圖6.2.1所示。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值，降溫系統(tǒng)開(kāi)始工作，如圖6.2.2所示。當(dāng)溫度低于設(shè)定值，加熱系統(tǒng)開(kāi)始工作，如圖6.2.3所示。當(dāng)濕度高于設(shè)定值，干燥系統(tǒng)開(kāi)始工作，如圖6.2.4所示。當(dāng)濕度低于設(shè)定值，加濕系統(tǒng)開(kāi)始工作，如圖6.2.5所示。圖6.2.1通風(fēng)系統(tǒng)工作仿真圖圖6.2.2降溫系統(tǒng)工作仿真圖圖6.2.3加熱系統(tǒng)工作仿真圖圖6.2.4干燥系統(tǒng)工作方針圖圖6.2.5加濕系統(tǒng)工作原理圖6.3本章小結(jié)本章簡(jiǎn)單介紹了仿真軟件，最主要還是在描述仿真呈現(xiàn)出的結(jié)果。仿真是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾＿\(yùn)行的依據(jù)。結(jié)論本文先分析了課