农业电气化与自动化专业范文

鸡舍环境智能监控系统设计

专业: 农业电气化与自动化学号:XXX : XXX

指导老师:XXX

摘要:针对目前中国雏鸡饲养自动化水平低、管理技术落后的现状，本文设计了一套基于传感器网络的雏鸡鸡舍环境智能监控系统，该系统由参数采集模块、数据处理、控制模块3个部分组成，不仅能实现了对雏鸡鸡舍温湿度、有害气体浓度的实时监控，还能根据检测的有害气体浓度自行启动清粪装置。经模型测试结果表明，本系统温度控制的最大误差为2℃，湿度控制的最大误差为4%，有害气体浓度能控制在允许的围。本文研究结果可为育雏养殖户提供操作简便、控制效果较好的智能养殖模式。

关键词：传感器网络；鸡舍；单片机；自动控制；清粪装置

1 绪论

中国是农业生产大国，鸡禽养殖业是中国农业中的重要产业之一。中国鸡禽养殖业经历了稳定快速发展，总产量大幅提高[1]。育雏是鸡禽生产中非常关键的养殖环节，鸡舍环境控制直接影响着雏鸡的生长发育，因此，创造良好的生长环境才能保证育成鸡的生长发育、免疫力和成活率等，最终获得较好的经济效益[2-6]。中国现行育雏方式主要有两大类，即：立体笼养育雏和平面育雏[7-12]。中国鸡禽养殖业的育雏管理整体体现如下特点：养殖基础设施落后，机械化程度低，人力劳动成本高；自动、智能化程度低，环境控制波动大，养殖安全隐患高[13-14]。中国的“立体笼养”育雏设施已较为普及，生产实际中以其高密度饲养、提高鸡舍空间利用率而被养殖户广泛采用，但多数设施只有加热、增湿和通风设备等基本设施，且对环境的污染也严重[15-18]。与平面育雏相比，笼养育雏管理技术水平的要求更高些。目前，中国部分大、中型鸡禽养殖企业开始引入自动监控技术[19-24]，在一定程

度上提升了鸡舍环境的控制质量，对养殖户科学养殖具有重要的意义，但其布线复杂成本较高，智能化程度和科学化管理都有待提高。

对此，本文设计了一套基于单片机控制的鸡舍环境智能监控系统。与现有的鸡舍环境监控系统相比，本系统对温湿度和有害气体浓度均实施了智能监控，设计了清粪装置以便根据有害气体的浓度及时清除舍鸡粪[25]。本系统采用有线传感器网络技术，数据传输稳定，速度快，检修方便。本系统主要适合于大中型雏鸡育雏养殖规模的养殖户。

1.1 选题来源

养鸡业是国民经济的主要组成部分之一，根据国际家禽协会发表的数据显示，随着近几年国市场对鸡肉的需求量增加，中国的养鸡业在市场需求的牵引下正在以很快的速度发展。同时，由于欧洲国家日益增长的对禽肉类的需求与环境保护问题之间的矛盾，使得国的鸡肉市场走向了国际市场。所以，中国的养鸡业有先天条件：丰富的原材料、广阔的土地、庞大的消费市场等等。但是，现今中国的养鸡业却面临着两大问题：（1）中国的养殖业大部分还是依靠人工，而在全部生产成本中，人工费也会大幅度上涨，这将成为扩大规模化养殖的最大障碍因素。（2）在规模化、密集化养殖过程中，最令人担心的是畜禽疫病。现代畜产业也可以说是对疾病的战争。由于管理者和饲养人员的频繁出入（人很可能是最大的疾病传染体），即使防疫再好，也会有批纰漏，预防疾病的发生将成为养鸡业中主要的课题。所以, 在鸡禽生产中必须要人为地为其创造良性的生态环境, 满足生长发育的需要。

1.2 应用及存在的问题

养鸡业在大势发展过程中，由于各种条件的限制，使得对鸡的生长环境造成改变，从而影响了鸡的正常生长，造成总体收益不佳有如下原因：（1）人工对鸡舍的环境调节不精确，不能及时的对鸡舍环境进行改善，易造成鸡群生活在不利于生长的环境中；（2）在整个饲养，人工依据经验对环境改善的过程中，容易带入疾病传染体。

1.3 意义及影响

本设计通过控制鸡舍各项装置，对鸡舍的环境如温度、湿度、有害气体、除粪等进行调节。首先通过传感器的实时监测，然后采取相应的措施进行自动控制、管理和优化操作,设置各个环节最佳操作时机的装置。这样，不但能解决存在的问题,而且可以提高鸡舍环境质量,减轻操作人员的劳动强度,提高劳动效率和经济效益。

1.4 本设计研究的容及设计指标

本设计主要是设计出一套可使用的鸡舍环境智能监控系统，对鸡舍环境进行实时检测和控制，主要做如下4个方面的工作:（1）确定系统的总体功能设计方案；（2）进行传感器的硬件电路和软件系统的设计；（3）单片机及与其相连的各个模块硬件电路及软件系统设计;（4）进行补偿装置驱动电路的设计。

2 硬件系统设计方案

2.1系统功能设计

本系统主要实现以下几个功能：温度监控、湿度监控、清粪功能。温度监控：对温室温度进行测量，并通过升温或降温达到鸡群生长的最适温度；湿度监控：对温室湿度进行测量，并通过喷雾或去湿达到鸡群生长最佳湿度；清粪装置：对鸡舍里的粪便及时清除，避免造成空气中有害气体浓度过高；控制处理：当温度、湿度越限时报警，并根据报警信号提示采取一定手段控制；显示：LCD就地显示输入值和相应的温湿度，液晶显示屏摆放在生产现场用于显示当前的温湿度。

2.2 系统总体设计

本设计是通过温湿度传感器、气体传感器采集鸡舍环境参数，再将采集的参数传至单片机进行分析处理，然后在传出指令控制驱动装置调节环境。可以通过按键区设置需要控制的温度、湿度的围。

图1 系统框图

2.3 控制模块

STC89C52是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 的8位单片机，片含4K的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚，它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)，也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位STC89C52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制的领域。STC89C52提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，2个16位定时/计数器，32个I/O口，1个串行通信口，1个5向量两级中断结构，另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式，闲散方式停止中央处理器的工作，可允许随机保存随机存取数据存储器中的容，但震荡器

停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。它的工作频率可达33MHz。STC89C52 单片机管脚如图2所示。

图2 STC89C52单片机管脚图

2.4 采集模块

2.4.1 温度采集模块

本系统对温度参数采集采用DS18B20传感器，DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。DS18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID 编码，其前8 位是单线系列编码（DS18B20 的编码是19H），后面48 位是芯片唯一的序列号，最后8 位是以上56 的位的CRC 码（冗余校验）。DS18B20 共64 位ROM。RAM 数据暂存器，用于部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20 共9 个字节RAM，每个字节为8 位。第1、2 个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4 个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）

的镜像。在上电复位时其值将被刷新。温度传感器实物和温度采集电路分别如图3、图4所示。

图3 DS18B20实物图

图4 温度采集电路图

2.4.2 湿度采集模块