劉元波，王冠，肖莉雅

（平頂山學(xué)院信息工程學(xué)院，河南平頂山，467000）

1 智能養(yǎng)豬場簡介

智能養(yǎng)豬系統(tǒng)的整體架構(gòu)經(jīng)實(shí)地考察后結(jié)合最新傳感技術(shù)進(jìn)行搭建，最主要的房間為公豬舍、配種舍、妊娠舍、保育舍、育肥舍，我們選擇育肥舍為樣板舍進(jìn)行傳感器的安裝。在育肥舍中安裝溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、煙霧傳感器、液晶顯示屏與暖光燈。溫濕度傳感器可以將溫濕度實(shí)時顯示液晶屏幕上面，在當(dāng)舍內(nèi)溫濕度高于或低于最佳溫濕度范圍便會通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，此外當(dāng)舍內(nèi)檢測到火焰或者煙霧時也會通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。除豬舍外還對一些相當(dāng)重要的設(shè)施如消毒室、化驗(yàn)室、獸醫(yī)室、疫苗室、糞場、沼氣池、水塔、種豬擴(kuò)繁場、裝豬臺、成品庫等，在沼氣池收集連接處安裝甲烷傳感器檢測沼氣是否泄漏，若發(fā)現(xiàn)沼氣泄露就通過蜂鳴器報(bào)警。另外還有森林、水塘、辦公樓、宿舍、餐廳、籃球場、廁所、門衛(wèi)室、飼料生產(chǎn)車間、倉庫等。此外，智能養(yǎng)豬場還使用藍(lán)牙控制開關(guān)門實(shí)現(xiàn)無線開關(guān)門，舍內(nèi)的暖光燈也會根據(jù)舍內(nèi)的溫度實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)，也可以手動開關(guān)。水塔與水塘處安裝水泵，繼電器作為開關(guān)，通過藍(lán)牙控制繼電器的開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬場的供水。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

該系統(tǒng)采用STC89S52 單片機(jī)作為主控芯片，其他模塊協(xié)調(diào)工作。該系統(tǒng)工作總體框架如圖1 所示。

圖1 硬件總體框架圖

2.2 單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的主控芯片為STC89C52 單片機(jī)，它相比一般單片機(jī)有運(yùn)行功耗低、性能高等優(yōu)點(diǎn)。片內(nèi)含4K Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000 次的Flash 只讀程序存儲器，芯片內(nèi) 集成了通用8 位中央處理器和ISP Flash 存儲單元。

2.3 溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該部分電路使用了DHT11 溫濕度傳感器、暖光燈等傳感器。溫濕度傳感器可以檢測周圍環(huán)境的溫度和濕度，其中溫度測量范圍為0 到50 度，濕度測量范圍為20 %到95%,工作電壓為3.3v 到5v,該傳感器誤差較小，價格低廉性價比高，符合該系統(tǒng)的節(jié)約理念。

暖光燈傳感器共有VCC、GND、D0 三個引腳,其主要功能便是通過單片機(jī)IO 口對其亮滅進(jìn)行控制。

在該部分電路中,為了對豬舍的溫濕度達(dá)到智能控制,首先需要將豬的生長最佳溫濕度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與查詢,還需注意對于每一個年齡階段即不同豬舍的豬都進(jìn)行最佳溫濕度檢測。當(dāng)?shù)玫阶罴褱貪穸葦?shù)據(jù)時便在程序中設(shè)置閾值,當(dāng)舍內(nèi)溫度超過最佳溫度范圍時便進(jìn)行風(fēng)扇降溫,室內(nèi)溫度低于最佳溫度范圍時開啟暖光燈讓豬舍升溫,以上兩種措施都會在溫度到達(dá)最佳溫度范圍時自動關(guān)閉,以實(shí)現(xiàn)舍內(nèi)溫度智能控制。

2.4 藍(lán)牙模塊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該部分系統(tǒng)的核心模塊分別為藍(lán)牙模塊、繼電器、小水泵與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。

藍(lán)牙模塊選用市面上最常用的HC-05,該模塊質(zhì)量好、壽命長、功能齊全同時價格低廉。HC-05 的工作頻段為2.4G,可通過AT 指令對其設(shè)置主從機(jī)模式。繼電器選用2 路繼電器模塊,常開接口最大負(fù)載：交流250V/10A,直流30V/10A，此外該模塊還采用貼片光耦隔離，驅(qū)動能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定。小水泵選用最小型水泵。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊選用五相四線電機(jī)ULN2003 驅(qū)動模塊，其中+接5V，-接負(fù)極，IN1-IN4 接單片機(jī)IO，白色端子座插入五相四線步進(jìn)電機(jī)。

藍(lán)牙模塊與手機(jī)配對之后,選擇一款合適的app，進(jìn)行一系列的設(shè)置之后,便可對開關(guān)門、水泵供水進(jìn)行控制。該系統(tǒng)中,app 中的1 和2 分別對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),以此模擬遠(yuǎn)程開關(guān)門；3 和4 分別對應(yīng)水塔處水泵的開關(guān)；5和6 對應(yīng)備用供水池塘的開關(guān)。通過藍(lán)牙進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制,操作簡單、價格低廉,唯一的缺點(diǎn)是信號傳輸距離較短,更適合短程的無線控制。

2.5 LCD 顯示電路設(shè)計(jì)

該模塊選用LCD1602 顯示屏,該模塊價格低廉、使用方便。接線時,數(shù)據(jù)口D0-D7 與單片機(jī)P0 口相連,排阻RP1 用來拉高P0 口電平,保證數(shù)據(jù)的正常輸出。RS、RW 與P2.0、P2.1 用來對指令和數(shù)據(jù)的讀寫選擇控制,EN 與P2.2 相連,為使能端。單片機(jī)讀取到的溫濕度數(shù)據(jù)會通過相應(yīng)的算法計(jì)算后顯示在該屏幕上,每經(jīng)過5s 便會刷新一次。

2.6 火焰、氣體傳感器模塊

火焰?zhèn)鞲衅魍ㄟ^數(shù)字信號對舍內(nèi)是否有火焰進(jìn)行判斷,若檢測到火焰便通過蜂鳴器發(fā)出警報(bào)；MQ-2 煙霧與MQ-4 甲烷傳感器也是確保舍內(nèi)與沼氣池安全的重要傳感器,同樣也是數(shù)字信號進(jìn)行判斷,當(dāng)檢測到煙霧或者甲烷泄露便會讓蜂鳴器發(fā)出不同頻率的聲音進(jìn)行報(bào)警。

2.7 蜂鳴器報(bào)警電路

智能養(yǎng)豬場目前使用蜂鳴器作為報(bào)警器，經(jīng)過ULN2003芯片放大功率后報(bào)警聲音更大更響。由于對不同的報(bào)警原因設(shè)置了不同頻率的報(bào)警聲音，所以能夠很清晰的分辨出出現(xiàn)了什么問題，有利于工作人員快速對豬舍進(jìn)行控制。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 溫濕度主軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要原理是將檢測到的溫濕度實(shí)時顯示在LCD1602 液晶屏幕上，然后檢測溫濕度是否在合理范圍內(nèi)，若不在便進(jìn)行一系列的加熱或降溫操作，然后繼續(xù)進(jìn)行檢測。流程圖如圖2。

圖2 溫濕度主系統(tǒng)流程圖

3.2 藍(lán)牙控制子軟件系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)通過藍(lán)牙控制繼電器、暖光燈與步進(jìn)電機(jī)的開關(guān)，藍(lán)牙接收到不同指令便執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。其流程圖如圖3。

圖3 藍(lán)牙控制子系統(tǒng)流程圖

3.3 火焰、氣體報(bào)警子軟件系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)開始后，先將MQ-2、火焰?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行預(yù)熱，然后分別對火焰和煙霧進(jìn)行檢測，若檢測到便進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警（不同情況報(bào)警頻率不同），若沒有檢測到便繼續(xù)進(jìn)行檢測。流程圖如圖4。

圖4 火焰、氣體報(bào)警子系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的智能養(yǎng)豬場系統(tǒng)可以對養(yǎng)豬場的空氣環(huán)境、舍內(nèi)環(huán)境進(jìn)行更科學(xué)的控制，有利于降低豬的發(fā)病率并提高豬肉質(zhì)量，從而創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)幫助養(yǎng)豬場工人管理養(yǎng)豬場，解決養(yǎng)豬場環(huán)境臟亂差問題，從而實(shí)現(xiàn)提高豬肉質(zhì)量、降低發(fā)病率的效果，與現(xiàn)有的管理方式相比，不僅可以節(jié)約人力資源、還能對豬場的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行更科學(xué)的觀測與控制。