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封閉式蛋雞舍環(huán)境控制系統的設計

作者: 時(shí)間:2013-01-24 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
0 引言

在結構上是一個(gè)全封閉的系統,雞舍內部環(huán)境受設計結構的制約和影響,形成了不同于外界環(huán)境的所謂“雞舍小氣候”,主要包括室內的溫度、濕度、光照、二氧化碳、氨氣和硫化氫等要素[1-4]。雞舍結構的全封閉性又決定了雞舍與外界的物質(zhì)與能量交換,進(jìn)而會(huì )引起雞舍小氣候環(huán)境的變化,這種變化在一定程度上又會(huì )影響蛋雞的生長(cháng)及其產(chǎn)蛋率[5-6]。由此,本文設計的雞舍環(huán)境監控系統主要功能是實(shí)現雞舍內溫度、濕度、光照度和有害氣體(二氧化碳、氨氣和硫化氫)濃度等環(huán)境因子的智能監測和控制。

1 系統構建

本監控系統采用上位機周期性地向各個(gè)監測點(diǎn)發(fā)送監測命令,并接收各個(gè)監測點(diǎn)送來(lái)的數據,對所采集數據進(jìn)行處理、顯示和保存,且對專(zhuān)門(mén)控制濕簾風(fēng)機(包括噴霧)單元發(fā)送執行指令,從而實(shí)現對執行機構的控制,如圖1所示。

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1.1 上位機

本設計上位機為PC機。上位機主要功能是:一是通過(guò)Rs一485串行通訊,向下位機發(fā)送數據采集命令,并可接收下位機傳送的傳感器所采集的數據;二是在上位機界面,設定下位機的地址分站號、時(shí)間、報警上下閾值和控制參數;三是對采集數據進(jìn)行顯示和數據庫保存,并能發(fā)出執行機構所需指令;四是對歷史數據進(jìn)行查看,并可進(jìn)行歷史曲線(xiàn)顯示、分析和打印等。

1.2 智能監控點(diǎn)

4個(gè)智能監測點(diǎn)和1個(gè)控制點(diǎn)即下位機,采用PHILIPS公司的ARM系列型號為單片機,作為微控制器,采用8路開(kāi)關(guān)量輸出和環(huán)境因子數據輸入。其中,環(huán)境因子數據包括溫度、濕度、光強、二氧化碳、氨氣和硫化氫等6個(gè)量。智能監控點(diǎn)的原理框圖,如圖2所示。

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雞舍溫濕度控制是本課題的一個(gè)重要研究對象,雞舍溫濕度具有如下特點(diǎn):非線(xiàn)性、分布不均勻性、時(shí)變性、控制時(shí)延性、多變量禍合性等。同時(shí),執行機構(如濕簾風(fēng)機)的動(dòng)作也不僅僅影響某一個(gè)因子,如對有害氣體(二氧化碳、氨氣和硫化氫)濃度也有影響,因而對其實(shí)現精確控制具有一定難度,需要系統多方面的協(xié)調配合。因此,對該系統采取了全閉環(huán)控制的策略,即當室內溫濕度升高時(shí),傳感器將采樣到的值傳至控制單元,控制單元通過(guò)與用戶(hù)設定值比較,當偏差絕對值大于用戶(hù)設定的偏置值時(shí),發(fā)出指令使執行機構動(dòng)作,其控制過(guò)程如圖3所示。該閉環(huán)控制同樣適用于對光照度和有害氣體(二氧化碳、氨氣和硫化氫)濃度等環(huán)境因子的調控。

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智能監控點(diǎn)實(shí)現的主要功能如下:一是可以將采集來(lái)的數據在顯示器上進(jìn)行顯示;二是可通過(guò)不同類(lèi)型的傳感器采集溫度、濕度、光強、二氧化碳、氨氣和硫化氫等數據,并能進(jìn)行對溫度、濕度、光強、二氧化碳、氨氣和硫化氫等環(huán)境因子的控制,其中溫度、濕度可先通過(guò)模糊控制算法進(jìn)行控制;三是可以通過(guò)鍵盤(pán)設置參數,如聲光報警,能接收上位機命令,實(shí)現參數設置和輸出控制;四是可以通過(guò)串行通信接口接收上位機發(fā)送的命令,并把采集到的數據和控制信息傳輸至上位機,實(shí)現和上位機的通訊;五是實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制,可提供系統數據采集時(shí)間顯示和按時(shí)間存儲數據;六是可通過(guò)按鍵方式來(lái)進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的切換;七是可以實(shí)時(shí)切換到對某一個(gè)或某幾個(gè)監測量的調控。

2 系統硬件的選擇及其典型電路設計

根據封閉式環(huán)境特征,選擇不同測量功能的傳感器,應具有長(cháng)期的穩定性,能使系統真正做到快速反應,調控環(huán)境效果高效,且數據采集范圍應符合蛋雞活動(dòng)的環(huán)境因子要求。為此,在進(jìn)行系統硬件設計時(shí),分別選擇了數字溫度傳感器DS18B20,HU-MIREL公司的高分子電容式濕度傳感器HS1101,美國TAGS公司推出的光強度數字轉換芯片TSL2561。

有害氣體濃度的監測傳感器分別為:co2濃度傳感器選用美國FIGARO公司生產(chǎn)的TGS4160,NH3傳感器選擇的型號為MIC—NH3智能傳感器,硫化氫傳感器選擇的型號為(H2S傳感器)M-100。

2.1 溫度測量電路的設計

DS18B20有兩種供電方式:寄生電源和單獨供電。本課題為確保測量結果的精確度,采用單獨供電方式。圖4為溫度測量電路,單總線(xiàn)P0.15連接單片機引腳PO.15/EINT2,其上拉電阻為4.7k歐,當總線(xiàn)閑置時(shí),其工作狀態(tài)為高電平。

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