基于单片机的鸡舍温度监控系统的设计与实现Word格式.docx
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鸡舍的温、湿度对于鸡的生长及产蛋量、蛋的大小、蛋壳的厚度都有影响。
精准检测鸡舍温、湿度对于养殖户来说非常重要。
传统的温、湿度检测是使用湿度纸、温度表等器件进行温、湿度测量,对于温、湿度不达标的鸡舍,通过人为通风、去湿及降温等工作。
这种人工检测温、湿度方法费时费力、效率低且测量的温、湿度误差大。
本文叙述了基于STC89c52单片机为核心芯片、DHT11温、湿度传感器、LCD12864液晶显示屏、蜂鸣器、继电器等器件实现温、湿度智能调控系统。
该系统利用DHT11温、湿度传感器获取鸡舍温、湿度值,通过与单片机连接的引脚,将温、湿度数据传送至单片机,再通过单片机处理温、湿度数据,通过单片机发送相应的指令给驱动电路及报警电路,通过单片机发送相应的指令与数据给LCD12864,通过LCD12864显示系统的工作状态及当前温、湿度值。
为了实现该系统的扩展性,温、湿度智能监控系统添加人机交互功能,通过按键实现温、湿度正常范围值的设置。
这样该系统可以扩展到需要维持温、湿度在一定范围内的环境中。
本系统的实现能够有效的提高鸡舍温、湿度检测的精准性,对于温、湿度异常能够及时处理,节省人力且能够给鸡提供一个舒适的生长环境,提高了鸡的产蛋率,间接的提高了养殖户的经济收入。
关键词:
鸡舍温、湿度;
DHT温、湿度传感器;
STC89c52单片机;
LCD12864
ThedesignandRealizationofHouseTemperatureMonitoringSystemBasedonsinglechipmicrocomputer
Abstract
Thehousetemperatureandhumiditywillhaveaninfluenceonthegrowthofthechickenandtheamount,size,thicknessoftheegg.Itisveryimportanttoaccuratelydetectthetemperatureandhumidityforthecoopfarmers.Traditionally,itwastestedbytheuseofthehumiditypaper,thermometersandothertemperatureandhumiditymeasuringdevices.Fornon-compliancecoop,artificialventilation,dehumidificationandcoolingworkwillbeneedtoadjustit.Therefore,Thisartificialmethodhasitslimitation,suchastime-consuming,inefficientandmeasurementerror.
ThisworkdescribestheachievementoftemperatureandhumidityintelligentcontrolsystemsonthebasisofthecorechipofSTC89c52microcontroller,DHT11sensors,LCD12864displayer,buzzer,relaysandotherdevices.ThesystemusesDHT11temperatureandhumiditysensortoacquirehousetemperatureandhumidityvaluesandtransfersthedatatothemicrocontrollerbytheconnectedpin.AndthenthemicrocontrollerprocessesthetemperatureandhumiditydataandsendsthecorrespondingordertodriveandalarmcircuitandthecorrespondingorderanddatatoLCD12864.ThenitwilldisplaytheworkingstatusofthesystemandthecurrenttemperatureandhumidityvaluesbyLCD12864.Inordertoachievethescalabilityofthesystem,thetemperatureandhumidityintelligentmonitoringsystemwilladdman-machineinteractivefeatureswhichcouldsetthetemperatureandhumiditywithinthenormalrangethroughthebutton.Sothesystemcouldcontrolitinacertainrange.Therealizationofthissystemnotonlycaneffectivelyimprovethedetectionprecisionofhousetemperatureandhumidityandhandlethetemperatureandhumidityabnormaltimely,butalsosavemanpowerandprovideacomfortableenvironmentforthegrowthofchickenandimprovethechickeneggproduction,whichwillindirectlyincreasefarmers’income.
KeyWords:
Housetemperatureandhumidity;
DHT11temperatureandhumiditysensor;
STC89c52microcontroller;
LCD12864
II
目录
1绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2温、湿度对鸡的影响 1
1.3国内外畜禽环境控制的研究概况 2
1.4本设计的目的和意义 2
1.5本设计的主要研究内容及结构安排 3
2系统方案设计 5
2.1系统的运行方案设计 5
2.1.1鸡舍环境参数的确定 5
2.1.2调控系统的方案设计 6
2.2系统的整体结构设计 6
2.3硬件设备的选择 8
2.3.1电源模块 8
2.3.2单片机的选择 8
2.3.3温、湿度传感的选择 10
2.3.4显示模块的选择 11
2.3.5键盘控制模块的选择 11
3硬件系统设计 13
3.1系统框图与说明 13
3.2主控芯片 13
3.2.1晶振电路 13
3.2.2复位电路 14
3.3温、湿度传感器模块 14
3.3.1DHT11的工作原理 14
3.3.2温、湿度电路设计 15
3.4显示模块 16
3.4.1LCD12864基本介绍 16
3.4.2显示电路设计 18
3.5报警模块 18
3.6温、湿度控制模块 19
3.7按键模块 20
4软件系统设计 21
4.1主函数设计 21
4.2DHT11芯片实现温、湿度读取程序设计 23
4.3LCD12864显示程序设计 25
4.4报警及温、湿度调控设计 28
4.5按键识别设计 31
4.6中断处理程序设计 33
5系统调试 36
5.1系统仿真设计与调试 36
5.1.1仿真图的设计 36
5.1.2系统软件的设计 37
5.1.3仿真运行 37
5.2硬件实物的调试 39
5.2.1实物的焊接 40
5.2.2程序烧写软件 41
5.2.3系统运行测试 42
6结论 46
致谢 47
参考文献 48
1绪论
1.1课题的研究背景
鸡在漫长的进化过程中自身形成了一定的调节能力。
环境一旦变化,鸡能够通过特定的反应,以适应当前的环境。
鸡的这种调能力,在特定的环境中能够维持体内平衡,但环境变化过于突然或强烈,鸡无法依靠自身调节能力维持其体内平衡,使得鸡的生长、产蛋能力均有所影响,甚至会出现禽类疾病以致鸡的死亡,更甚者出现禽流感影响人的正常生活。
我国的养鸡业,在改革开放后得到了蓬勃发展,技术上已经取得一定的成就,同养鸡业发达的国家相比,在鸡的品种、所供应的饲料和对鸡的疾病防治技术上差距逐渐缩小,人们对于饲料的营养水平都有了较深刻的认识,但就环境因素对鸡的生长发育、生产性能影响的认识还有一定的差距,由于环境条件不适,造成鸡生长发育受阻,产蛋、产肉性能下降,甚至发生疾病,给养鸡场、养鸡户造成严重的经济损失,失去了市场竞争能力。
我国养鸡业中,大部分是以农户中小规模养鸡业为主,在鸡的饲养环境与设施方面还有很大的差距,所以研究一套针对中小型养鸡场的鸡舍环境控制器意义重大。
1.2温、湿度对鸡的影响
鸡舍环境对鸡的生长发育影响重大。
研究表明,鸡患慢性呼吸道等疾病与养殖环境的优劣密切相关,目前造成养鸡业生产损失较大的最主要的因素之一是鸡场环境控制不合理。
鸡舍环境是一个完整的系统,包括光照、温、湿度、灰尘、氨气、二氧化碳以及其他环境因素。
国内有关人员的研究表明:
对鸡舍环境影响最大的因素是温度和湿度。
通过对鸡舍环境的监控与调节能够有效控制鸡群健康,提高鸡的产蛋率。
无论鸡舍养鸡数量的多少,维持鸡舍温、湿度的稳定,对于鸡的生长及产蛋都是很重要的。
在高密度饲养的鸡舍,这个问题尤为重要。
研究表明,鸡的适宜温度为13~23℃。
生长过程中鸡舍的环境温度不在此范围时饲料转化率就降低。
蛋鸡的环境温度不在这个范围时,产蛋量减少,所产蛋的质量也有所下降,并且平均每公斤蛋所耗的饲料有所增加,同时鸡的死亡率也会增加。
在温度适宜的情况下,空气湿度对鸡体的热调节机能不会有大的影响,因而对鸡的生产性能影响不大,但在低温时,湿度影响较明显。
温度低时,如果湿度过高,那么空气中的水蒸气含量就会偏大,这样会使鸡的散热量过大,导致鸡失热过多,从而导致鸡的采食量变大,对饲料的消耗增大,在严寒的情况下,甚至会导致鸡冻伤。
在高温时,鸡只会通过蒸发散热,如果湿度过大,就会对鸡的蒸发散热产生阻碍,产生高温应激。
1.3国内外畜禽环境控制的研究概况
鸡舍环境的研究从上世纪70年代开始的,最早研究的是荷兰、美国和日本。
1978年,日本东京大学最先研制出基于微型计算机温室综合环境控制系统。
该系统能够对温室内的诸多环境因子进行控制。
现阶段国际比较典型的代表性产品是以色列环境控制系统,具有很强的实用性,可以根据控制对象的特点选用不同类型的控制器及外围设备,可监测湿度、温度、风向、风速、雨量、光照等数据。
日本生产的环境调控集群控制系统还引入了专家系统,不仅能起到环境调控的作用,还能诊断出发病蛋鸡。
我国的鸡舍环境监控系统起步较晚,但发展相对较为迅速,应用较为广泛。
2011年,彭建盛等研究出了以ADI公司的ADuC824单片机为核心芯片的环境监测系统,该系统能对环境中温度湿度光强噪声等信息进行实时采集,能够实时远程在线监控,且灵敏度高、响应速度快。
由于该系统成本较高,难以普及到规模较小的养殖场中。
故需设计出一款适用于小规模养殖场且成本低的温、湿度监控系统。
1.4本设计的目的和意义
目前在农村大规模养鸡的农户越来越多,养鸡的周期短且设施简单,对于拥挤的养鸡舍而言温度与湿度影响尤为重要。
目前,大多鸡舍采用人工检测与控制的方法监控鸡舍的温度和湿度,控制精度不高、且不够及时,容易造成经济损失;
另外,人工效率低、易出错、劳动强度大等问题不仅增加了生产成本、浪费了人力资源、又很难达到较好的效果。
借鉴单片机在工业上广泛应用的经验,将其应用在农业上也更为方便。
性价比高的51系列单片机给计算机在农业自动化方面的应用提供了硬件基础和物质条件。
利用单片机温、湿度自控系统对鸡舍的温、湿度进行采集,科学合理地调节鸡舍内的温度、湿度,并及时进行处理,对减少经济损耗有着重要的现实意义。
1.5本设计的主要研究内容及结构安排
在上述的研究背景下,本设计主要实现的内容如下:
(1)在硬件设计方面,本系统采用51单片机作为整个温、湿度智能监控系统的核心处理器,通过含有已校准数字信号输出的温、湿度的DHT11数字温、湿度传感器来进行温、湿度读取,最后再通过单片机对LCD12864显示屏进行驱动并实现在液晶上显示当前的温、湿度及温、湿度调节状况。
能够通过按键调控温、湿度正常范围,通过蜂鸣器及LED指示灯达到报警效果,通过STC89c52单片机进行数据处理输出数字信号对风扇,加湿器,暖气,空调等进行控制。
(2)在软件设计方面,重点研究了下列内容。
A.实现LCD12864液晶显示屏的初始化、显示字符、显示图像等功能。
B.数字温、湿度传感器DHT11负责温、湿度信息的读取,通过掌握DHT11的时序图,指令和功能表完成其驱动函数的编写,如读一字节函数,读取当前温、湿度值,通过读温、湿度函数实现与LCD信息传输。
C.用C语言实现按键的识别并能够实现温、湿度正常范围的调节。
D.用C语言实现温、湿度异常时STC89c52单片机输出当前温、湿度调节的调节信号及报警信号。
本文的结构安排如下:
第1章绪论,简述课题研究背景、温度与湿度对鸡的影响、畜禽环境控制的研究概况及本设计的目的与意义。
第2章系统方案设计,本章的主要内容为温、湿度监控系统方案设计,首先是鸡舍温、湿度范围的确定,接着是系统整体结构的设计,最后根据系统总体设计划分多个模块,进行模块硬件设备的选择。
第3章硬件系统设计,本章主要对各个模块所使用到的硬件进行简单功能介绍及应用,并给出了系统各模块电路连接图。
第4章软件系统设计,根据各个模块实现的功能,给出相应的流程图及说明。
第5章系统调试,主要分为仿真调试与硬件调试,并给出了相应的调试步骤及部分调试功能截图等。
最后,对本次鸡舍温、湿度监控系统的实现及调试过程中所得结果进行总结,同时也指出了本次设计过程中遇到的问题以及解决方案。
2系统方案设计
系统总体方案的设计包括系统的运行方案设计和系统整体结构设计两个方面的内容。
系统运行方案主要针对系统的要求和工艺的要求对系统做出比较详细的方案。
系统整体结构设计是在系统运行方案的基础上建立的。
对于智能控制器来说,在硬件方面主要考虑的是元器件精度和适用范围,软件部分主要考虑程序的可移植性和可修改性。
2.1系统的运行方案设计
系统以STC89c52单片机为控制核心,通过DHT11温、湿度传感器实时采集鸡舍环境参数,并将采集到的数据通过I/O接口传给单片机,单片机对传来的数据进行处理和判断,如果判断当前温、湿度不满足条件,则发指令给控制模块,对执行设备进行驱动。
通过显示电路来显示实时的温度、湿度等。
2.1.1鸡舍环境参数的确定
鸡舍环境的影响种类有很多,本设计选择温度和湿度作为研究对象,由于温度和湿度是鸡生长发育2个影响最大的因素,参照科学研究和经验所得结论,确定设计所需参数如表2—1所示:
表2-1温度对鸡的影响
鸡舍的适宜湿度,在适宜的温度范围内,相对湿度在60%-65%最佳,如果不是在舍内温度过高或过低的情况下,鸡只对相对湿度40%-72%的范围也能适应。
适合鸡只的舍内相对湿度60%左右,若相对湿度为45%~70%,对蛋鸡生产性能影响不大。
温度对湿度的影响如下图2.3所示。
综上所述正常温度范围设置为13~23℃,正常湿度的范围设置在40%~72%RH,能够有效调高鸡的生长与产蛋率。
图2.1温度对湿度的影响。
图2.1温度对湿度的影响
2.1.2调控系统的方案设计
调控系统用于调整鸡舍里的温度、湿度。
系统默认鸡的适宜温度为13~23℃,适宜湿度40%~72%,也可根据实际需求对温、湿度范围进行修改。
系统使用DHT11温、湿度传感器检测鸡舍里的温、湿度,并将温、湿度数据传给单片机,单片机对数据进行处理、比较,当判断鸡舍内温度低于13℃时,对鸡舍进行加热;
当温度高于23℃时,进行降温;
当温度适宜时,湿度对鸡的影响不是很大,所以当湿度高于72%进行通风;
湿度低于40%时,对鸡舍进行加湿处理。
2.2系统的整体结构设计
系统的总体设计目标是在完成设计任务的前提下,实现系统可靠、成本低、功耗低、精度高等要求。
首先依据系统设计的原则对硬件进行初步选型,然后拟定一个系统的草案,同时还要考虑软硬件实现的可行性。
总体方案设计如图2.2所示:
图2.2系统总体方案图
鸡舍温、湿度智能监控系统需依靠鸡舍内装配的温、湿度传感器采集温、湿度信息,并通过控制设备对驱动电路进行控制,使其驱动执行机构对鸡舍的温、湿度进行调节控制,达到满足鸡的需求的温、湿度,为鸡的生长发育和产蛋提供最适宜的温、湿度,从而提高鸡的生产产量和质量。
系统可分为检测单元、控制单元、辅助单元和执行单元四大部分,这四个部分共同完成整个控制系统的正常运行。
1、检测单元温、湿度传感器采集电路:
传感器负责鸡舍温、湿度检测,并将检测的结果送给控单元STC89c52单片机。
2、控制单元:
主要实现对系统控制信号的处理,并建立相应的控制规则,是整个系统的核心单元,由检测单元送入的检测信号与主控单元进行分析比较后,通过驱动电路使执行单元工作。
3、执行单元:
主要包括加热,降温,加湿,除湿四部分,分别完成对温、湿度的调节。
在本控制系统中,对温、湿度的调节主要是通过控制取暖器,空调,风扇,加湿器开关来实现。
4、辅助单元:
包括显示电路、报警电路。
其中,显示电路完成对温度、湿度、等进行显示。
温、湿度调节过程中,为了能够实现节能的效果,当温度或湿度异常时将对应的值调节到最高值与最低值的均值。
当温、湿度异常时,温、湿度调控器件工作,将温、湿度调至正常值。
若没有持续调节至均值(最适温、湿度)将会导致温、湿度调节器件频繁的开启与关闭,易导致调控器件的损坏。
报警功能设计模块中,但温、湿度异常时根据不同的情况由蜂鸣器发出不同频率的鸣叫,同时显示屏显示相应的温、湿度高低信息及调节器件工作状态。
5、按键调节模块:
主要是能够实现不同环境养殖的需求的温、湿度范围设置,系统也能使用到其他方面的温、湿度调控。
若家用汽车温、湿度监控,生产车间等等。
也能够实现不同家禽养殖的温、湿度调控。
2.3硬件设备的选择
硬件的选择关系到系统功能的稳定性及系统开发的成本。
因此对于本系统的设计,首先考虑系统实现的功能,选择能够满足本系统功能的硬件,同时也应考虑硬件的性能,如系统工作的环境对硬件的要求等。
本系统主要考虑到设备的供电问题、系统核心芯片的选择、系统显示部件、温、湿度获取、人机交互部件。
2.3.1电源模块
方案一:
采用三只干电池作为电源。
该方案的优点是设计简明扼要,成本低;
缺点是输出功率不高,只能勉强驱动单片机,适合小电流负载。
而且在整个系统工作中,电压会随着时间的推移不断降低,进而出现死机等情况。
方案二:
采用独立的稳压电源。
电源的稳压的特性较好,能够保证整个系统稳定工作。
综上分析,为使系统调试方便,能够稳定工作,必须有可靠电源,所以决定选择第二种方。
2.3.2单片机的选择
对于单片机的选择,如果用8031系列,由于它没有内部RAM,系统又需要大量内存存储数据,因而不可用;
51系列单片机STC89c52的ROM为8K,满足本系统设计的[1]。
且性能价格比较高,本人选择STC公司51系列的单片机STC89c52。
其封装图如图2.3所示。
图2.3STC89c52封装图
STC89c52单片机的主要引脚功能如表2-2所示:
表2-2STC89c52引脚功能图
端口号
引脚编号
功能
VCC
40
接+5V,提供电源
VSS
19
接地
XTAL1、XTAL2
19、18
分别接11.05926MHZ晶振两端
RST
9
当输入两个周期的高电平进行复位
P0端口
39~32
8位双向三态I/O端口,作为低8位地址总线/数据总线的分时复用端口,当作为通用的I/O口使用,为准双向口,需外接上拉电阻;
当作为普通的输入端口时,应先向端口的输出锁存器写入高电平。
P1端口
1-8
标准的8位双休I/0口,自带上拉电阻,可直接与外设连接。
P2端口
10-17
8位准双向I/O口,自带上拉电阻。
普通的输入端口使用时,应先向端口的输出锁存器写入高电平
P1.0和P1.1端口除了上述功能外还具有作为定时器/计数器2功能[2],其具体功能特性如表2-3所示:
表2-3P1.0和P1.1引脚复用功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2(定时器/计数器2外部计数输入),时钟输出
P1.1
T2EX(定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制)
P3口作为普通的输入端口使用时,应先向端口的输出锁存器写入高电平。
P3口作为第二功能使用时,各引脚的定义如表2-4所示:
表2-4P3口引脚复用功能
复用功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
(外部中断0)
P3.3
(外部中断1)
P3.4
T0(定时器0的外部输入)
P3.5
T1(定时器1的外部输入)
P3.6
(外部数据存储器写选通)
P3.7
(外部数据存储器读选通)
2.3.3温、湿度传感的选择
DS18B20具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点,可以将温度直接转化成串行数字量供微处理器处理[3]。
在
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- 基于 单片机 鸡舍 温度 监控 系统 设计 实现