畜禽舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計與研究

閆 磊

（河北省農林科學院 植物保護研究所，河北 保定 071001）

0 引言

動物要生存就必須有適合于自己生存的環(huán)境，野生動物可以自由地選擇適合的環(huán)境，而畜禽類動物則需要人們?yōu)樗鼈儼才乓粋€良好的環(huán)境才能更好地生長、發(fā)育和繁殖。畜禽的大多數生長發(fā)育過程是在畜禽舍中完成，畜禽舍可以為畜禽生長提供良好的生長環(huán)境，避免外界環(huán)境變化對其產生影響，從而最大限度地提高畜禽的產量和質量。因此，為更好地發(fā)展家畜養(yǎng)殖業(yè)，就應當對畜舍內的環(huán)境要素進行監(jiān)測，即調控好禽舍內部溫度、濕度和空氣等，進而提高家禽飼養(yǎng)管理質量［1－3］。

國外對畜禽舍環(huán)境監(jiān)控起步較早，且發(fā)展較為迅速，最早的研究始于20世紀70年代。日本東京大學以微型計算機為核心，綜合控制溫室內的各種環(huán)境因素；以色列環(huán)境控制系統(tǒng)根據監(jiān)控對象的特點，采用各種類型的控制芯片及外圍設備，能夠監(jiān)控風向、風速、光照、CO2濃度、溫度、濕度等數據，具有較強的實用性，是典型的環(huán)境監(jiān)控設備。近年來，畜禽舍環(huán)境監(jiān)控技術引入我國，目前已成為國內農業(yè)機械專家研究的重點。2006年北京市農業(yè)機械研究所以可編程控制器PLC為核心，研制出京鵬環(huán)保配型畜禽舍計算機控制系統(tǒng)，取得了相當不錯的效果；2012年，高中霞等采用無線傳感器網絡 （WSN）構建了禽舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其利用ZigBee技術，通過分布在禽舍的無線傳感器網絡，實時監(jiān)控禽舍內的各種環(huán)境因素，系統(tǒng)組網簡單，準確有效地監(jiān)測了禽舍內的環(huán)境溫濕度數據，滿足了精細養(yǎng)殖的要求［4］。

本文以單片機AT89C52為核心，集成光照傳感模塊和溫濕度傳感模塊等器件，有效地監(jiān)測畜禽舍環(huán)境變化，為畜禽舍環(huán)境監(jiān)控提供了一個新的嘗試。

1 畜禽舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計

本設計以AT89C52單片機為核心，通過溫濕度傳感器和光敏電阻感知溫室里的溫度、相對濕度和光照強度信號，將信號處理后送入單片機進行分析處理，結果用LCD顯示模塊顯示出來。監(jiān)測系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)框圖

光照傳感模塊利用光敏電阻的感光特性進行光照采集，對采集到的光信號通過放大器進行放大比較，送往單片機，通過單片機進行分析處理。光照模塊結構如圖2所示。

圖2 光照模塊結構圖

通過AT89C52單片機與SHT11連接，經2條I／O口線分別作為數據線DATA和時鐘線SCK，在DATA端接入一個上拉電阻，構建溫濕度傳感電路，如圖3所示。

當采集到的環(huán)境因素數值超過所設置的范圍時，單片機會輸出一信號，通過三極管放大后驅動蜂鳴器發(fā)出報警信號。報警電路如圖4所示，顯示電路模塊如圖5所示。

圖6為單片機控制最小系統(tǒng)電路。主要包括時鐘電路和復位電路。

（1）時鐘電路：單片機內部具有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，通常在引腳XTALl和XTAL 2跨接石英晶體和2個補償電容構成自激振蕩。

圖3 溫濕度傳感電路

圖4 報警電路

圖5 顯示電路模塊

圖6 單片機控制最小系統(tǒng)電路

（2）復位電路：單片機最小系統(tǒng)采用上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復位操作。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作；手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關操作使單片機復位。

2 畜禽舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)監(jiān)控程序以單片機AT89C52為核心，監(jiān)測溫度、濕度和光照數據，控制顯示模塊和報警模塊按預定方式工作。其工作流程為：系統(tǒng)通電初始化后，單片機AT89C52進入環(huán)境監(jiān)控狀態(tài)，若沒有外部控制信息輸入，系統(tǒng)將自動采集溫度傳感器、濕度傳感器和光照度傳感器數據并存儲，同時將數據顯示在LCD顯示器上，然后對比產生的數據是否超出系統(tǒng)設定的極限值，如果超限，蜂鳴器報警，否則，程序結束。系統(tǒng)軟件設計流程如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)軟件設計流程

3 結論

本監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計簡單，采用模塊化程序設計方法，各模塊相互獨立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，具有較高的性價比；軟件部分可隨時修改，外圍電路也十分簡單，適應性強，操作者可根據畜禽舍內禽類的習性及生長特點相應改變設定值，保證畜禽生長環(huán)境最佳。本系統(tǒng)為科學及時獲取畜禽舍內各項環(huán)境參數提供了精確有效的依據，可及時改善大棚禽舍內環(huán)境條件，從而提高畜禽生長的環(huán)境舒適度，帶來了很好的經濟效益和社會效益。

［1］ 杜毓瑾.家禽舍溫度控制系統(tǒng)應用研究［J］.農村經濟與科技，2011，22（10）：41－42.

［2］ 王雷雨.畜禽健康養(yǎng)殖中環(huán)境監(jiān)測及預警系統(tǒng)研究［J］.農機化研究，2012（10）：199－203.

［3］ 楊海青，段麗蓉，張青紅，等.飼養(yǎng)場健康飼養(yǎng)畜禽應注意的幾個環(huán)節(jié)［J］.養(yǎng)殖技術顧問，2012（10）：22.

［4］ 叢希，胡曉麗，袁洪印.國內外畜禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀［J］.農業(yè)與技術，2012，32（6）：106－107.