基于單片機(jī)的孵化環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王淑嬌 師 倩

(山東協(xié)和學(xué)院，山東 濟(jì)南，250000)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 主要影響因素

1.1.1 溫度因素

溫度因素是孵化最重要的條件，高溫或者低溫都會(huì)對(duì)胚胎發(fā)育造成不利影響。高溫條件下胚胎生長迅速，孵化周期縮短，死亡率增加。低溫條件下胚胎多數(shù)死于殼內(nèi)，死亡率增加。經(jīng)過多方面的研究和專家們的實(shí)驗(yàn)測試，提出了雞胚胎的孵化溫度方案，如表1所示：

表1 雞的孵化溫度方案

1.1.2 濕度因素

濕度是僅次于溫度的重要條件，在禽蛋孵化過程中，蒸發(fā)過快或者過慢都會(huì)影響胚胎發(fā)育。濕度過低會(huì)導(dǎo)致蛋內(nèi)水分蒸發(fā)量增加，胚胎與殼膜粘連出殼困難，孵化效率降低。濕度過高會(huì)導(dǎo)致蛋內(nèi)水分蒸發(fā)降低，胚胎發(fā)育遲緩，出殼周期延長，孵化效率降低。孵化過程中相對(duì)濕度應(yīng)不低于60%，控制在65%～70%最佳。

1.2 溫濕度檢測傳感器

SHT1O數(shù)字溫濕度傳感器是擁有完全標(biāo)定數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，采用專利的CMOSens技術(shù)，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。SHT10溫濕度傳感器的測溫范圍為-40～+123.8℃，精度為±0.2℃，測濕范圍為0～100%RH，精度為±4.5%RH。SHT10傳感器包括電容性聚合體測濕敏感元件和標(biāo)準(zhǔn)回流焊接測溫元件，并與高性能14位的A/D相連，具有小體積、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 總體設(shè)計(jì)方案

溫濕度控制系統(tǒng)應(yīng)具備可靠性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、響應(yīng)迅速、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)抗干擾能力好和操作靈活，只有這樣才能廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)用AT89C51作為主控芯片，使用SHT10作為溫濕度傳感器來采集孵化環(huán)境的溫濕度信號(hào)，通過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并把處理結(jié)果傳送給單片機(jī)，通過與預(yù)設(shè)數(shù)值進(jìn)行比較，控制溫濕度保持在適宜的范圍之內(nèi)，液晶顯示電路同步顯示測得數(shù)值，系統(tǒng)框圖如下所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1 溫濕度采集電路

SHT10溫濕度傳感器采用四腳單排引腳直插封裝，單總線串行接口傳遞數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)具備更好的穩(wěn)定性和可靠性，并且耗能較低，使用簡便、響應(yīng)迅速，信號(hào)的傳輸距離和范圍比較遠(yuǎn)，性價(jià)比和通用性很高。

SHT10采用單總線雙向串行接口，AT89C51主控芯片和SHT10溫濕度傳感器之間的同步用DATA引腳來完成。采集信息時(shí)，單片機(jī)向傳感器發(fā)送開始信號(hào)，大約18ms后輸入釋放數(shù)據(jù)總線等候從機(jī)響應(yīng)，若從機(jī)(SHT10)感應(yīng)正常，在收到主機(jī)開始命令會(huì)拉低總線(持續(xù)80us)，然后拉高總線提示主機(jī)接收，SHT10按照高位在前順序?qū)?shù)據(jù)傳輸給主機(jī)。

2.2 液晶顯示電路

本設(shè)計(jì)使用的AT89C51單片機(jī)包含4K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)器，是一款低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。

采用LCD1602字符型液晶顯示對(duì)溫濕度進(jìn)行顯示，LCD1602能夠同時(shí)顯示16x02行，即32個(gè)字符。采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，具有能耗低、體積小巧、顯示內(nèi)容豐富多樣等性能優(yōu)勢(shì)。

2.3 鍵盤電路

鍵盤的作用是切換顯示界面，設(shè)置溫濕度適宜的數(shù)值范圍，或者修改預(yù)設(shè)的溫濕度數(shù)值。本次設(shè)計(jì)采用電阻上拉，使得按鍵按下時(shí)輸出為低電平，按鍵彈起時(shí)輸出為高電平，具體電路圖見仿真圖。

2.4 報(bào)警電路

SHT10溫濕度傳感器檢測到孵化環(huán)境溫度、濕度超出預(yù)設(shè)值時(shí)會(huì)反饋給單片機(jī)控制系統(tǒng)，然后要求報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，為此設(shè)計(jì)了基于蜂鳴報(bào)警器的報(bào)警電路，通過高低電平控制蜂鳴器的鳴叫來報(bào)警，增加一個(gè)發(fā)光二極管輔助報(bào)警，通過二極管閃爍進(jìn)行光信號(hào)報(bào)警，具體電路見仿真圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、鍵盤輸入、溫濕度傳感器SHT10控制程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制程序、系統(tǒng)中斷程序、液晶顯示程序等。

圖2 主程序流程圖

主程序的作用是完成系統(tǒng)各模塊的初始化，子程序調(diào)用等功能。在主程序中，對(duì)SHT10溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示進(jìn)行初始化，并且在開機(jī)界面顯示傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)置好溫濕度的適宜范圍，開啟中斷初始化，中斷程序完成對(duì)溫濕度的采集和電機(jī)控制。主程序流程圖如圖2所示。

4 仿真結(jié)果

通過Proteus和Keil對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真。仿真結(jié)果顯示，達(dá)到預(yù)期的任務(wù)目標(biāo)，溫濕度顯示精度也比較準(zhǔn)確。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 仿真結(jié)果圖