基于規(guī)模化養(yǎng)殖的禽舍通風(fēng)系統(tǒng)控制平臺(tái)設(shè)計(jì)

郭三華

(煙臺(tái)汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái)265500)

0 引言

規(guī)?；酿B(yǎng)殖越來(lái)越成為家禽養(yǎng)殖的主導(dǎo)方式，但隨著集約化和規(guī)?；B(yǎng)殖的不斷擴(kuò)大，禽舍環(huán)境的要求越來(lái)越高，而通風(fēng)換氣作為禽舍環(huán)境控制的一種有效手段，越來(lái)越受到用戶(hù)的重視和應(yīng)用[1]。于群等[2]提出基于MSP430設(shè)計(jì)的禽舍智能控制系統(tǒng)。唐洪希[3]提出基于ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。崔勇等[4]提出基于組態(tài)王和PLC結(jié)合設(shè)計(jì)的畜禽環(huán)境無(wú)線控制系統(tǒng)。上述幾種方法均采用上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，下位機(jī)采集和執(zhí)行的方式，解決禽舍溫度、通風(fēng)等問(wèn)題的智能控制，僅在上位機(jī)設(shè)計(jì)或者下位機(jī)控制方式上不同，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。針對(duì)于此，設(shè)計(jì)基于規(guī)?；B(yǎng)殖的禽舍通風(fēng)系統(tǒng)控制平臺(tái)，該平臺(tái)采用遠(yuǎn)程控制終端、現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端相結(jié)合的形式，以手機(jī)App移動(dòng)終端作為有效遠(yuǎn)程控制終端，以STM32F103單片機(jī)為核心，結(jié)合外圍電路，設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端，實(shí)現(xiàn)單路交流電輸入、多路交流電輸出控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后續(xù)多路通風(fēng)排氣扇工作狀態(tài)有效控制。用戶(hù)可通過(guò)手機(jī)App移動(dòng)終端遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端的分時(shí)預(yù)約控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，同時(shí)為便于用戶(hù)進(jìn)一步使用，也可通過(guò)功能按鍵，手動(dòng)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端的工作方式，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。該平臺(tái)中的遠(yuǎn)程控制終端非常便捷，單一的現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端體積較小，便于推廣應(yīng)用。試驗(yàn)表明，該遠(yuǎn)程控制終端可控制多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端同時(shí)工作，滿(mǎn)足規(guī)模化禽舍通風(fēng)的要求，但受到現(xiàn)場(chǎng)具體應(yīng)用的排氣扇功率、單路輸入交流電電流大小等問(wèn)題限制，單一的現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端僅能控制有限數(shù)量的排氣扇工作。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)可以細(xì)分為遠(yuǎn)程控制終端和現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端兩部分。以手機(jī)App移動(dòng)終端作為遠(yuǎn)程控制終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端的有效控制，其架構(gòu)如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端主要是為滿(mǎn)足遠(yuǎn)程控制需要和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)功能設(shè)置的需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)單路交流電輸入、多路交流電輸出電路的控制，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 遠(yuǎn)程控制終端設(shè)計(jì)

手機(jī)App移動(dòng)終端作為便攜式遠(yuǎn)程控制終端，應(yīng)用方便，便于實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端的相關(guān)信息，同時(shí)也可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)分時(shí)預(yù)約控制、實(shí)時(shí)控制功能，其開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用Android Studio，其界面如圖3所示。在該界面下，涉及現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端的狀態(tài)獲取，現(xiàn)場(chǎng)控制終端的實(shí)時(shí)控制與預(yù)約分時(shí)控制等相關(guān)功能。該終端可以與不同的現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端中的SIM卡通信，也可以將不同現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端中的SIM卡信息存儲(chǔ)在該界面下，并將其設(shè)置為系列控制的現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端。

3 現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端設(shè)計(jì)

3.1STM32F103單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

STM32F103單片機(jī)是由ST公司生產(chǎn)的低功耗單片機(jī)，對(duì)于功能需求較少的系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較實(shí)用[5]。其最小系統(tǒng)基本外圍電路主要由濾波電路、復(fù)位電路和晶振電路等組成，在該平臺(tái)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端功能較為簡(jiǎn)單，采用該單片機(jī)最小系統(tǒng)可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。其最小系統(tǒng)電路如圖4所示。

3.2外圍功能模塊設(shè)計(jì)

3.2.1采集模塊

現(xiàn)場(chǎng)控制終端的采集模塊主要涉及室內(nèi)外溫度采集和室內(nèi)氣體濃度采集，室內(nèi)外溫度采集終端采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，具備體積小、精度高和接線簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，滿(mǎn)足應(yīng)用需求，其模塊實(shí)物如圖5所示[6]。室內(nèi)氣體濃度檢測(cè)采用MQ-135型氣體傳感器，該傳感器對(duì)氨氣、硫化物和苯系蒸汽的靈敏度高，對(duì)煙霧和其他有害氣體的監(jiān)測(cè)也較為理想，是適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合的低成本傳感器[7]。其模塊實(shí)物如圖6所示。

3.2.2按鍵、顯示與通信模塊

按鍵采用自行設(shè)計(jì)的4×4薄膜矩陣型按鍵，除此之外該模塊還包含打印二維碼和功能OLED顯示窗口，其實(shí)物如圖7所示。OLED顯示又稱(chēng)為有機(jī)電激光顯示，該顯示屏比液晶顯示更輕薄、亮度高、功耗低、響應(yīng)快、清晰度高、柔性好和發(fā)光效率高，能滿(mǎn)足該系統(tǒng)對(duì)顯示技術(shù)的需求[8]。為便于應(yīng)用，選擇帶邊框的OLED顯示屏，其實(shí)物如圖8所示。與遠(yuǎn)程控制終端通信的模塊采用SIM900A模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同格式數(shù)據(jù)包的無(wú)線收發(fā)，其電路如圖9所示。

3.2.3交流電傳輸驅(qū)動(dòng)控制模塊

交流電傳輸驅(qū)動(dòng)控制模塊一般采用交流接觸器驅(qū)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)，該模塊與STM32F103單片機(jī)最小系統(tǒng)、交流電傳輸電路中的交流接觸器連接，主要是由小型繼電器與外圍電路組成，負(fù)責(zé)接收STM32F103單片機(jī)最小系統(tǒng)的指令，控制交流接觸器通斷，實(shí)現(xiàn)交流電輸出控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后續(xù)排氣扇的供電通斷。其實(shí)物如圖10所示。

3.3現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端實(shí)物

現(xiàn)場(chǎng)控制終端采用合頁(yè)型外殼，交流電輸入端和輸出端均采用防水設(shè)計(jì)，蓋體槽采用灌膠密封圈，防水等級(jí)較高。底側(cè)采用尼龍固定蹄腳，外殼背面采用Z型角碼連接件，不僅可以使該終端裝置固定使用，同時(shí)還可便攜式應(yīng)用，其實(shí)物如圖11～14所示。內(nèi)部按照電路布線相關(guān)要求，交流電輸電線路放置在上側(cè)，核心控制板放置在下側(cè)，Z型角碼連接件在現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端工作過(guò)程中，起到一定的散熱功能，其內(nèi)部實(shí)物和核心控制板分別如圖15～16所示。

4 控制平臺(tái)工作流程

以典型的遠(yuǎn)程控制終端控制單一現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端為例，在現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端內(nèi)的核心控制板正常工作的前提下，該平臺(tái)的具體工作流程如圖17所示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后續(xù)通風(fēng)排氣扇的工作狀態(tài)控制。由于每次實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能時(shí)，必須對(duì)當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，因此手動(dòng)按鍵功能的設(shè)定與遠(yuǎn)程控制終端可并列使用，兩者并不沖突。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)面向規(guī)?；B(yǎng)殖的禽舍通風(fēng)系統(tǒng)控制平臺(tái)，該平臺(tái)采用遠(yuǎn)程控制終端、現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端相結(jié)合的形式。該遠(yuǎn)程控制終端可控制多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)硬件控制終端同時(shí)工作，滿(mǎn)足規(guī)?；萆岷罄m(xù)通風(fēng)排氣的控制要求，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在測(cè)試過(guò)程中應(yīng)用效果良好，但也存在遠(yuǎn)程控制終端設(shè)計(jì)不完善的問(wèn)題，需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息實(shí)時(shí)在手機(jī)App移動(dòng)終端界面顯示的功能。