毕业设计（论文）-基于单片机的鸡舍光照控制系统的设计.doc

编号： 本科毕业论文（设计）题目：基于单片机的鸡舍光照控制系统的设计 学 院 物理与电子科学学院 专 业 电子信息科学与技术 学 号 姓名 指导教师 职称：助教 完成日期 2012年4月2日 诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文基于单片机的鸡舍光照控制系统的设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）: 年 月 日 基于单片机的鸡舍光照控制系统的设计 姓名：吴晶晶 学号：200840620235 指导教师：王宪菊 摘 要：鸡舍内光照强度对蛋鸡的生长、发育、产蛋量、蛋壳厚和蛋的大小度都有一定的影响。因此, 针对半开放式的蛋鸡舍的构造特点, 设计开发了这个鸡舍光照控制系统。该系统以STC89C52RC单片机为主控制器,使用光敏电阻进行光的采集, 通过光耦和继电器相结合控制鸡舍的光源。该系统根据光采集电路输出的变化能够实现鸡舍内的光照强按照设定值自动控制。试验结果表明: 本设计针对半开放式蛋鸡舍的光照具有自动控制的作用, 本设计既可以保证蛋鸡的光照要求, 又可以节约电能, 具有一定推广价值。 关 键 词：光照控制；蛋鸡舍；STC89C52RC；光敏电阻；光耦；继电器The Design of henhouse Light Control System based on SCM Name: Wu Jingjing Student Number: 200840620235 Adviser: Wang Xianju Abstract:The hen house of light intensity factor in the growth, development and produces, eggshell thick and the size of the egg has certain influence degree. Therefore, in view of the half open up of layers structure feature, design develop the henhouse lighting control system. This system mainly to STC89C52RC single chip microcomputer controller, use photoconductive resistance to light of the collection, through the light decoupling and relay control of combining sheds light source. The system according to the change of light acquisition circuit output can achieve in the hen house of strong light according to set data automatic control. The test results show that: the design for half open up of layers with automatic control function of light, this design can not only guarantee the layers upon request, and can save electric energy, has certain value promotion. Keywords:Light control; Give layers; STC89C52RC; Photoconductive resistance; Light coupling; relay目录1. 引言71.1研究背景与意义71.2 研究现状81.3 研究内容82. 系统设计方案82.1 总体方案82.2 系统框图92.2.1系统设计流程图92.2.2.系统框图92.3 系统硬件构成93. 系统硬件电路设计103.1按键定时及1602显示电路设计103.1.1按键定时及1602显示电路设计103.2 光信号采集输出模块113.3驱动输出设计123.3.1驱动输出电路123.3.2光耦123.3系统PCB设计134. 系统软件设计134.1 程序设计思路134.2 设计流程图145. 系统仿真155.1系统 PROTEUS仿真155.2调试156. 总结与展望156.1总结156.2展望16致谢16参考文献：17附录171元器件清单172源程序181. 引言1.1研究背景与意义 蛋鸡养殖控制系统其中的一个重要环节就是光照。光照的强弱对蛋鸡的生长、发育和产蛋量具有直接的影响,合理的光照能刺激蛋鸡的性成熟促进蛋鸡排卵, 增加蛋鸡的产蛋量。实际生产中应该从蛋鸡的20周龄开始，每周增加逐渐光照时长约30分钟左右,直到每天光照时长达到16小时为止,之后的每天光照都需要16个小时,直到产蛋鸡被淘汰的前4周,再把光照时间逐渐增加到17小时,直至蛋鸡被淘汰为止。 对于开放式或半开放式的鸡舍, 可以采用人工补充光照和自然光照相结合的方式。当自然光照时间充足时, 不需要人工光照; 只有当自然光照时间不足的时候,才采用人工光照进行补充。这样既可以节省资源, 又能满足鸡舍光照强度的要求。人工控制光照度、光照时间和明暗变化, 可提高蛋鸡的生产力、繁殖力和产蛋品质。产蛋鸡每天需要的光照强度为10 lux, 可采用天亮前补充、天黑后补充或天黑后天亮前两次补充等三种方式。其中，以每天早晨天亮前补充光照的效果最好, 它符合蛋鸡的生理特点, 还能使蛋鸡每天的产蛋时间提前。但它还具有一定的缺点，就是要随着白天自然光照时数的变化及时调整开关灯时间, 操作较麻烦, 工作人员也要早起, 比较辛苦。 本设计采用常见的电子元器件实现光照控制和按键控制定时相结合的控制电路。可以手动调整光照时间并且可以自动控制灯光实现光照要求, 减少了人工的参与, 同时又能在满足要求的前提下节约能源，达到环保的要求，这与我国的可持续发展相符合。本系统虽然功能较少，精度不高，但实现了基本的控制功能，满足了实际需要，同时大大降低了成本，适合于中小规模的养鸡场。与低端的鸡舍灯光控制器相比，功能比较完备，控制效果要更好。1.2 研究现状 科学技术是第一生产力，随着社会的不断发展、科技的不断进步以及人们生活水平的快速提高，现在社会工业、生活等自动化、信息化要求越来越高，单片机的应用领域也越来越广，在人们的工作、生活中相当重要。各种各样方便于生活的自动控制系统进入了人们的生活。国外一些大型的蛋鸡养殖厂对鸡舍光照强度调控设备的需求量急剧增加，导致一些发达国家的鸡舍光照强度调控设备迅速发展起来，并且开始向自动化、智能化发展。20世纪80年代以后，随着计算机等高新技术的发展，鸡舍光照控制也得到了发展，鸡舍光照调控设备制造产业逐渐发展成为一项新型的产业。美国、加拿大、日本等发达国家都致力于研究和开发可以帮助用户进行管理和提高自动化程度的辅助设备，其中光照控制系统已经普遍应用于国外的现代化养鸡场中。国外的鸡舍光照强度调控设备在设计的过程中，不仅要求要有良好的调控效果，而且要求重视能源和人力的节约。 与国外的一些发达国家相比，我国蛋鸡养殖业的生产水平还比较落后，蛋鸡舍的光照问题是导致这一现状的重要因素之一。近年来，以单片机为核心开发了以蛋鸡日龄为基准的光照控制设备，现以投入批量生产，初步实现了蛋鸡舍光强的自动化和智能化控制。但大多数的控制设备必须由工作人员手动操作或机电式操作，自动化水平比较低。尤其是我国的蛋鸡养殖大都以中小型为主，鸡舍的形式以半开放式和开放式为主，这也加大了我国畜禽养殖业生产自动化的困难。1.3 研究内容 鸡舍光照控制是多种学科混合的技术，本设计以单片机技术和传感器技术为基础，结合了计算机技术、和畜禽养殖等技术。本设计操作起来灵活方便，实现了光的检测和控制，通过 C语言编程，完成了鸡舍光照控制系统的软件开发，能顺利进行鸡舍光照的控制试验;并且在室内灯光环境下进行了运行实验，试验取得了成功。主要研究内容如下:以 STC89 C52单片机为控制的核心，模块对光照强度进行采集和处理，光耦和继电器对日光灯进行控制，1602对定时时间进行显示，实现鸡舍光照的自动控制。2. 系统设计方案2.1 总体方案 该设计主要三个部分组成：第一个部分实现光的采集和检测电路模块；第二个部分为定时和显示电路；第三个部分为驱动电路。在第一个模块中，根据光敏电阻在不同光照下的阻值的变化，利用光敏电阻定点检测，把采集到的数据经单片机 STC89C52处理后直接输出一个电平信号。第二个设计模块中，利用按键控制单片机进行定时,同时使用1602进行显示。第三部则利用单片机作为控制主体，给光耦一个电平信号，从而控制驱动电路，完成整个设计。2.2 系统框图2.2.1系统设计流程图 图1设计方案流程图2.2.2.系统框图 图2系统框图2.3 系统硬件构成 本文所研究的鸡舍光照控制系统硬件电路按功能大致可以分为以下几个部分:单片机主控模块、光信号采集模块、输出通道、按键结合单片机定时电路、复位电路等。由结构框图可见，光照控制系统以单片机 STC89 C52 RC为核心，利用光敏电阻在不同光照条件下的阻值不同，从而产生不同的电压信号，再设定一个阈值与实际光强进行比较，进而达到对鸡舍光照进行控制的目的。再利用单片机定时器结合按键进行定时，LCD1602显示定时，通过倒计时的形式进行计时，时间到了，整个电路停止工作。3. 系统硬件电路设计图3硬件结构图3.1按键定时及1602显示电路设计3.1.1按键定时及1602显示电路设计 图4按键图 图5 1602显示图 如图4和图5所示，本设计采用按键与单片机结合定时，并用1602显示。由于答辩时时间有限，而本设计在实际鸡舍中使用所需时间较长，因此在演示时只设计了60 s、50 s、40 s、30 s四种定时，当按键 S2按下时选择定时时长，按键 S1按下时开始定时，同时1602进行显示。本设计的定时采用倒计时的方式来表示，当时间变为零时停止工作。 3.2 光信号采集输出模块 图6光信号采集输出模块图 如图6该光信号采集输出模块具有2个输出端口： 1）、AO，模拟量输出，实时输出光敏上的电压信号； 2）、DO口，当光强到达规定值时，输出0信号。实验证明该模块线性好，灵敏度高，在黑暗模式下，可以测量到2米左右的强光光源。当模块检测到光线信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时DO端口输出低电平信号。低于规定值时产生高电平信号。光信号采集模块输出端口DO可直接与单片机外部中断口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器；比较器LM393采用DIP封装形式，一旦芯片损坏，更换芯片即可；可采用3.3-5V直流电源对模块进行供电，当电源接通时，红色电源指示灯点亮。在实际使用时只须将该模块放到鸡舍的窗口，将光敏电阻放置在室外，让其能够接触到环境中的光，当光低于阀值时 DO端口输出“1”信号，当光强于或等于规定值时 DO口输出“0”信号。 本设计利用光敏电阻对光线敏感的特性，来采集光的。当有光照不同时它的电阻也不同。该采光模块选用的光敏电阻是GM5537，其性能如表1所示： 表1 光敏电阻GM5537的性能表基本尺寸5.1+0.2mm亮电阻25-50K暗电阻3MY0.7+0.1最大电压150V最大功耗100mW环境温度-30+70光谱峰值540nm响应时间上升30ms下降30ms3.3驱动输出设计3.3.1驱动输出电路图7光耦P521控制电路图3.3.2光耦 光电耦合器（OC，简称光耦），可以分为线性光耦和非线性光耦。本设计所用的光耦是单路线性光耦P521。光耦具有隔离作用，当负载出现问题时不会影响单片机部分。继电器在开关过程产生的高压不会影响单片机，一般光耦用在控制高压的电路或者继电器电感比较大的情况下。1. 实物图图8单路光耦P521-1实物图2. 光耦内部结构图图9单路光耦P521内部结构图 3.3系统PCB设计 图10 PCB图4. 系统软件设计4.1 程序设计思路 本设计使用光敏电阻进行光采集，通过比较器和滑动变阻器设定阀值。当环境光强小于阀值时，给单片机高电平信号，再由单片机给光耦一个低电平，从而使灯组工作，实现鸡舍光的补充；当环境光强大于或等于阀值时，给单片机低电平信号，再由单片机给光耦一个高电平，从而使灯组不工作。定时采用按键与单片机相结合的方式，利用单片机STC89C52RC的中断和定时器进行定时，再由按键控制定时：当按键S2按下时选择60s、50s、40s、30s四种定时时长，当按键S1按下时开始定时，同时LCD1602进行显示。 4.2 设计流程图 图11设计流程图5. 系统仿真5.1系统 PROTEUS仿真 PROTEUS仿真主要是使用计算机软件来模拟实际单片机的运行，不需要搭建硬件电路就可以对程序进行验证。PROTEUS仿真的缺点是无法对硬件部分完全仿真，因此还要通过硬件仿真来完成最后的设计。图12 proteus仿真图5.2调试 系统调试分为软件调试和硬件调试。软件部分主要是对程序的调试，可以结合kill和 proteus进行调试，开始时就出现液晶不能正常显示，经过一系列的调试，终于能够在proteus仿真中获得成功。硬件调试因为输出电路出现问题，最好经过数次改正，实现了设计要求。6. 总结与展望6.1总结 光照的控制在蛋鸡养殖中占有重要的地位。本设计包括系统的硬件设计、软件C语言编程与仿真调试等。在本次设计进行过程中，主要工作包括:1.以单片机 STC89 C52 RC为核心进行系统的硬件设计，采用光敏电阻采光模块进行数据输入，采用光耦控制驱动输出，减化了电路，增加了安全性。再加上定时控制实现了鸡舍光照的半自动控制。2.学习和使用AD6.9进行原理图和PCB图的设计。3.采用C语言进行软件编程，在设计过程中使用了KEIL进行编译。成功后在使用PROTEUS仿真进行仿真。6.2展望 本设计使用的STC89C52RC单片机属于STC_52系列的单片机，这种单片机除包含MCS_51系列单片机的所具有的功能外，还有一些特殊功能。因此被普遍使用。随着工业的不断发展，自动化已成为时代的潮流，自动化不仅节约资源，而且节省工人的时间。而本次设计只实现了半自动化，在定时结束后，当需要继续工作时不能自动工作，工人必须早起打开开关。因此，本设计还需要进一步的改进，可以添加一个时钟芯片，设计好开灯的时间和关灯的时间，这样就可以实现自动化了。致谢 本设计是在我的指导老师王宪菊老师的悉心指导下完成的，在论文的准备及撰写过程中，王老师提出了许多宝贵的意见和建议没有她对我的指导和帮助，我的论文不可能得以顺利的完成。在平时的学习中，王老师认真的工作态度、严谨细致的工作作风、以及学习生活上的热心帮助让我感动。在此向王老师致以最真挚的谢意! 我还要感谢我们的辅导员何文老师，在我四年的大学生生活中，何老师无论在学习上还是在日常生活中，都给予了我很大的帮助，令我受益良多。在此向何老师表示深深的感谢!在此，对一直鼓励我、支持我的朋友表示感谢，在工作与学习上我们相互促进，没有他们的鼓励与支持，我就不可能完成这次设计。同时也对一直不懈地给予我关心照顾、支持帮助和勉励的家人、老师们表示深深的谢意。参考文献：1 孟立凡，蓝金辉 传感器原理及应用 M 电子工业出版社, 20072 郭天祥. 51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略. 电子工业出 版社, 2009 3谭浩强 C程序设计 M 北京：清华大学出版社，1999124丁元杰. 单片微机原理及应用3. 机械工业出版社,20105张德宁, 袁洪波, 李丽华. 基于STC 8 9C 52 和TSL 2 561 的鸡舍光照测控系统. 河北农业 大学机电工程学院, 河北保定 07 10016张达敏教室照明智能控制器 J 贵州工业大学学报（自然科学版），200332（1）：75 787赵秀珍，王乃钊，毛文华光照度、空气温湿度传感器的研究和实验J中国仪器仪表，2002.8张国亮, 孙正鼐. 基于单片机的热图自动采集系统设计9彭介华电子技术课程设指导 M 北京：高等教育出版社，199710 黄华基于PIC18F258o的畜禽舍环境控制系统的研究华中农业大学硕士学位论文,200911 王海宁基于单片机的温度控制系统的研究 合肥工业大学硕士学位论文2008312赖寿宏微型计算机神制抢术厂M1.北京:机械工业出版社199913王幸之、王雷、翟成等单片机应用系统抗千扰技术M.北京:北京航空航天大学出版社，199914彭介华电子技术课程设指导 M 北京：高等教育出版社，1997附录1元器件清单表2元件器清单编号名称数量1光敏电阻12STC89C52RC135V电源接口14USB接口1512MHZ晶振1630pF瓷片电容27独立按键48杜邦线695V继电器110发光二极管LED311LCD160211210k排阻11310uF极性电容11410k滑动变阻器215光耦116压线柱217瓷片电容104218LM393119移动电源12012V灯泡12源程序#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LCD_DB P0#define max 60sbit S1=P14; sbit S2=P33;sbit P25=P25;sbit LCDEN=P26;sbit RS=P27;int i=0;sbit A0=P32;sbit D0=P37;int shi1,ge1,num1;int time5=0,60,50,40,30;uchar num,add;uint m,s,a;int a1;uchar shi,ge;uchar code table15=LIANG SHI JIAN:; /定义初始上电时液晶默认显示状态uchar code table110=0123456789; void delay(uint z) /延时 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void w