基于单片机的多孵化箱温湿度控制系统的研究

论文摘要

孵化设备是仿生学的一种应用,模拟自然界的孵化环境,提供胚胎发育适宜的条件,用于家禽种蛋的孵化。当前孵化设备的不足之处在于:控温与控湿精度不高;以单机孵化设备为主,导致孵化管理效率不高;孵化设备价格普遍较高。本文立足于这些不足,设计了多孵化箱温湿度测控系统。介绍了国内外孵化设备的现状及发展方向,并提出利用串行通讯口设计低成本多孵化箱测控系统的研究思路。介绍了孵化原理和条件方面的内容,并参考孵化行业的技术标准确定了本系统的设计指标。然后进行了以单片机为核心的硬件电路设计:1.为了测温的准确性和成本控制,采用数字式单总线温度传感器DS18B20,在孵化箱内设置多个测温点;利用HS1101搭建频率电路检测孵化箱内的湿度。2.设计了现场数据实时显示电路,16位数码管实时显示孵化箱内现场状态:设定温度,当前温度,设定湿度,当前湿度,加热状态,加湿状态,翻蛋状态等。3.以光电耦合器TLP521和功率驱动芯片ULN2803AG以及继电器设计了输出控制部分电路。该电路运行稳定,对单片机主电路无干扰。设计了温湿度模糊控制算法。将孵化箱分解为三个独立的子系统:温度控制子系统,湿度控制子系统和风门控制子系统。温度是孵化的第一也是最重要的条件。选择温度—风门联控为主,湿度—风门联控为辅的模糊控制算法。编制了单片机驱动硬件的C语言程序和上位机管理软件。设计了孵化模拟箱并进行了系统试验验证。实验结果表明,本系统能实现温度误差±0.1℃,湿度误差±15%RH以内的孵化控制,可以用一台上位PC机实现多个孵化箱的集散控制。该系统成本低廉,适合中等孵化场的孵化控制需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 国内外孵化设备研究的现状和发展趋势
• 1.2.2 模糊控制技术的应用现状
• 1.3 本章小结
• 第二章 孵化的条件及设计目标
• 2.1 孵化原理
• 2.2 孵化条件
• 2.2.1 温度条件
• 2.2.2 湿度条件
• 2.2.3 通风
• 2.2.4 翻蛋
• 2.2.5 凉蛋
• 2.3 设计目标及控制方案
• 2.3.1 系统的主要技术指标
• 2.3.2 工作重点
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 综述
• 3.2 单片机选择
• 3.3 传感器信号检测电路设计
• 3.3.1 温度信号的采集
• 3.3.2 湿度传感器的选择与使用
• 3.4 键盘与显示电路设计
• 3.5 输出控制电路设计
• 3.5.1 加热控制
• 3.5.2 加湿、风门与翻蛋控制
• 3.6 串行通信接口电路设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 模糊控制算法设计
• 4.1 模糊控制
• 4.1.1 模糊控制的基本原理
• 4.1.2 模糊控制系统的组成
• 4.1.3 模糊控制解耦方法
• 4.2 模糊控制器的设计
• 4.2.1 模糊化和量化因子的选择
• 4.2.2 隶属函数的确定
• 4.2.3 模糊规则的建立
• 4.2.4 模糊控制查询表的建立
• 第五章 软件系统设计
• 5.1 单片机程序设计
• 5.1.1 单片机主程序
• 5.1.2 数据采集程序模块
• 5.1.3 模糊控制程序模块
• 5.1.4 中断服务子程序
• 5.1.5 通信程序模块
• 5.2 PC机控制与管理软件设计
• 5.2.1 主界面
• 5.2.2 串口设置界面
• 5.2.3 历史曲线窗口
• 5.2.4 参数设置窗口
• 5.2.5 控制输出窗口
• 5.3 本章小结
• 第六章 系统实验分析
• 6.1 概述
• 6.2 温湿度检测和控制实验
• 6.2.1 检测与控制精度
• 6.2.2 系统响应速度实验
• 6.3 通信实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与讨论
• 7.1 结论
• 7.2 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:系统硬件图