基于STM32的自动孵化系统-张润华 论

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1、基于STM32的自动孵化系统摘要：通过实时检测孵化系统温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度，与孵化专家的经验值进行比较。如果超出范围，通过控制系统控制加热器、降温泵、电灯、风机等进行操作，实现自动控制家禽孵化的过程。系统采用PID控制算法。使用温度、湿度、二氧化碳浓度、和光照度传感器作为检测工具，得到所测数据。关键词：孵化控制系统；测控系统；PID控制算法；传感器根据查阅的家禽孵化资料可知，孵化温度是孵化过程的最重要的条件，只有在适宜的温度下，才能保证胚胎的正常生长发育和物质代谢。其次，空气中的湿度也对胚胎的发育有很大的作用，湿度过高

2、会妨碍蛋内水分蒸发，使胚胎发育所产生的大量代谢水不能及时排出；湿度过低容易引起胚胎和壳膜粘连。通过通风换气保证胚胎在发育过程的对于氧气的需求和排出二氧化碳使空气中二氧化碳浓度不会过高。最后是光照度对于胚胎的发育有促进的作用，缩短孵化时间，孵化率通常提高10%左右。孵化专家经验值温度专家经验值：孵化开始的第0~4天，温度标准38.2℃；第5~7天，温度标准38.0℃；第8~12天，温度标准37.8℃；第13~15天，温度标准37.6℃；第16~19天，温度标准37.4℃；第20~21天，温度标准37.2℃。湿度专家经验值：孵化开始1

3、~3天，相对湿度53%；第4~6天，相对湿度58%；第7~18天，相对湿度55%；第19天，相对湿度65%；第20天，相对湿度70%；第21天，相对湿度65%。1系统硬件设计1.1温度测量设计采用集成温度传感器DS18B20实现温度测量，温度测量范围-55~125℃,可编程为9~12位A/D转换精度。其工作电源既可在远端引入，也可采用几声电源方式产生。1.2湿度测量设计湿度测量选用湿度传感器HS1101，是一款变容式相对湿度传感器，湿度范围0~100%RH，供电电压5V或10V。HS1101测量湿度时，采用将HS1101置于555

4、振荡电路中，将电容值的变化转换成电压频率信号。1.3二氧化碳测量设计红外二氧化碳传感器LDC-A1，量程为0~5000PPM，供电电压5VDC，输出0~5V,低功耗，功耗小于100mW,防水、抗震动。1.4光照度测量设计采用2CR51型桂光电池，它具有性能稳定、寿命长、光谱响应范围宽和频率特性好等优点。在室温30度、入射光强100mW·cm-2、、输出电压为400mV下的输出电流为27~36mA,硅光电池的短路电流与光照度成线性关系。1.5控制设计系统各种传感器测量到温度、湿度、通风、光照度等参数以后，通过8155接口芯片控制各个

5、继电器来控制加热器、降温泵、风机和电灯等进行工作，控制各个参数在所设定的范围内。1.6键盘和显示设计系统具有良好的人际界面。采用128*64液晶显示器显示入孵时间和孵化控制系统目前所处的温度、湿度、通风、光照度等参数值。系统配有4*4键盘，用于输入控制系统的各种参数值。2、系统框图及工作原理2.1系统框图2.2工作原理通过采集各种传感器的数据，经过单位换算，与标准的温度值、湿度值、光照强度值和二氧化碳值比较，利用偏差值来使用经典的PID控制法，不断调节加热棒、增湿器、加热器、风机和LED灯工作，从而实现精准地控制系统的温度、湿度、

6、光照强度和二氧化碳浓度按照家禽孵化的苛刻要求来变化。其中的蜂鸣器是用来发出警报的，由于整个系统中，最关键的就是温度，其主要用途是温度一旦出现过大的偏差时，就发出响声，以提醒有必要做人为的干预控制。4*4键盘是用来输入各种数据的，而12864则是用来输出关键的温度及湿度和时钟数值的，以便于人工检测系统的工作情况。3、系统软件设计3.1、系统流程YYNYNYN3.2、PID算法实现经典的是PID控制可以表示成但是由于我们这个系统本来就已经是惯性很大的系统，如果再加上积分控制，会使得系统有更大的滞后性，温度控制更加难，基于这个缘由，温度

7、控制、湿度控制都采用PD控制，这样的好处是，更好地利用了微分的预见性，减少系统滞后性的影响。使得惯性很大的系统控制起来的准确度更高。4、总结目前的设计都是基于理论的建立起来，到了做实践的系统时，肯定会有很多地方需要改进，但是这样理论的设计会给实物制作带来很好的方向性及指导意义，即使是出现实践现象不理想，都还可以基于理论更容易把问题分析出来。而且对于实际系统的P、D参数设计都很大的指导意义，调试起来不会那么盲目。参考文献胥布工、莫鸿强、谢巍.自动控制原理【J】电子工业出版社，2011年1月周国鸿、蒋辉平、肖辉金.孵化控制系统的专家模

8、糊控制方法及其应用【J】2007年5月