雞舍燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

1、雞舍燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化摘 要：本文針對(duì)大型家禽養(yǎng)殖基地對(duì)雞舍燈光控制方式進(jìn)行分析，綜合其優(yōu)缺點(diǎn)提出一種合理的控制模式。采用光照控制電路和時(shí)鐘控制電路組合控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雞舍進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光。解決了不同天氣、不同季節(jié)雞舍燈光控制復(fù)雜的問(wèn)題?？刂齐娐肥呛诵牟糠郑娐吩O(shè)計(jì)的優(yōu)良直接決定了補(bǔ)光效果的高低。關(guān)鍵詞：雞舍補(bǔ)光；光照控制；時(shí)鐘控制Henhouse light automatic control system design and optimization Abstract：Sheds light on the analysis of control, its advantages and

2、 disadvantages of the integrated control of a reasonable model. Illumination using the clock control circuit and control circuit combination of control, the realization of automatic sheds light up. Solution of different weather, different seasons sheds light control of complex issues. The core of th

3、e control circuits, their advantages and disadvantages determine the reasonableness of premium light, such as overall performance and accuracy. Keywords: sheds light up; light control; clock control目 錄緒論11 系統(tǒng)設(shè)計(jì)21.1 要求和功能21.2 方案的確定21.3 原理的闡述21.4 器件的挑選42 電路設(shè)計(jì)62.1 直流穩(wěn)壓電源電路圖62.2 器件的選擇和參數(shù)計(jì)算62.3 補(bǔ)光控制電路的電路

4、圖和原理62.4 電子鐘電路7 CP模塊7 計(jì)時(shí)器模塊8 譯碼顯示模塊8 調(diào)時(shí)模塊8 邏輯控制電路92.4.6 主電路圖113 系統(tǒng)調(diào)試123.1 電子鐘模塊調(diào)試123.2 控制模塊調(diào)試124 優(yōu)化與設(shè)想135 小結(jié)146 參考文獻(xiàn)16附：74160計(jì)數(shù)器的介紹17緒論技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)產(chǎn)業(yè)的革命。傳統(tǒng)養(yǎng)殖行業(yè)遵循家禽的天然屬性，白天喂養(yǎng)，夜間歇息。這是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的生產(chǎn)方式，不能適應(yīng)當(dāng)今規(guī)?；B(yǎng)殖，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用生物對(duì)日照或光照的依賴，可以使家禽多進(jìn)食，多產(chǎn)蛋，從而提高家禽的產(chǎn)蛋率，增加經(jīng)濟(jì)效益，提高養(yǎng)殖戶的收入。 與家庭照明相對(duì)高端的控制器作對(duì)比，雖然功能不多，精度不準(zhǔn)，外形設(shè)

5、計(jì)也不美觀，但起碼滿足了基本的控制功能，并且還大大降低了成本，使該設(shè)計(jì)更適合于中小規(guī)模的養(yǎng)雞場(chǎng)。1、 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1 要求和功能該系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：正常天氣下，滿足在太陽(yáng)升起之前和太陽(yáng)落下之后這兩段時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)光；在陰天下雨的天氣下，可能夠滿足自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)光；在季節(jié)交換的時(shí)候，能滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)雞場(chǎng)補(bǔ)光時(shí)間的長(zhǎng)短 ； 1.2 方案的確定 光照、時(shí)鐘雙控電路： 光照控制電路控制著恒定空間的光照強(qiáng)度，時(shí)鐘控制電路控制著不同時(shí)間的光照，讓設(shè)計(jì)在需要的時(shí)候補(bǔ)充光照，在不需要的時(shí)候關(guān)閉光源，從而保證了雞生蛋對(duì)光的需求，保證了光照的恒定，提高生蛋率！1.3 原理的闡述 主電源變壓器，整流，濾波，得到直流電源照

6、明控制電路穩(wěn)壓后的系統(tǒng)框圖，時(shí)鐘控制電路提供低壓直流電源;照明控制電路，用于控制量補(bǔ)光后處理控制設(shè)備的時(shí)鐘控制電路運(yùn)行的主電路，再加上補(bǔ)光燈用來(lái)照明； 雞舍燈光控制器的原理框圖如圖1，電路包括以下幾個(gè)部分：直流穩(wěn)壓電源、光照控制電路、時(shí)鐘控制電路以及主電路。圖1（原理框圖） 直流穩(wěn)壓電源如圖2： 圖2 （穩(wěn)壓電源流程圖）照明控制電路如圖3： 圖3 （照明控制電路）時(shí)鐘控制電路如圖4： 圖4 （時(shí)鐘控制電路）主電路如圖5：圖5 （主電路圖） 補(bǔ)光原理如圖6.圖6 （補(bǔ)光原理圖）如上圖6所示，電子鐘控制和光照控制這兩種控制方式作用在一起的時(shí)候就是雞舍所需額外燈光時(shí)間段的實(shí)際效果；在夏天補(bǔ)充兩小時(shí)到

7、補(bǔ)光燈，天亮之后再接受自然光，天黑之后再延續(xù)二個(gè)小時(shí)補(bǔ)光；隨著晝夜時(shí)差；春夏秋冬補(bǔ)光時(shí)間自行調(diào)節(jié)；夏天補(bǔ)充的相對(duì)較短，冬天的補(bǔ)光時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，補(bǔ)光時(shí)間可以延長(zhǎng)及縮短4到5小時(shí)左右。通過(guò)人為對(duì)光敏電阻值的調(diào)控，根據(jù)實(shí)際需求還可以自行設(shè)定陰雨天24H自動(dòng)補(bǔ)光的功能；電路原理如系統(tǒng)流程圖所示，對(duì)大電進(jìn)行調(diào)壓，濾波，整流，穩(wěn)壓后獲得直流穩(wěn)壓電源，為時(shí)鐘控制電路、光照控制電路提供低壓直流電源；時(shí)鐘控制電路，光照控制電路對(duì)控制量進(jìn)行處理后控制主電路中補(bǔ)光設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行補(bǔ)光。照明控制電路，直流穩(wěn)壓電源，主電路，模擬電路;時(shí)鐘控制電路為數(shù)字電路。表1：元器件明細(xì)表1.4 器件的挑選序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)參數(shù)數(shù)量1TT

8、L集成邏輯與非門(mén)740022TTL集成邏輯與非門(mén)741013TTL集成邏輯非門(mén)740444TTL集成邏輯與門(mén)740815TTL集成邏輯或門(mén)743236TTL集成邏輯或非門(mén)741027十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器74LS16068BCD七段譯碼顯示器DCD_HEX49定時(shí)器555110電阻150111電阻470112電阻6K113電阻47K214光敏電阻2K/2M115電位器2 K116電位器10 K117電容220F118電容10F119電容10nF120二極管IN4007521穩(wěn)壓二極管6V122發(fā)光二極管LED123三極管9013124電壓繼電器6V225刀開(kāi)關(guān)單級(jí)一位226按鈕開(kāi)關(guān)227白熾燈2

9、20V/100W228熔斷器1A129交流變壓器220V/15V130導(dǎo)線若干2、電路設(shè)計(jì)2.1 直流穩(wěn)壓電源電路圖因?yàn)橹绷鞣€(wěn)壓電源地額定輸出電壓相對(duì)恒定，輸出電流的變化區(qū)間也相對(duì)較小，可以使用二極管穩(wěn)壓電路。電路圖如右圖7：直流穩(wěn)壓電源 圖7 直流穩(wěn)壓電源電路圖2.2 器件的選擇和參數(shù)計(jì)算輸出電壓：負(fù)載電流：UI的選擇：UI（23）UZ=1218V變壓器的選擇：變比；可取k=151，此時(shí)UI=14.7V；穩(wěn)壓管的選擇：，限流電阻的選擇： ；取電容的選擇：取C=220整流二極管：D1D4選用 IN4007 2.3 補(bǔ)光控制電路的電路圖和原理采用光敏電阻將點(diǎn)亮信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制繼電器的晶體管

10、放大電路的設(shè)計(jì)如下圖，如圖8中.根據(jù)光敏電阻特殊的特性，在充足太陽(yáng)光照射的情況下光敏電阻R3的測(cè)試值為低阻2K 。晶體管Q1在這種情況下：繼電器K就會(huì)釋放，會(huì)自動(dòng)截止，當(dāng)天黑之后光敏電阻的測(cè)試值為2M，處于相對(duì)飽和導(dǎo)通，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)自動(dòng)連接，構(gòu)成燈泡所需的供電電路，這時(shí)候燈泡就會(huì)打開(kāi)，滿足雞場(chǎng)的照明； 圖8 補(bǔ)光控制電路圖 2.4 電子鐘電路2.4.1 CP模塊秒表電路最重要的部分就是 cp信號(hào)發(fā)生器，他會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)；該脈沖信號(hào)的頻率是標(biāo)準(zhǔn)頻率；其中振蕩頻率的精度和振蕩頻率的穩(wěn)定度決定了一個(gè)電子鐘的質(zhì)量和使用壽命。設(shè)計(jì)中采用555定時(shí)器與RC組成多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)CP信號(hào)發(fā)生器

11、如圖9所示。因?yàn)殡娮訒r(shí)鐘計(jì)時(shí)的最小單位為1s，所以 設(shè)定輸出的脈沖頻率為1Hz，占空比為2/3，周期T=1s。 圖9 CP信號(hào)發(fā)生器由書(shū)本可知，多諧振蕩器振蕩周期地計(jì)算公式如下所示: 由于實(shí)際電路中要求R1、R21K，同時(shí)R1+R23.3M，故取C1=10F，代入上式計(jì)算得R1=R2=48 K?？扇蓚€(gè)47 K的電阻與一個(gè)2K 的電位器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，電位器滑動(dòng)端調(diào)至50%位置處。為提高555定時(shí)器比較器參考電壓的穩(wěn)定性，在5腳與地之間接電容C2=0.01F。2.4.2 計(jì)時(shí)器模塊從電子表原理可以看出1s，1min，1h位是十進(jìn)制；10s，10min位是六進(jìn)制；10h位是二十四進(jìn)制；所以10s，10

12、min位用74160構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，1S，1Min，1H位使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160；10小時(shí)74160到24十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖如圖10所示；可利用置位法接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器；圖10 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖 利用74160的同步置數(shù)端（LD）實(shí)現(xiàn)的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如圖11所示。另外，可用兩片計(jì)數(shù)器滿足24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器采用邏輯門(mén)電路連接。 2.4.3 譯碼顯示模塊 采用集成的譯碼顯示模塊；內(nèi)含譯碼器；顯示器；電阻； 2.4.4 調(diào)時(shí)模塊 使用按鈕開(kāi)關(guān)1分鐘的控制權(quán)， 1H ，脈沖CP信號(hào)發(fā)生器作為定時(shí)脈沖 圖11 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖圖12 計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器電路圖2.4.5 邏輯控制電路使

13、用兩個(gè)74160位輸出時(shí)作為控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的邏輯的控制信號(hào)時(shí)， 每天0 3 ， 22 23的控制信號(hào)是零時(shí)，剩下的時(shí)間控制信號(hào)是1 時(shí)；如表2列出真值表；列出真值表如表2。 表2 真值表編號(hào)輸入輸出ABCDEFYQB2QA2QD1QC1QB1QA100000000100000102000010030000110400010015000101160001101700011118001000190010011100010101100101112001100130011011400111015001111160100001170100011180100101190100111200101001210

14、101011220101101230101111240110001250110011260110102701101128011100290111013001111031011111321000001331000011341000100351000110361001003710010138100110391001114010100041101001421010104310101144101100451011014610111047101111481100004911000150110010511100115211010053110101541101105511011156111000571110

15、01581110105911101160111100611111016211111063111111 2.4.6 主電路圖使用普通照明燈補(bǔ)光的主電路，將燈泡與開(kāi)關(guān)，時(shí)間繼電器串聯(lián)。電路如圖13。圖13 主電路電路圖3、系統(tǒng)調(diào)試3.1 電子鐘模塊調(diào)試電子鐘這一塊功能的檢測(cè)主要可以分為以下三個(gè)部分：首先是六進(jìn)制與二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器地穩(wěn)定性的檢測(cè)：將六進(jìn)制；二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器分別獨(dú)立出來(lái)，再在CP端連上脈沖信號(hào)發(fā)生器，觀察電路Q(chēng)AQD端和進(jìn)位輸出端的信號(hào)波形，以此來(lái)判斷計(jì)數(shù)器是否穩(wěn)定；片之間的進(jìn)位是否穩(wěn)定正常的檢測(cè)：計(jì)數(shù)器模塊要獨(dú)立，終端耦合脈沖發(fā)生器，適當(dāng)調(diào)大數(shù)的頻率（如10khz），觀察數(shù)字顯示是否

16、為正常的輸入；調(diào)時(shí)電路的檢測(cè)：點(diǎn)擊調(diào)時(shí)按鈕控制開(kāi)關(guān)，通過(guò)觀察數(shù)碼管的顯示值去判斷是否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的調(diào)時(shí)功能，如若沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，繼續(xù)調(diào)整修改電路；經(jīng)過(guò)仿真，雖然數(shù)字顯示剛開(kāi)始不是很符合標(biāo)準(zhǔn)，但是隨著不停的調(diào)整頻率，片間的進(jìn)位結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求；3.2 控制模塊調(diào)試控制模塊地檢測(cè)主要有以下兩個(gè)方面：光照控制電路的測(cè)試：在補(bǔ)光控制電路的兩端連接上6V的直流電源；調(diào)節(jié)光敏電阻的阻值（在亮阻2K到暗阻2M之間循序改變），記錄繼電器處于光敏電阻為亮阻的時(shí)候是否釋放以及繼電器在暗阻時(shí)能否跳合；時(shí)鐘控制電路的測(cè)試：邏輯控制電路獨(dú)立，位計(jì)數(shù)器終端耦合脈沖發(fā)生器，在邏輯電平輸出的示波器，觀察數(shù)碼管顯示輸出邏輯電平為00 0

17、3 ， 22 23是一個(gè)低的水平，輸出邏輯電平的數(shù)字顯示的高。經(jīng)過(guò)仿真，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求；4 、優(yōu)化與設(shè)想雖然進(jìn)過(guò)多次系統(tǒng)優(yōu)化，但是明顯可見(jiàn)本次設(shè)計(jì)還存在很多客觀問(wèn)題，比如實(shí)際使用壽命問(wèn)題，靈敏度高低問(wèn)題，設(shè)施維護(hù)與保養(yǎng)問(wèn)題，實(shí)物布置問(wèn)題，系統(tǒng)智能操控設(shè)想等等幾個(gè)方面，考慮到為了能夠?qū)嶋H的解決小型養(yǎng)殖場(chǎng)的照明需求，我覺(jué)得首先要使用性能穩(wěn)定，市場(chǎng)口碑良好的元器件，這樣能保證一個(gè)基本的使用壽命，其次要保護(hù)好電路的防潮，防濕等問(wèn)題，平時(shí)要多注意清理污垢，保證照明設(shè)施的良好運(yùn)行； 隨著社會(huì)智能化的推進(jìn)，自然聯(lián)想到怎么才能讓系統(tǒng)更人性化，更簡(jiǎn)單實(shí)用，再此，我個(gè)人覺(jué)得如果條件允許，首先我們可以在電路中串聯(lián)

18、一個(gè)遙控開(kāi)關(guān)裝置，讓使用者能夠更方便的操作；其次可以在大的方面增加一個(gè)溫度感應(yīng)部分，即在溫度偏低但是有一定自然光照射的情況下也可以給雞提供一定的光照，提高生蛋率，當(dāng)然做好時(shí)控，光控，溫控的協(xié)調(diào)，最終達(dá)到最好的光照環(huán)境并不容易，對(duì)于一些散養(yǎng)殖戶來(lái)說(shuō)，能夠達(dá)到基本需求的話，本文的設(shè)計(jì)已經(jīng)能夠滿足！額外的增加成本和布置難度并不明智！5、小結(jié)經(jīng)過(guò)電路仿真，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的電路結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)方案的比較、論證、確定，系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)、仿真測(cè)試，最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能。電路的主要特點(diǎn)在于采用時(shí)鐘控制電路和光照控制電路相結(jié)合疊加控制，從而滿足了對(duì)雞場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光；能夠適應(yīng)不同的氣象環(huán)境

19、，不同得季節(jié)雞舍照明控制復(fù)雜的問(wèn)題。另外，由于采用的是常見(jiàn)簡(jiǎn)單廉價(jià)的電子元器件，電路相對(duì)簡(jiǎn)單、不需要編程，實(shí)際資金需求也比較小，更是易于更換和維修；在此希望能夠給需要的人們提供一點(diǎn)切實(shí)的幫助，造福于社會(huì)！6、參考文獻(xiàn)1 Devdas Shetty，Mechatronics System DesignM. BEIJING：China Machine，20042 Zhao Y, Liao Y B, Lai S R. Simultaneous measurement of down-hole high pressure and temperature with a bulkmodulus and FBG sensorC. IEEE, Photonics Tech. Lett，20023 N.Sriskanthan, F. Tan, A. Karande. Bluetooth based home automation system. Microprocessors and Microsystems,2002,(26):281-2894 Farah Magrabi, Nigel H. Lovell, Branko G. Celler. A web-based approach for electrocardiogram monitoring in