雞舍燈光自動控制系統(tǒng)的設計與優(yōu)化

1、雞舍燈光自動控制系統(tǒng)的設計與優(yōu)化摘 要：本文針對大型家禽養(yǎng)殖基地對雞舍燈光控制方式進行分析，綜合其優(yōu)缺點提出一種合理的控制模式。采用光照控制電路和時鐘控制電路組合控制，實現(xiàn)了對雞舍進行自動補光。解決了不同天氣、不同季節(jié)雞舍燈光控制復雜的問題?？刂齐娐肥呛诵牟糠?，電路設計的優(yōu)良直接決定了補光效果的高低。關鍵詞：雞舍補光；光照控制；時鐘控制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)設計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 電路設計62.1 直流穩(wěn)壓電源電路圖62.2 器件的選擇和參數(shù)計算62.3 補光控制電路的電路

4、圖和原理62.4 電子鐘電路7 CP模塊7 計時器模塊8 譯碼顯示模塊8 調(diào)時模塊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)化與設想135 小結146 參考文獻16附：74160計數(shù)器的介紹17緒論技術的進步帶來產(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)濟時代的生產(chǎn)方式，不能適應當今規(guī)?；B(yǎng)殖，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用生物對日照或光照的依賴，可以使家禽多進食，多產(chǎn)蛋，從而提高家禽的產(chǎn)蛋率，增加經(jīng)濟效益，提高養(yǎng)殖戶的收入。 與家庭照明相對高端的控制器作對比，雖然功能不多，精度不準，外形設

5、計也不美觀，但起碼滿足了基本的控制功能，并且還大大降低了成本，使該設計更適合于中小規(guī)模的養(yǎng)雞場。1、 系統(tǒng)設計 1.1 要求和功能該系統(tǒng)應具備以下功能：正常天氣下，滿足在太陽升起之前和太陽落下之后這兩段時間進行補光；在陰天下雨的天氣下，可能夠滿足自動進行補光；在季節(jié)交換的時候，能滿足自動調(diào)節(jié)雞場補光時間的長短 ； 1.2 方案的確定 光照、時鐘雙控電路： 光照控制電路控制著恒定空間的光照強度，時鐘控制電路控制著不同時間的光照，讓設計在需要的時候補充光照，在不需要的時候關閉光源，從而保證了雞生蛋對光的需求，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，用于控制量補光后處理控制設備的時鐘控制電路運行的主電路，再加上補光燈用來照明； 雞舍燈光控制器的原理框圖如圖1，電路包括以下幾個部分：直流穩(wěn)壓電源、光照控制電路、時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）時鐘控制電路如圖4： 圖4 （時鐘控制電路）主電路如圖5：圖5 （主電路圖） 補光原理如圖6.圖6 （補光原理圖）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候就是雞舍所需額外燈光時間段的實際效果；在夏天補充兩小時到

7、補光燈，天亮之后再接受自然光，天黑之后再延續(xù)二個小時補光；隨著晝夜時差；春夏秋冬補光時間自行調(diào)節(jié)；夏天補充的相對較短，冬天的補光時間相對較長，補光時間可以延長及縮短4到5小時左右。通過人為對光敏電阻值的調(diào)控，根據(jù)實際需求還可以自行設定陰雨天24H自動補光的功能；電路原理如系統(tǒng)流程圖所示，對大電進行調(diào)壓，濾波，整流，穩(wěn)壓后獲得直流穩(wěn)壓電源，為時鐘控制電路、光照控制電路提供低壓直流電源；時鐘控制電路，光照控制電路對控制量進行處理后控制主電路中補光設備的運行，進行補光。照明控制電路，直流穩(wěn)壓電源，主電路，模擬電路;時鐘控制電路為數(shù)字電路。表1：元器件明細表1.4 器件的挑選序號名稱型號參數(shù)數(shù)量1TT

8、L集成邏輯與非門740022TTL集成邏輯與非門741013TTL集成邏輯非門740444TTL集成邏輯與門740815TTL集成邏輯或門743236TTL集成邏輯或非門741027十進制BCD碼計數(shù)器74LS16068BCD七段譯碼顯示器DCD_HEX49定時器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刀開關單級一位226按鈕開關227白熾燈2

9、20V/100W228熔斷器1A129交流變壓器220V/15V130導線若干2、電路設計2.1 直流穩(wěn)壓電源電路圖因為直流穩(wěn)壓電源地額定輸出電壓相對恒定，輸出電流的變化區(qū)間也相對較小，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)計算輸出電壓：負載電流：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 補光控制電路的電路圖和原理采用光敏電阻將點亮信號轉(zhuǎn)換成電信號，控制繼電器的晶體管

10、放大電路的設計如下圖，如圖8中.根據(jù)光敏電阻特殊的特性，在充足太陽光照射的情況下光敏電阻R3的測試值為低阻2K 。晶體管Q1在這種情況下：繼電器K就會釋放，會自動截止，當天黑之后光敏電阻的測試值為2M，處于相對飽和導通，繼電器常開觸點就會自動連接，構成燈泡所需的供電電路，這時候燈泡就會打開，滿足雞場的照明； 圖8 補光控制電路圖 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信號發(fā)生器，他會產(chǎn)生一個脈沖信號；該脈沖信號的頻率是標準頻率；其中振蕩頻率的精度和振蕩頻率的穩(wěn)定度決定了一個電子鐘的質(zhì)量和使用壽命。設計中采用555定時器與RC組成多諧振蕩器來實現(xiàn)。設計CP信號發(fā)生器

11、如圖9所示。因為電子時鐘計時的最小單位為1s，所以 設定輸出的脈沖頻率為1Hz，占空比為2/3，周期T=1s。 圖9 CP信號發(fā)生器由書本可知，多諧振蕩器振蕩周期地計算公式如下所示: 由于實際電路中要求R1、R21K，同時R1+R23.3M，故取C1=10F，代入上式計算得R1=R2=48 K?？扇蓚€47 K的電阻與一個2K 的電位器串聯(lián)實現(xiàn)，電位器滑動端調(diào)至50%位置處。為提高555定時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 計時器模塊從電子表原理可以看出1s，1min，1h位是十進制；10s，10min位是六進制；10h位是二十四進制；所以10s，10

12、min位用74160構成六進制計數(shù)器，1S，1Min，1H位使用十進制計數(shù)器74160；10小時74160到24十進制計數(shù)器原理圖如圖10所示；可利用置位法接成六進制計數(shù)器；圖10 六進制計數(shù)器原理圖 利用74160的同步置數(shù)端（LD）實現(xiàn)的六進制計數(shù)器電路如圖11所示。另外，可用兩片計數(shù)器滿足24進制的計數(shù)器；計數(shù)器采用邏輯門電路連接。 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)時模塊 使用按鈕開關1分鐘的控制權， 1H ，脈沖CP信號發(fā)生器作為定時脈沖 圖11 六進制計數(shù)器電路圖圖12 計數(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74160位輸出時作為控制電路來實現(xiàn)的邏輯的控制信號時， 每天0 3 ， 22 23的控制信號是零時，剩下的時間控制信號是1 時；如表2列出真值表；列出真值表如表2。 表2 真值表編號輸入輸出ABCDEFYQB2QA2QD1QC1QB1QA100000000100000102000010030000110400010015000101160001101700011118001000190010011100010101100101112001100130011011400111015001111160100001170100011180100101190100111200101001210

14、101011220101101230101111240110001250110011260110102701101128011100290111013001111031011111321000001331000011341000100351000110361001003710010138100110391001114010100041101001421010104310101144101100451011014610111047101111481100004911000150110010511100115211010053110101541101105511011156111000571110

15、01581110105911101160111100611111016211111063111111 2.4.6 主電路圖使用普通照明燈補光的主電路，將燈泡與開關，時間繼電器串聯(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主要可以分為以下三個部分：首先是六進制與二十四進制計數(shù)器地穩(wěn)定性的檢測：將六進制；二十四進制計數(shù)器分別獨立出來，再在CP端連上脈沖信號發(fā)生器，觀察電路QAQD端和進位輸出端的信號波形，以此來判斷計數(shù)器是否穩(wěn)定；片之間的進位是否穩(wěn)定正常的檢測：計數(shù)器模塊要獨立，終端耦合脈沖發(fā)生器，適當調(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)時電路的檢測：點擊調(diào)時按鈕控制開關，通過觀察數(shù)碼管的顯示值去判斷是否實現(xiàn)預期的調(diào)時功能，如若沒有實現(xiàn)，繼續(xù)調(diào)整修改電路；經(jīng)過仿真，雖然數(shù)字顯示剛開始不是很符合標準，但是隨著不停的調(diào)整頻率，片間的進位結果符合設計要求；3.2 控制模塊調(diào)試控制模塊地檢測主要有以下兩個方面：光照控制電路的測試：在補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候是否釋放以及繼電器在暗阻時能否跳合；時鐘控制電路的測試：邏輯控制電路獨立，位計數(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是一個低的水平，輸出邏輯電平的數(shù)字顯示的高。經(jīng)過仿真，結果符合設計要求；4 、優(yōu)化與設想雖然進過多次系統(tǒng)優(yōu)化，但是明顯可見本次設計還存在很多客觀問題，比如實際使用壽命問題，靈敏度高低問題，設施維護與保養(yǎng)問題，實物布置問題，系統(tǒng)智能操控設想等等幾個方面，考慮到為了能夠?qū)嶋H的解決小型養(yǎng)殖場的照明需求，我覺得首先要使用性能穩(wěn)定，市場口碑良好的元器件，這樣能保證一個基本的使用壽命，其次要保護好電路的防潮，防濕等問題，平時要多注意清理污垢，保證照明設施的良好運行； 隨著社會智能化的推進，自然聯(lián)想到怎么才能讓系統(tǒng)更人性化，更簡單實用，再此，我個人覺得如果條件允許，首先我們可以在電路中串聯(lián)

18、一個遙控開關裝置，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溫度感應部分，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，當然做好時控，光控，溫控的協(xié)調(diào)，最終達到最好的光照環(huán)境并不容易，對于一些散養(yǎng)殖戶來說，能夠達到基本需求的話，本文的設計已經(jīng)能夠滿足！額外的增加成本和布置難度并不明智！5、小結經(jīng)過電路仿真，本次畢業(yè)設計的電路結果符合設計要求。經(jīng)過設計方案的比較、論證、確定，系統(tǒng)電路的設計、仿真測試，最終完成了設計任務，實現(xiàn)了預定功能。電路的主要特點在于采用時鐘控制電路和光照控制電路相結合疊加控制，從而滿足了對雞場內(nèi)部進行自動補光；能夠適應不同的氣象環(huán)境

19、，不同得季節(jié)雞舍照明控制復雜的問題。另外，由于采用的是常見簡單廉價的電子元器件，電路相對簡單、不需要編程，實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切實的幫助，造福于社會！6、參考文獻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