鸡舍灯光自动控制系统的设计与优化.docx

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鸡舍灯光自动控制系统的设计与优化

鸡舍灯光自动控制系统的设计与优化

摘要：

本文针对大型家禽养殖基地对鸡舍灯光控制方式进行分析，综合其优缺点提出一种合理的控制模式。

采用光照控制电路和时钟控制电路组合控制，实现了对鸡舍进行自动补光。

解决了不同天气、不同季节鸡舍灯光控制复杂的问题。

控制电路是核心部分，电路设计的优良直接决定了补光效果的高低。

关键词：

鸡舍补光；光照控制；时钟控制

Henhouselightautomaticcontrolsystemdesignandoptimization

Abstract：

Shedslightontheanalysisofcontrol,itsadvantagesanddisadvantagesoftheintegratedcontrolofareasonablemodel.Illuminationusingtheclockcontrolcircuitandcontrolcircuitcombinationofcontrol,therealizationofautomaticshedslightup.Solutionofdifferentweather,differentseasonsshedslightcontrolofcomplexissues.Thecoreofthecontrolcircuits,theiradvantagesanddisadvantagesdeterminethereasonablenessofpremiumlight,suchasoverallperformanceandaccuracy.

Keywords:

shedslightup;lightcontrol;clockcontrol

绪论

技术的进步带来产业的革命。

传统养殖行业遵循家禽的天然属性，白天喂养，夜间歇息。

这是农业经济时代的生产方式，不能适应当今规模化养殖，产业化生产。

研究人员发现，利用生物对日照或光照的依赖，可以使家禽多进食，多产蛋，从而提高家禽的产蛋率，增加经济效益，提高养殖户的收入。

与家庭照明相对高端的控制器作对比，虽然功能不多，精度不准，外形设计也不美观，但起码满足了基本的控制功能，并且还大大降低了成本，使该设计更适合于中小规模的养鸡场。

1、系统设计

1.1要求和功能

该系统应具备以下功能：

①正常天气下，满足在太阳升起之前和太阳落下之后这两段时间进行补光；

②在阴天下雨的天气下，可能够满足自动进行补光；

③在季节交换的时候，能满足自动调节鸡场补光时间的长短；

1.2方案的确定

光照、时钟双控电路：

光照控制电路控制着恒定空间的光照强度，时钟控制电路控制着不同时间的光照，让设计在需要的时候补充光照，在不需要的时候关闭光源，从而保证了鸡生蛋对光的需求，保证了光照的恒定，提高生蛋率！

1.3原理的阐述

主电源变压器，整流，滤波，得到直流电源照明控制电路稳压后的系统框图，时钟控制电路提供低压直流电源;照明控制电路，用于控制量补光后处理控制设备的时钟控制电路运行的主电路，再加上补光灯用来照明；

鸡舍灯光控制器的原理框图如图1，电路包括以下几个部分：

直流稳

压电源、光照控制电路、时钟控制电路以及主电路。

图1（原理框图）

直流稳压电源如图2：

图2（稳压电源流程图）

照明控制电路如图3：

图3（照明控制电路）

时钟控制电路如图4：

图4（时钟控制电路）

主电路如图5：

图5（主电路图）

补光原理如图6.

图6（补光原理图）

如上图6所示，电子钟控制和光照控制这两种控制方式作用在一起的时候就是鸡舍所需额外灯光时间段的实际效果；在夏天补充两小时到补光灯，天亮之后再接受自然光，天黑之后再延续二个小时补光；随着昼夜时差；春夏秋冬补光时间自行调节；夏天补充的相对较短，冬天的补光时间相对较长，补光时间可以延长及缩短4到5小时左右。

通过人为对光敏电阻值的调控，根据实际需求还可以自行设定阴雨天24H自动补光的功能；

电路原理如系统流程图所示，对大电进行调压，滤波，整流，稳压后获得直流稳压电源，为时钟控制电路、光照控制电路提供低压直流电源；时钟控制电路，光照控制电路对控制量进行处理后控制主电路中补光设备的运行，进行补光。

照明控制电路，直流稳压电源，主电路，模拟电路; 时钟控制电路为数字电路。

表1：

元器件明细表

1.4器件的挑选

序号

名称

型号参数

数量

1

TTL集成逻辑与非门

7400

2

2

TTL集成逻辑与非门

7410

1

3

TTL集成逻辑非门

7404

4

4

TTL集成逻辑与门

7408

1

5

TTL集成逻辑或门

7432

3

6

TTL集成逻辑或非门

7410

2

7

十进制BCD码计数器

74LS160

6

8

BCD七段译码显示器

DCD_HEX

4

9

定时器

555

1

10

电阻

150Ω

1

11

电阻

470Ω

1

12

电阻

6KΩ

1

13

电阻

47KΩ

2

14

光敏电阻

2KΩ/2MΩ

1

15

电位器

2KΩ

1

16

电位器

10KΩ

1

17

电容

220μF

1

18

电容

10μF

1

19

电容

10nF

1

20

二极管

IN4007

5

21

稳压二极管

6V

1

22

发光二极管

LED

1

23

三极管

9013

1

24

电压继电器

6V

2

25

刀开关

单级一位

2

26

按钮开关

2

27

白炽灯

220V/100W

2

28

熔断器

1A

1

29

交流变压器

220V/15V

1

30

导线

若干

2、电路设计

2.1直流稳压电源电路图

因为直流稳压电源地额定输出电压相对恒定，输出电流的变化区间也相对较小，可以使用二极管稳压电路。

电路图如右图7：

直流稳压电源

图7直流稳压电源电路图

2.2器件的选择和参数计算

输出电压：

负载电流：

UI的选择：

UI＝（2～3）UZ=12~18V

变压器的选择：

变比

；

可取k=15﹕1，此时UI=14.7V；

稳压管的选择：

，

限流电阻的选择：

；取

电容的选择：

取C=220

整流二极管：

D1~D4选用IN4007

2.3补光控制电路的电路图和原理

采用光敏电阻将点亮信号转换成电信号，控制继电器的晶体管放大电路的设计如下图，如图8中.根据光敏电阻特殊的特性，在充足太阳光照射的情况下光敏电阻R3的测试值为低阻2KΩ。

晶体管Q1在这种情况下：

继电器K就会释放，会自动截止，当天黑之后光敏电阻的测试值为2MΩ，处于相对饱和导通，继电器常开触点就会自动连接，构成灯泡所需的供电电路，这时候灯泡就会打开，满足鸡场的照明；

图8补光控制电路图

2.4电子钟电路

2.4.1CP模块

秒表电路最重要的部分就是cp信号发生器，他会产生一个脉冲信号；该脉冲信号的频率是标准频率；其中振荡频率的精度和振荡频率的稳定度决定了一个电子钟的质量和使用寿命。

设计中采用555定时器与RC组成多谐振荡器来实现。

设计CP信号发生器如图9所示。

因为电子时钟计时的最小单位为1s，所以设定输出的脉冲频率为1Hz，占空比为2/3，周期T=1s。

图9CP信号发生器

由书本可知，多谐振荡器振荡周期地计算公式如下所示:

由于实际电路中要求R1、R2≥1KΩ，同时R1+R2≤3.3MΩ，故取C1=10μF，代入上式计算得R1=R2=48KΩ。

可取两个47KΩ的电阻与一个2KΩ的电位器串联实现，电位器滑动端调至50%位置处。

为提高555定时器比较器参考电压的稳定性，在5脚与地之间接电容C2=0.01μF。

2.4.2计时器模块

从电子表原理可以看出1s，1min，1h位是十进制；10s，10min位是六进制；10h位是二十四进制；

所以10s，10min位用74160构成六进制计数器，1S，1Min，1H位使用十进制计数器74160；10小时74160到24十进制计数器

原理图如图10所示；可利用置位法接成六进制计数器；

图10六进制计数器原理图

利用74160的同步置数端（LD’）实现的六进制计数器电路如图11所示。

另外，可用两片计数器满足24进制的计数器；计数器采用逻辑门电路连接。

2.4.3译码显示模块

采用集成的译码显示模块；内含译码器；显示器；电阻；

2.4.4调时模块

使用按钮开关1分钟的控制权，1H，脉冲CP信号发生器作为定时脉冲

图11六进制计数器电路图

图12计数器、译码器、显示器电路图

2.4.5逻辑控制电路

使用两个74160位输出时作为控制电路来实现的逻辑的控制信号时，每天0〜3，22〜23的控制信号是零时，剩下的时间控制信号是1时；如表2 列出真值表；

列出真值表如表2。

表2真值表

编号

输入

输出

A

B

C

D

E

F

Y

QB2

QA2

QD1

QC1

QB1

QA1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

2

0

0

0

0

1

0

0

3

0

0

0

0

1

1

0

4

0

0

0

1

0

0

1

5

0

0

0

1

0

1

1

6

0

0

0

1

1

0

1

7

0

0

0

1

1

1

1

8

0

0

1

0

0

0

1

9

0

0

1

0

0

1

1

10

0

0

1

0

1

0

×

11

0

0

1

0

1

1

×

12

0

0

1

1

0

0

×

13

0

0

1

1

0

1

×

14

0

0

1

1

1

0

×

15

0

0

1

1

1

1

×

16

0

1

0

0

0

0

1

17

0

1

0

0

0

1

1

18

0

1

0

0

1

0

1

19

0

1

0

0

1

1

1

20

0

1

0

1

0

0

1

21

0

1

0

1

0

1

1

22

0

1

0

1

1

0

1

23

0

1

0

1

1

1

1

24

0

1

1

0

0

0

1

25

0

1

1

0

0

1

1

26

0

1

1

0

1

0

×

27

0

1

1

0

1

1

×

28

0

1

1

1

0

0

×

29

0

1

1

1

0

1

×

30

0

1

1

1

1

0

×

31

0

1

1

1

1

1

×

32

1

0

0

0

0

0

1

33

1

0

0

0

0

1

1

34

1

0

0

0

1

0

0

35

1

0

0

0

1

1

0

36

1

0

0

1

0

0

×

37

1

0

0

1

0

1

×

38

1

0

0

1

1

0

×

39

1

0

0

1

1

1

×

40

1

0

1

0

0

0

×

41

1

0

1

0

0

1

×

42

1

0

1

0

1

0

×

43

1

0

1

0

1

1

×

44

1

0

1

1

0

0

×

45

1

0

1

1

0

1

×

46

1

0

1

1

1

0

×

47

1

0

1

1

1

1

×

48

1

1

0

0

0

0

×

49

1

1

0

0

0

1

×

50

1

1

0

0

1

0

×

51

1

1

0

0

1

1

×

52

1

1

0

1

0

0

×

53

1

1

0

1

0

1

×

54

1

1

0

1

1

0

×

55

1

1

0

1

1

1

×

56

1

1

1

0

0

0

×

57

1

1

1

0

0

1

×

58

1

1

1

0

1

0

×

59

1

1

1

0

1

1

×

60

1

1

1

1

0

0

×

61

1

1

1

1

0

1

×

62

1

1

1

1

1

0

×

63

1

1

1

1

1

1

×

2.4.6主电路图

使用普通照明灯补光的主电路，将灯泡与开关，时间继电器串联。

电路如图13。

图13主电路电路图

3、系统调试

3.1电子钟模块调试

电子钟这一块功能的检测主要可以分为以下三个部分：

首先是六进制与二十四进制计数器地稳定性的检测：

将六进制；二十四进制计数器分别独立出来，再在CP端连上脉冲信号发生器，观察电路QA~QD端和进位输出端的信号波形，以此来判断计数器是否稳定；

片之间的进位是否稳定正常的检测：

计数器模块要独立，终端耦合脉冲发生器，适当调大数的频率（如10khz），观察数字显示是否为正常的输入；

调时电路的检测：

点击调时按钮控制开关，通过观察数码管的显示值去判断是否实现预期的调时功能，如若没有实现，继续调整修改电路；

经过仿真，虽然数字显示刚开始不是很符合标准，但是随着不停的调整频率，片间的进位结果符合设计要求；

3.2控制模块调试

控制模块地检测主要有以下两个方面：

光照控制电路的测试：

在补光控制电路的两端连接上6V的直流电源；调节光敏电阻的阻值（在亮阻2K到暗阻2M之间循序改变），记录继电器处于光敏电阻为亮阻的时候是否释放以及继电器在暗阻时能否跳合；

时钟控制电路的测试：

逻辑控制电路独立，位计数器终端耦合脉冲发生器，在逻辑电平输出的示波器，观察数码管显示输出逻辑电平为00〜03，22〜23是一个低的水平，输出逻辑电平的数字显示的高。

经过仿真，结果符合设计要求；

4、优化与设想

虽然进过多次系统优化，但是明显可见本次设计还存在很多客观问题，比如实际使用寿命问题，灵敏度高低问题，设施维护与保养问题，实物布置问题，系统智能操控设想等等几个方面，考虑到为了能够实际的解决小型养殖场的照明需求，我觉得首先要使用性能稳定，市场口碑良好的元器件，这样能保证一个基本的使用寿命，其次要保护好电路的防潮，防湿等问题，平时要多注意清理污垢，保证照明设施的良好运行；

随着社会智能化的推进，自然联想到怎么才能让系统更人性化，更简单实用，再此，我个人觉得如果条件允许，首先我们可以在电路中串联一个遥控开关装置，让使用者能够更方便的操作；其次可以在大的方面增加一个温度感应部分，即在温度偏低但是有一定自然光照射的情况下也可以给鸡提供一定的光照，提高生蛋率，当然做好时控，光控，温控的协调，最终达到最好的光照环境并不容易，对于一些散养殖户来说，能够达到基本需求的话，本文的设计已经能够满足！

额外的增加成本和布置难度并不明智！

5、小结

经过电路仿真，本次毕业设计的电路结果符合设计要求。

经过设计方案的比较、论证、确定，系统电路的设计、仿真测试，最终完成了设计任务，实现了预定功能。

电路的主要特点在于采用时钟控制电路和光照控制电路相结合叠加控制，从而满足了对鸡场内部进行自动补光；能够适应不同的气象环境，不同得季节鸡舍照明控制复杂的问题。

另外，由于采用的是常见简单廉价的电子元器件，电路相对简单、不需要编程，实际资金需求也比较小，更是易于更换和维修；

在此希望能够给需要的人们提供一点切实的帮助，造福于社会！

6、参考文献

[1]DevdasShetty，MechatronicsSystemDesign[M].BEIJING：

ChinaMachine，2004

[2]ZhaoY,LiaoYB,LaiSR.Simultaneousmeasurementofdown-holehighpressureandtemperaturewithabulkmodulusandFBGsensor[C].IEEE,PhotonicsTech.Lett，2002

[3]N.Sriskanthan,F.Tan,A.Karande.Bluetoothbasedhomeautomationsystem.MicroprocessorsandMicrosystems,2002,（26）:

281-289

[4]FarahMagrabi,NigelH.Lovell,BrankoG..Celler.Aweb-basedapproachfor

electrocardiogrammonitoringinthehome.InternationalJournalofMedicalInformations,

1999,（54）;145-153

[5]盛南岭、李士光．鸡舍电子智能补光器的制作[J].电子制作，2007，（09）

[6]张洪润,张亚凡.单片机原理及应用[M].清华大学出版社有限公司,2005.

[7]路而红．虚拟电子实验室——Multisim7&Ultibord7[M]：

人民邮电出版社，2005

[8]姜久超.单片机在火灾自动报警控制器中的应用[J].河北工程技术高等专科学校学报,1995,2.

附：

74160计数器的介绍

该计数器有两个功能如下：

1,同步置数功能

当LD的非处于有效电平时，74160的计数功能被禁止；在CP脉冲上升沿地作用下D0;D1;D2;D3的数据被置入计数器；分别显示在Q0;Q1;Q2;Q3端；若是将74160接成七进制计数器，控制置数端的信号则是N（7）状态，如在D0;D1;D2;D3都置入低电平位，则在Q0;Q1;Q2;Q3端呈现的数据就是低，高，高，低；

2，异步清零功能

只要CR的非处于有效电平时，不管有没有CP脉冲的作用，呈现的都为‘0’。

在图形符号中，CR的非的信号为CT=0；若是改成七进制计数器，这里要特别注意的是；控制清零端的信号是N（7）状态；其实，这很容易理解；因为异步清零端信号一旦出现就立即作用，如刚出现‘0111’，就被立即送到（CR的非）的一端，使刚出现的‘0111’状改变为‘0000’；所以，清零信号是非常短暂的，只是过度状态，不会成为计数的一个状态；清零端是低电平有效。