鸡舍电子智能补光器的设计.docx

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鸡舍电子智能补光器的设计

天津大学网络教育学院

专科毕业论文

题目：

鸡舍电子智能补光器的设计

完成期限：

2016年1月8日至2016年4月20日

学习中心：

嘉兴

专业名称：

电气自动化技术

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学生学号：

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鸡舍电子智能补光器的设计

1引言

1.1课题背景

科学的养鸡方法为:

鸡舍白天正常采光，夜间依靠灯光进行补光。

经验表明补光分两时段为宜:

即天黑后延续一段时间，次日凌晨前补充一段时间，由于季节的差异，要求夏天少补、冬季多补、阴雨常补。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

清晨补充光照蛋鸡在产蛋期每日的光照必须保持在15～16h之间,因地域或季节的不同,自然光照有时达不到这一要求,所以要采用人工补充光照。

以往补光习惯在晚上进行,但实际工作中,晚上是一用电高峰,光照强度往往不够而且经常发生停电,这样不仅达不到补光的目的,还使当日最后一次喂料不能正常进行。

为此,我们采用清晨补光的办法,收到了较好的效果。

补光的时间从清晨4∶00点开始至下午8∶00点结束。

也可根据具体情况或停电的规律做适当的调整。

补光的方法将鸡舍灯泡的开关和供水总开关设在卧室内。

晚上8∶00点前在料槽内加好饲料,将各水槽供水流速调整好,到卧室内把水、电总开关关闭。

清晨4∶00点闹钟一响,打开水电开关,饲养员可以继续休息至6∶00点以后再去鸡舍工作。

清晨补光的优点:

清晨补充光照可避免因晚上用电高峰而使鸡舍光照不足,或因停电使补光不能正常进行的现象;夏季晚上天气炎热,蛋鸡食欲下降,清晨空气凉爽,鸡采食量增加使营养得以补充;冬季夜间寒冷,清晨补光可使鸡群通过采食和运动来增加产热并维持鸡舍温度;以往晚上补光,鸡群每日的产蛋高峰在上午,下午收集完鸡蛋后只能待第2d出售。

鸡蛋放在鸡舍内受到苍蝇、老鼠及灰尘的污染，不但从外观上影响了蛋的新鲜度，同时因蛋内水分的蒸发减少了蛋重，影响收入。

另外还要注意以下7点：

1．一定要制定周全的光照计划，并切实付诸实施，不得半途而废。

2．在育成期，每天光照时间应当保持恒定或逐渐减少，切勿增加。

但每天光照时间不能少于6小时。

3．在产蛋期，每天光照时间应当保持恒定或逐渐增加，切勿减少，但每天光照时间不要超过17小时。

4．在产蛋期，必须注意光照时间的增加应当是逐渐的，不能突然的大量增加，否则易造成鸡的脱肛等病症的发生。

5．不得随意改变光的颜色和光照时间，否则会引起停产。

一般都采用红色或白色光照，其结果无论在产蛋量及蛋的质量方面都有改进，而且能防止或减少啄羽、啄肛、斗殴等恶癖的发生。

同时对鸡的生长和饲料消耗等方面也能收到较好的效果。

6．在光照强度应当均匀一致。

并且灯光应当逐渐明或暗，否则会引起惊群应激反应，突然关灯或把光照时间缩短太快都会引起换羽，产畸形蛋，甚至停产等不良后果。

7．必须加强综合性饲养管理措施，要切实做好鸡的疫病防治工作，以确保人工光照的效果。

目前鸡舍一般采用自动或着智能补光技术。

现在市场上多数采用时钟控制和光控相结合的方式实现智能补光。

受外界光线制约的光电控制：

根据光敏电阻的特点，在充足的自然光线下光敏电阻R为低阻2KΩ,这时晶体管BG1饱和导通，继电器J吸合，当夜暮来临后光敏电阻呈高阻2MΩ,BG1截止继电器释放，常闭触点接通补光灯泡供电回路。

由于季节的差异，光控时间也有所不同,以夏季为例，日长夜短，在光控作用下晚上8点开灯，凌晨5点灯灭。

采用石英钟固定控制：

由普通的石英钟芯同轴带动一凹凸轮，转动的凹凸轮直接压动微动开关。

凸面时开关闭合，继电器得电吸合，凹面时开关断开继电器释放，常闭点接通灯亮。

适当调整可以完成表芯时间控制，关5个小时、开7个小时，每12小时周而复始，循环不变，两种控制方式叠加在一起就是夏季补光的实际效果，也就完成了前面要求的凌晨提前二个小时补灯光、天亮后接受自然光，天黑后延续二个小时补光。

随着昼夜时差；春、夏、秋、冬补光时间自行调节，冬季补光时间相对最长，补光时间可提前及延长4-5小时之久。

通过对光敏电阻的调整，还可以设定阴雨天全天自动补光的功能。

电路中的发光管LED2可指示补光灯的工作状态。

1.2.2国外研究现状

德国西门子公司的一家子公司近日推出一种发深红光的发光二极管（LED）温室补光光源，能更有效满足作物光合作用的需要，节能效益也更明显。

近年来大功率LED的研发成功为这一技术在温室补光方面的应用奠定了基础。

这种LED温室补光光源发光波长达到660纳米，对植物光合作用非常适宜。

此外，这种LED光源能将37%的输入电能转换为光能输出，发光效率在同色光源中已名列前茅，因而与传统温室补光源相比更为节能。

西门子公司在丹麦的一个试点项目使用大约5万个这种LED光源为几千平方米的种植面积补光使温室能耗比过去降低40%。

目前温室人工补光光源主要有荧光灯、高压钠灯、低压钠灯和金属卤化物灯等，这些光源红外和绿光等光谱成分所占比重较大，作物光合作用所需的红、蓝光谱成分较少，光能利用率低，耗能大。

相对而言，LED光源不仅能提高温室光能利用率，还能在作物不同的生长阶段有的放矢地促进作物生长，比如红光有助促进作物长高，蓝光有助作物形成胚芽。

在10%和30%范围内有针对性地调整蓝光在总光照中的比例还可节约化肥。

红光加蓝光LED系统的发光效率比传统高压钠灯高60%，而且LED光源使用寿命平均为10万小时，可以长年免维护。

1.3本课题研究内容

本课题只是研究如何给鸡舍补光。

要求鸡舍有足够时间（18小时）的光照，时间在凌晨4点到晚上10点之间。

也有给鸡一定的休息时间。

不需要人工控制光照，实现制动化控制，并且能结合自然光照，节约电能，设备简单易行。

1.3.1设计内容

本设计采用常见的电子元器件实现光照控制和时钟控制相结合的控制电路，使鸡舍光照时间恒定为凌晨4点到晚上10点之间的18小时，在晴天实现了傍晚、凌晨双时段补光，同时解决了阴雨天气补光的问题，在季节变换时也不需要调节，基本满足了实际需求，适用于中小规模的养鸡场。

2设计思路

2.1补光原理

补光原理如图1

图1补光原理图

如图1所示，光照控制和时钟控制两种控制方式叠加在一起就是补光的实际效果，夏季补光实现了凌晨提前二个小时补灯光，天亮后接受自然光，天黑后延续二个小时补光。

随着昼夜时差；春、夏、秋、冬补光时间自行调节，冬季补光时间相对最长，补光时间可提前及延长4-5小时之久。

通过光敏电阻调整，还可以有阴雨天全天自动补光的功能。

2.2设计方案

首先，利用光敏电阻特性设计一个光控检测电路。

没有光照时，给单片机相应引脚一个高电平信号，有光照时给该引脚一个低电平信号（设为输入信号）。

再利用单片机软件实现时钟控制：

当有输入信号时，单片机相应引脚为高电平；当没有输入信号时，且时间在凌晨四点到晚上十点时，单片机该引脚为低电平信号（设输出信号），如果不在这个时间段，该引脚仍为高电平。

再利用继电器设计一个灯光开关控制电路，当有输出信号时，继电器吸合使电灯工作，当没有输出信号时，继电器不吸合电灯不工作。

本方案是以单片机为主体的设计方案，系统框图如图2所示

图2系统框图

3各模块电路设计

3.1直流稳压电源电路设计

图3电源电路图

如图3所示，对220V市电进行变压、整流、滤波、稳压后获得5V的直流稳压电源，为感光控制电路、时钟控制电路提供低压直流电源；感光控制电路、时钟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。

3.2单片机芯片STC89C52原理

本系统需要单片机完成24小时时钟系统的产生并送LCD1602进行显示、接受两个轻触开关送来的信号进行时钟调节、处理感光电路送来的信号并结合时钟系统对电灯开关电路控制。

本系统对处理速度无特殊要求，故选择ATMEL公司生产的STC89C52单片机，STC89C52增加了在线调试功能，即程序可以通过JTAG接口下载，调试和固化，因而该芯片的开发不再需要昂贵的硬件仿真器，可实现实时仿真，所有的资源都可以为用户所使用，可以在线编程或在系统编程，更进一步地说，在线编程或在系统编程是开发的系统具有了通过网络进行升级、维护的潜在功能。

STC89C52的性能及特点：

（1）与MCS-51系列单片机兼容。

（2）片内有8K可在线重复编程的快速内部ROM。

（3）存可擦写存储器（FlashMemory）。

（4）存储器可循环写入/擦写10000次以上。

（5）存储器数据保存时间为10年以上。

（6）工作电压范围：

Vcc可为2.7V-6.5V。

（7）全静态工作：

可从0Hz-24MHz。

（8）程序存储器具有三级加密保护。

（9）256字节的内部RAM。

（10）32条可编程I/O口线。

（11）三个16位定时器/计数器。

（12）中断结构具有5级（6级）中断源和两个优下级。

（13）可编程全双工串行通讯。

（14）空闲维持低功耗和掉电状态保护存储数据。

（15）P0口是一个双向8位三态I/O口，每个口可独立控制。

使用时需外接上拉电阻。

（16）P1口是一个准双向8位I/O口，它的功能是单一的，只能用作数据的输入或者输出。

（17）P2口是一个准双向8位I/O口，输出时，从P2.x端口可输出CPU写到锁存器上的信号。

当该接口用做数据输入接口是，应先向该位写1，然后，读该位即可读入输入数据。

（18）P3口是具有第二功能的准双向8位I/O口。

（19）ALE/PROG：

地址所存/编程信号线。

当P0口工作在第二功能时从该端口可复用工作，某时刻该端口可以送出地址信号A0～A7，而另外的时刻该端口传送的是数据信号D0～D7。

利用ALE可以将地址信号A0～A7锁存到地址锁存器。

（20）

/VPP：

该控制信号线也具有双重功能，是允许访问片外ROM/编程高电压引线。

（21）

：

程序存储器允许输出控制端，常用作片外ROM的读控制信号，低电平有效。

（22）RESET：

复位引脚，当该端加上超过24个时钟周期的高电平时，可是8051复位。

系统复位电路如图2.3所示。

（23）X1、X2：

外接时钟引脚。

X1为片内振荡电路的输入端，X2为片内振荡电路的输出端。

STC89C52引脚图如图4

图4ATC89C52引脚图

3.3光控检测电路

3.3.1光敏电阻工作原理

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。

在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。

用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。

通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体

及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。

在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。

光照愈强，阻值愈低。

入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。

在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。

半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。

3.3.2光控检测电路原理

图5光控检测电路图

表15537光敏电阻的基本参数

基片尺寸

5.1±0.2mm

亮电组

暗电阻

最大电压

最大功耗

环境温度

光谱峰值

响应时间

1Ω-10Ω（≥100LUX）

≥2MΩ

150V