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 Henhouse light automatic control system design and optimization Abstract Sheds light on the analysis of control its advantages and 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 the 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 录 绪论 1 1 系统设计 2 1 1 要求和功能 2 1 2 方案的确定 2 1 3 原理的阐述 2 1 4 器件的挑选 4 2 电路设计 6 2 1 直流稳压电源电路图 6 2 2 器件的选择和参数计算 6 2 3 补光控制电路的电路图和原理 6 2 4 电子钟电路 7 2 4 1 CP 模块 7 2 4 2 计时器模块 8 2 4 3 译码显示模块 8 2 4 4 调时模块 8 2 4 5 逻辑控制电路 9 2 4 6 主电路图 11 3 系统调试 12 3 1 电子钟模块调试 12 3 2 控制模块调试 12 4 优化与设想 13 5 小结 14 6 参考文献 16 附 74160 计数器的介绍 17 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 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 在阴天下雨的天气下 可能够满足自动进行补光 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 1 4 器件的挑选 序号名称型号参数数量 1TTL 集成逻辑与非门74002 2TTL 集成逻辑与非门74101 3TTL 集成逻辑非门74044 4TTL 集成逻辑与门74081 5TTL 集成逻辑或门74323 6TTL 集成逻辑或非门74102 7十进制 BCD 码计数器74LS1606 8BCD 七段译码显示器DCD HEX4 9定时器5551 10电阻 150 1 11电阻 470 1 12电阻 6K 1 13电阻 47K 2 14光敏电阻 2K 2M 1 15电位器 2 K 1 16电位器 10 K 1 17电容 220 F 1 18电容10 F1 表 1 元器件明细表 19电容10nF1 20二极管IN40075 21稳压二极管6V1 22发光二极管LED1 23三极管90131 24电压继电器6V2 25刀开关单级一位2 26按钮开关2 27白炽灯220V 100W2 28熔断器1A1 29交流变压器220V 15V1 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 VUO6 负载电流 mAIL40 10 UI的选择 UI 2 3 UZ 12 18V 变压器的选择 变比 1 3 18 2 12 18 12 220 k 可取 k 15 1 此时 UI 14 7V 稳压管的选择 VUU OZ 6 mAIZ60 5 限流电阻的选择 3 193 405 6 7 14 maxmin Im max k II UU R LZ zin 取 3 124 1060 67 14 minmax Im min k II UU R LZ zax 150R 电容的选择 取 C 220F 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 2K 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 2M 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 1 CP 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 9 CP 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 1s2ln2 3 12ln 3 22ln 12121 122 1211 CRRTTT TCRT TCRRT 由于实际电路中要求 R1 R2 1K 同时 R1 R2 3 3M 故取 C1 10 F 代入上式计算得 R1 R2 48 K 可取两个 47 K 的电阻 与一个 2K 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 01 F 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 输入输出 ABCDEF 编号 QB2QA2QD1QC1QB1QA1 Y 00000000 10000010 20000100 30000110 40001001 50001011 60001101 70001111 80010001 90010011 10001010 11001011 12001100 13001101 14001110 15001111 160100001 170100011 180100101 190100111 200101001 210101011 220101101 230101111 240110001 250110011 26011010 27011011 28011100 29011101 30011110 31011111 321000001 331000011 341000100 351000110 36100100 37100101 38100110 39100111 40101000 41101001 42101010 43101011 44101100 45101101 46101110 47101111 48110000 49110001 50110010 51110011 52110100 53110101 54110110 55110111 56111000 57111001 58111010 59111011 60111100 61111101 62111110 63111111 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 Devdas Shetty Mechatronics System Design M BEIJING China Machine 2004 2 Zhao Y Liao Y B Lai S R Simultaneous measurement of down hole high pressure and temperature with a bulkmodulus and FBG sensor C IEEE Photonics Tech Lett 2002 3 N Sriskanthan F Tan A Karande Bluetooth based ho