养殖场光照强度控制与调节系统设计与仿真(徐超)

1、安徽科技学院学士学位论文本科生毕业论文（设计）题 目:养殖场光照强度控制与调节系统设计与仿真姓 名: 徐超 学 院: 理学院 专 业: 电子科学与技术 班 级: 2009级（1）班 学 号: 1886090133 指导教师: 章毛连 职称: 教授 2013年05月20日 安徽科技学院教务处制摘 要现代化养殖场需要为家禽（如蛋鸡和肉鸡）创造适宜光照与温度环境、提供适量食物、减少外界干扰，而光照强度就成为提高家禽生长发育和产蛋率不可忽略的因素。因此光照强度调控设备就成为养殖场不可或缺的装置。本设计以AT89C52单片机最小系统为核心，选用硫化镉光敏电阻来采集光强，将光强显示在LCD1602显示器上

2、，并通过DAC0808转换器和电机分别控制灯泡及遮光帘，最终能够实现蛋鸡养殖场内的光照度按照设定值自动调控。经过系统仿真，达到了调控蛋鸡养殖场光照强度的要求。本设计电路结构简单、实用性较强、操作简便，具有一定的市场推广价值。关键字: 养殖场；光照强度；光敏电阻；AT89C52；A/D转换器IAbstract Modernization need for poultry farms, (such as laying hens and chickens) to create appropriate illumination and temperature environment, to provi

3、de adequate food, reduce interference, and the intensity of light is raising poultry growth and rate factors cannot be ignored. So the light intensity control equipment becomes an indispensable device farms. This design by AT89C52 single chip microcomputer minimum system as the core, selects the cad

4、mium sulfide photo resistance to gather light intensity , the intensity of light show on the LCD1602 display ,and through the DAC0808 converter and motor control lights and window blind respectively ,finally able to laying hens breeding field of light automatic control according to the set value. Th

5、rough the system simulation, has reached the requirement of regulating the laying hens farm light intensity. This design circuit structure is simple, practice, easy to operate, has certain market value.Keywords: Farms; Light intensity; Photosensitive resistance; AT89C52; A/D converterIIIII目录第一章. 绪论1

6、1.1 研究背景与意义11.2 国内外研究现状21.3 研究内容与框架2第二章. 系统概念设计32.1 概念设计32.2 系统主要器件5第三章. 系统硬件设计113.1 单片机最小系统模块123.2 1602显示模块163.3 光采集模块163.4 控制灯泡模块163.5 控制遮光帘开与关模块18第四章. 系统软件设计.184.1 程序设计思路194.2 设计流程图19第五章. 系统仿真.215.1 仿真205.2 调试26第六章. 总结与展望276.1 总结276.2 展望27致谢:28参考文献:29附录:30III 图表清单图2.1 概念设计流程图4图2.2 AT89C52单片机5图2.3

7、 光敏电阻光照特性曲线7图2.4 ADC0832转换器7图2.5 读取程序流程图8图2.6 LCD1602液晶显示器9图2.7 DAC0808转换器10图2.8 DAC0808引脚连接图10图3.1 系统硬件电路图11图3.2 单片机最小系统11图3.3 单片机复位电路13图3.4 单片机晶振电路13图3.5 LCD显示电路14图3.6 光采集电路15图3.7 控制灯泡电路15图3.8 电机控制电路16图4.1 系统设计流程图18图5.1 系统仿真流程图20图5.2 灯泡亮起、电机正转图21图5.3 较低光强图21图5.4 灯泡熄灭、电机反转图22图5.5 较高光强图22图5.6 灯泡亮起、电

8、机不转图23图5.7 适宜光强图23图5.8 灯泡熄灭、电机不转图24图5.9 适宜光强图24图5.10 Keil软件调试截图25V第一章 绪论1.1 研究背景与意义 现代养殖场光强调控系统是其控制系统中一个重要环节。光照的强弱对家禽的生长、发育和产蛋的质与量具有直接的影响，特别对近十来年迅速发展壮大起来的养蛋鸡、肉鸡、肉鸭等家禽产业的经济利益产生较大影响。鸡与其它家畜相比,对光有较高的敏感性,以蛋鸡为例，介绍光照强度对蛋鸡的生理影响。适宜的光照时间与强度可以刺激蛋鸡性成熟并促使其排卵，提高蛋鸡的产蛋量。光照过强的条件下会使神经系统一直处于高度紧张状态,会破坏鸡体内的生理平衡,造成机体内激素分

9、泌失常,鸡兴奋性增加、好动不安，甚至会造成严重的脱肛、啄癖和神经质，从而导致育雏期蛋鸡的修饰行为、寻食行为、饮水行为、站立行为和走动行为随着光照强度的增加而增加，趴卧行为随着光照强度的增加而减少。这些行为的增强是蛋鸡对强光性刺激产生的一种本能反应。同时光照强度突然增强时，会使鸡群的破壳蛋、畸形蛋、阮皮蛋等明显增多，鸡的猝死率升高；至于采食行为次数随着光照强度的增加而减少的原因,可能是由于持续的强光作用于丘脑后使体内肾上腺素和皮质激素分泌增加,在肾上腺合成肾上腺皮质酮,使鸡群心理上表现烦躁不安,影响采食。光照过低会使鸡的采食量减少，饮水下降，妨碍生产，最终影响蛋鸡产蛋的质与量。光照因素包括光照强

10、度、光照周期和时间,而本设计仅仅是对光照强度方面进行控制和调节。现阶段我国蛋鸡养殖业多数是采用开放或半开放式，而对于开放式或半开放式的鸡舍, 可以采用人工补充光照和自然光照相结合的方式。当自然光照强度充足时, 不需要人工光照；只有当自然光照强度不足的时候,才采用人工光照进行补充。养殖场内的光照强度常常低于室外光照。尤其在高纬度地区，本来光照强度弱、日照时间短，养殖场房内的光照强度更差，对蛋鸡产蛋产量影响就更大。所以养殖场场房内光照条件是蛋鸡生产的主要问题，通过本设计可以提高蛋鸡的产量和质量，也能提高蛋鸡养殖户的经济效益，带动我国蛋鸡养殖业的专业化和自动化。本系统虽然功能不多，精度不高，但其实现

11、了控制光强的基本要求，满足了实际需求，同时降低了成本，适用于中小规模的养殖场，与低端的蛋鸡养殖场灯光控制器相比，功能比较完备，控制效果会较好。1.2 国内外研究现状科学技术是第一生产力，随着社会的不断发展、科技的不断进步以及人们生活水平的普遍提高，现代社会工业、生活等自动化、信息化要求越来越高，单片机的应用领域也越来越广，在人们的工作、生活中相当重要。各种各样方便于生活的自动控制系统进入了人们的生活。国外一些大型的蛋鸡养殖场对鸡舍光照强度调节与控制设备的需求量急剧增加，促使一些发达国家的鸡舍光照强度调节与控制设备的制造迅速发展起来，并且开始向自动化、智能化发展。20世纪90年代以后，随着电子与

12、计算机等高新技术的发展，蛋鸡场光照强度的调控也得到了发展，鸡场光照强度调节与控制设备制造产业逐渐发展成为一项新兴的产业。美国和加拿大等发达国家都致力于提高自动化程度的辅助设备而研究和开发可以帮助用户进行管理，其中光照调控系统已经普遍得应用于国外的现代化养鸡场中，在这方面的研究他们领先于我们。国外的鸡舍光照强度调控设备在设计的过程中，不仅要求系统有良好的调控效果，而且要求重视能源和人力资源的节约1。37 对比国外的一些发达国家，我国家禽养殖业的生产水平还处于快速追赶阶段，有较大的发展空间，而蛋鸡养殖场的光照问题是养鸡行业普遍要解决的问题。所以近年来，以单片机为核心开发了以蛋鸡日龄为基准的光照控制

13、设备，现以投入批量生产，初步实现了蛋鸡养殖场光强的自动化和智能化控制。但大多数的控制设备必须由工作人员手动操作或机电式操作，自动化水平比较低。尤其是我国的蛋鸡养殖大都以中小型为主，鸡舍的形式以半开放式和开放式为主，这也加大了我国畜禽养殖业生产自动化的困难。但是，只要养殖户、科研人员及政府给予重视，努力提高家禽养殖业的生产水平，就能缩小与发达国家的差距。1.3 研究内容与框架本论文研究内容为：养殖场光照控制是多种学科混合的技术，本设计以单片机技术和传感器技术为基础，结合了计算机技术、和畜禽养殖等技术。本设计操作起来灵活方便，实现了光的检测和控制，通过 C语言编程，完成了养殖场光照控制系统的软件开

14、发，能顺利进行光照的控制试验;并且在电脑上用软硬件联调进行了运行实验，试验取得了成功。主要研究内容如下:以 AT89C52单片机为控制的核心，ADC0832转换器模块对光照强度进行采集和处理，DAC0808转换器对灯泡灯进行控制，1602液晶显示器对光强度进行显示，以及电机对遮光帘的控制，最终实现养殖场光照强度的自动调节与控制。本论文框架包含六个章节：第一章为绪论，包括研究背景与意义、国内外研究现状和研究内容与框架；第二章为系统概念设计，包括系统从实际情况出发考虑其概念设计的介绍、电路中的主要元器件介绍；第三章为系统硬件设计，包括总体及各个模块介绍。第四章为系统软件设计，对本文编写程序的过程进

15、行了介绍；第五章为系统仿真，对电路三种情况的仿真结果进行了分析说明；第六章为本文的总结与展望。 第二章 系统概念设计2.1 概念设计现在我国大多养鸡场都采用自然光的制度，这样的光照制度可以节约资金和能源，但对鸡场的最大效益的发挥却有所限制。作为养鸡场要想让各种资源得到充分发挥，尽可能挖掘蛋鸡的产蛋潜力，就必须采用自然光照和人工补光相结合的光照制度。所以本设计就是基于自然光与人工补光与遮光机制进行模块设计。 蛋鸡性腺发育会直接受到光照强度的影响，在其发育期间光照会影响小鸡的发育与成活率。育成期间光照强度会影响鸡的采食量和脱肛、啄癖的发生，最终影响鸡的产蛋量。所以根据蛋鸡不同阶段的光照基本需求和自

16、然光照规律及季节变化，我们可以适当调整补光的要求，10周龄以前的小鸡，其生殖系统对光照不太敏感，为方便管理，最初几天可以适当延长一些，以后可利用自然光照，1020周龄的鸡生殖系统对光照逐渐敏感。试验证明，对蛋鸡来说5 Lux的光照强度就很足够了，但鸡舍设备样式多样化，降低了光照强度，尤其在笼养的鸡舍内，对产蛋鸡的影响就很大。出壳至3日龄光照强度保持20 Lux，4日龄至18周龄光照强度为47 Lux，至18 周龄以后光照强度为10 Lux。本设计是基于4日18周龄产蛋鸡对光照的要求，其最高光照强度阈值为7 Lux，最低光照强度阈值为4 Lux 2。结合蛋鸡对光照强度的具体要求，该设计主要由四个

17、部分组成：第一个部分实现光采集与转换模块，即用光敏电阻感应光强，ADC0832转换器将光敏电阻的电压信息发送给第二部分。第二个部分为光强处理模块，即将第一部分送来的电压信息通过单片机处理转换为光照强度信息，将此光强信息发送给第三部分并且给第四部分发送相应的高低电平。第三个部分为光强显示模块，即将第二部分送来的光强值显示出来。第四个部分为补光、遮光模块，即根据第二部分送来的信息使灯泡和遮光帘作出变化。具体如下，光强采集模块中的硫化镉（CdS）光敏电阻用来感应入射光的强度变化，将光敏电阻与一定值电阻串联接入电路，当外界光照强度发生变化时引起光敏电阻值的变化，从而影响其与定值电阻的分压情况，因此电路

18、中各点的电压值就会发生变化，用A/D转化芯片检测电路中电压的变化，其中A/D转换选用ADC0832芯片作为A/D转换芯片，进行模拟信号向数字信号的转换，用于数据的运算处理，送给单片机进行处理并输出给LCD1602显示出来光强变化趋势，同时单片机控制DAC0808转换芯片控制灯泡的亮与灭以及遮光帘的上下移动。概念设计流程图与总体设计框图如下图2.1所示：图2.1概念设计流程图2.2 主要器件本论文所研究的养殖场光照控制系统硬件模块按功能大致可以分为以下几个部分: 单片机最小系统模块、光采集模块、1602显示模块、控制灯泡的模块、控制遮光帘开与关模块。元器件主要有光敏电阻LDR、ADC0832转换

19、器、AT89C52单片机、LCD1602液晶显示器、DAC0808转换器、步进电机。主要器件介绍如下：（1）AT89C52单片机AT89C52是一个低功耗，高性能的CMOS 8位微控制器，引脚丰富，位控能力强。片内含8KB的可编程Flash 存储器512字节RAM，可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256B的随机存取数据存储器（RAM）。该单片机兼容标准MCS-51指令系统，由于单片机具有体积小，性价比高且易于产品化等优点，在智能仪器、机电产品一体化、工控测控等领域得到了广泛的应用3。AT89C52单片机见下图2.2所示：图2.2 AT89C52单片机AT89C52引脚说明如下：

20、A、主电源引脚VSS（接地）和VCC（+5V）；B、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2；C、控制或与其它电源复用引脚RST、ALE/PROG及 EA/VPP；D、输入/输出引脚P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7。技术性能描述如下:1、兼容MCS51指令系统；2、8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；3、32个双向I/O口；4、256x8bit内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHz；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；AT89C

21、52单片机为8 位通用微处理器，标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上则与通用的8XC52 相同，共40个引脚。主要的常用引脚有XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚），为晶体振荡器的输入和输出端口，外接12MHz 晶振；RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路，当单片机复位引脚为高电平且保持时间2us时单片机复位。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在使用时应注意单片机P0口的驱动能力较弱，如果无法正常驱动外设，应加上合适的上拉电阻再使用4。（2）光敏电阻利用光电

22、导效应制成的最典型的光电导器件是光敏电阻。光敏电阻的种类繁多，主要由其所使用的材料决定。本文中光敏电阻选用硫化镉（CdS），硫化镉是在可见光区用的非常广泛的一种光电导材料。单晶CdS的响应波段为0.3um-0.5um，多晶CdS的响应波段为0.3um-0.8um。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。 光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小，在无光的情况下，光敏电阻的阻值很高一般在1 M以上；有光线射入时，当光子能量大于其半导体材料的禁带宽度（Eg）的能量，则半导体材料中的电子吸收一个

23、光子的能量便成为导体，进入的光子的数量随着光照强度增大而增大，于是半导体中的电子变为可导体的数量就越多，导电能力也就越好，即光敏电阻的阻值就越小。当光照消失后，电子与空穴逐渐复合，光敏电阻便恢复其不可导的状态，阻值急剧增大5。光电特性是指在光敏电阻两级电压固定不变时，光照度与电阻的关系。不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。硫化镉光敏电阻光照特性曲线如图2.3所示：图2.3光敏电阻光照特性曲线（3）ADC0832转换器ADC0832转换器为8位分辨率的A/D转换芯片，其最高分辨率可达256级，能满足大多数的模拟量转换要求。它的内部电源电压与参考电压的复用，使得芯片的模

24、拟电压输入值在05V之间。芯片转换时间为32S，通过双数据输出可作为数据校验达到减少数据误差的目的，转换的速度较快且稳定性好。同时独立的芯片使能输入，在有多个器件连接和处理器控制时显得更加方便。通过DI 数据输入端，能很容易的实现通道功能的选择。ADC0832转换器技术性能如下： 8 位分辨率；双通道 A/D 转换；输入输出电平和 TTL/CMOS 具有较好的兼容性；电源供电时输入电压在05V之间，功耗一般为15mW；一般工作频率为250KHZ，转换时间为32S；8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；商用级芯片温宽为0°C to +75°C，工业级芯片温宽为4

25、0°C to +85°C；ADC0832芯片图如下图2.4所示：图2.4 ADC0832转换器芯片接口说明：CS 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道 0，或作为IN+/-使用。CH1 模拟输入通道 1，或作为IN+/-使用。GND 芯片参考0电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入端。VCC 电源输入及参考电压输入（复用）。 一般情况下，ADC0832通过四条数据线与单片机相联，分别是CS、CLK、DO、DI。由于DO与DI不同时进与单片机进行通信，固可接到同一管脚上。ADC0832未工作时，使能端CS

26、接高电平，芯片被禁用CLK 和DO/DI 的电平可任意；当需要A/D芯片开始工作时，将CS拉低，并使其一直保持低电平状态至芯片工作结束。与此同时，CLK端从处理器接收时钟脉冲信号，芯片在时钟信号与指令的控制下进行A/D的采集与转换工作。当D0、D1两位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当两位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当两位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。最终要将CS置高电平禁用位，对转换后的数据直接进行处理

27、就可以了6。ADC0832 的数据读取程序流程如下图2.5所示：图2.5 读取程序流程图（4）LCD1602液晶显示器 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、符号及数字等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，当然其有两行内容。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，故1602液晶不能显示图形内容。1602LCD是指显示的内容为16X2,即能够显示两行内容，且每一行有16个字符的液晶模块。LCD1602液晶显示器见图2.6所示：图2.6 LCD1602液晶显示器 技术性能描述如下

28、：1、+5V电压，对比度可调2、内含复位电路3、提供各种控制命令4、有80字节显示数据存储器DDRAM5、内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM1602采用标准的16脚接口：第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，VL接地时对比度最高，VL接正电源时对比度最弱，而对比度过高时会产生“鬼影”，使用 时加一个10K的电位器来调整对比度。 第4脚：RS为寄存器端口，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

29、当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。在本文绘图仿真软件Proteus中，15脚和16脚为空角，即软件中1602液晶模块没有该两脚，因而电路截图中没有出现第15脚和16脚7。 （5）DAC0808转换器DAC0808是8位数模转换集成芯片，电流输出，稳定时间为150ns,驱动电压±5V,33mW。DAC0808可以直接和TTL

30、,DTL和CMOS逻辑电平相兼容8。DAC0808转换器如下图2.7所示：图2.7 DAC0808转换器引脚功能A1A8:8位并行数据输入端（A1为最高位，A8为最低位），VREF():正向参考电压（需要加电阻），VREF()：负向参考电压，接地，IOUT:电流输出端，VEE:负电压输入端，COMP：compensation（补偿），补偿端，与VEE之间接电容，R14=5k时，（R14为14引脚的外接电阻)，电容一般为0.1uF，电容必须随着R14的增加而适当增加。GND：接地端，VCC：电源端，在proteus中都已隐藏。如下图所示,VEE接-5V电压，COMP端与VEE之间接0.1uF电容

31、，VREF(+)通过5K电阻接+5V电源，VREF(-)接地。输出端IOUT连接运算放大器反向输入端。运算放大器U4同相输入端接地。DAC0808引脚连接图如下图2.8所示：图2.8 DAC0808引脚连接图第三章 系统硬件设计本文所研究的养殖场光照控制系统硬件按功能大致可以分为以下几个部分: 单片机最小系统模块、光采集模块、1602显示模块、控制灯泡的模块、控制遮光帘开与关模块。系统硬件电路图如下图3.1所示：图3.1 系统硬件电路图3.1 单片机最小系统模块 单片机工作是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的，这个脉冲是单片机控制其中的时序电路发出的。单片机的时序就是CPU在执行指令时所需

32、控制信号的时间顺序。为了保证各部件的同步工作，单片机内部电路应在唯一的时钟信号下严格地按时序进行工作。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。故需要给单片机外接时钟电路和复位电路，组成单片机最小系统。本文的硬件电路图按照设计要求和思路在Proteus软件（软件版本：Proteus 7.7 sp2 ）下绘出，以AT89C52单片机为中心，外接复位电路和时钟电路。AT89C52单片机最小系统电路如下图3.2所示：图3.2 单片机最小系统3.1.1 复位电路复位是为了确保微机系统中电路稳定可靠

33、工作，必须加上复位电路这一部分，上电复位是复位电路的第一功能。一般单片机电路正常工作需要其供电电源为5V±5%，即4.755.25V，同时单片机电路是时序数字电路，它需要晶振电路提供稳定的时钟信号，因此在给电源上电时，只有当VCC端超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机电路开始正常工作9。本设计采用的是手动按钮复位，也就是上电和按键复位电路，按键复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V高电平就会直接加到RST端，迅速放电。复位按键弹起后，VCC继续给电

34、容充电。上电按键复位的电路如所示。RST引脚端出现复位正脉冲，其持续时间取决于RC电路的时间常数，即t=1/RC。一般人的动作按钮保持接通达数十毫秒，完全能够满足复位的时间要求。 单片机复位电路图如下图3.3所示：图3.3 单片机复位电路 3.1.2晶振电路单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振电路的作用是为单片机系统提供基本的时钟信号10。本单片机最小系统共同使用一种晶振信号，便于CPU与各

35、个部件保持同步。片内电路和片外器件就构成一个时钟信号的产生电路，CPU的所有操作都在时钟脉冲同步下进行工作。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF100pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为22pF，晶振频率为11.0592MHz。单片机晶振电路图如下图3.4所示：图3.4 单片机晶振电路3.2 1602显示模块 本文中使用的LCD1602液晶显示器，屏幕有两行字幕，第一行内容为“Current Luminance”意思是当前的光敏电阻上的电压，第二行内容是光强度，单位为Lux。1602液晶显示器的引脚D0

36、-D7与单片机的P0.0-P0.7依次连接，并与一组电阻排连接。RS（数据与指令选择）、RW（读写选择）、E（使能信号）三个引脚分别与单片机的P3.5、P3.6、P3.7引脚连接。1602液晶显示器受单片机的P3.5、P3.6、P3.7引脚信号控制，使其能显示出养殖场环境中光强值。LCD显示电路如下图3.5所示：图3.5 LCD显示电路3.3 光采集模块当光敏电阻没有光照时，其电阻值（暗电阻）会很大，大约为1兆欧，电路中的电流很小。当光敏电阻受到一定强度的光照时，它的阻值会急剧减小，此时光敏电阻值（亮电阻）很小，大约为2-5千欧，因此电路中电流会迅速增加。光敏电阻具有很高的灵敏度和很好的光谱特

37、性，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定。因此在自动化技术中得到广泛的应用。本文中光强采集模块采用硫化镉（CdS）作为光敏电阻器，其电阻受光照强度变化而变化，其与一个10千欧的电阻串联接入电路分压，一端接5V电源，一端接地。当外界光照强度发生变化时引起光敏电阻值的变化，从而影响其与定值电阻的分压情况。在光敏电阻两端接上电压表，测到光敏电阻上分得的电压值。因此电路中各点的电压值就会发生变化，用ADC0832转化芯片进行模拟信号向数字信号的转换，并将结果从P1.2口传送给单片机处理。光采集电路如下图3.6所示：图3.6 光采集电路3.4 控制灯泡的模块本文中控制灯泡的模块由D

38、AC0808转换器、两个5千欧的电阻、一个0.1uF电容、一个反向放大器和一个LED灯组成。DAC0808转换器的A1A8分别与单片机的P2.0P2.7依次连接。而VEE接-5V电压，COMP端与VEE之间接0.1uF电容，VREF(+)通过5K电阻接+5V电源，VREF(-)接地。输出端IOUT连接运算放大器反向输入端。当P2.0P2.7全部为高电平时，灯泡亮起。反之，P2.0P2.7全部为低电平时，灯泡熄灭。控制灯泡电路如下图3.7所示：图3.7 控制灯泡电路 3.5 控制遮光帘开与关模块实现直流电能和机械能互相转换的电机是直流电机。当它作电动机运行时是直流电动机，能将电能转换为机械能；当

39、它作发电机运行时是直流发电机，能将机械能转换为电能步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的11。而本次测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。 本实验中，电机控制电路是左右对称的，电机的正反转动是由单片机P3.0和P3.1端口的高低电平信号来决定的。当P3.0为0、P3.1为1时，右边三极管Q4导通，电机正转，当P3.0为1、P3.1为0时，三极管Q1导通，电机反转，当P3.0为0、P3.1为0时，三极管Q1、Q4都截止，电机不转11。遮光帘控制模块如下图3.8所示：图3.8 电机控制电路 第四章 系统软件设计4.1 程序设计思路本论文设计的光强控制电路使用了AT89C52单

40、片机、1602液晶显示器、ADC0832和DAC0808转换器四个数字设备，而这些元器件相应功能的实现都要靠编写适当的程序来完成。故电路程序的编写在本光强控制电路的设计中占有极其重要的位置。所以除了硬件，整个电路功能的实现和电路功能的确定，都是由在Keil Vision4软件里C语言程序来决定的。本设计使用光敏电阻进行光采集。将采集到的信息从单片机送到LCD1602显示光强度。当环境光强小于或等于阀值时，给单片机高电平信号，再由单片机给DAC0808转换器一个低电平，从而使灯组工作，实现养殖大棚光的补充，同时给电机电路低电平使遮光帘拉上；当环境光强大于或等于阀值时，给单片机低电平信号，再由单片

41、机给电机控制电路高电平使遮光帘拉下，减小光强，同时给DAC0832转换器一个高电平，从而使灯组不工作。当环境光强在所设置的阈值范围内，灯泡和电机状态保持之前状态不变。4.2 设计流程图设计流程图包括两个判断条件，分别是当前光照度是否大于程序设置的阈值、光照度是否小于程序设置的阈值。当光强低于最低光强阈值时，灯泡亮起，电机正转。当光强在要求的阈值范围内，灯泡和电机状态不变。当光强高于最大的光强阈值时，电机反转，灯泡熄灭。根据要求，将设计流程图概括如下图4.1所示：图4.1 系统设计流程图4.2.1 KELL软件简介Keil uVision4是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单

42、片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可续性、可维护上有明显的优势，因而易学易用，它包括C语言编译器、宏汇编器、连接/定位器、目标代码到HEX的转换器。 Keil uVision4软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全部在windows界面。多数语句能生成容易理解的汇编代码。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势9。4.2.2 KELL软件的使用方法启动Keil C51，进入编辑界面。（1)建立一个新工程，单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中New Project选项。（2)再选择一个路径去保存,并输入一个工程文件的名字,例如可以保存到C51目录里

43、,工程文件的名字为C51X,然后点击保存即可。（3)这时会弹出一个对话框,要求你选择大家用的比较多的Atmel 的89C52,选择89C52之后,右边栏有对这个单片机进行基本的说明,然后点击确定。（4）完成上一步后，开始编写程序。单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项。此时可以输入用户的软件程序，但要首先保存该空白的文件，单击菜单上的“Save”选项单击，在“文件名”栏右侧的编辑框中，必须输入正确的扩展名。注意，如果用语言编写程序，则扩展名为(.c)；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为(.asm)。本设计使用C语言，然后，单击“保存”按钮。（5）回到编辑界面后，单击“Tar

44、get 1”前面的“”号，然后在“Source Group 1”上单击右键，弹出菜单，然后单击“Add File to Group Source Group 1”。（6）选中xu.c，然后单击“Add ”和“Close”。（7）输入程序。（8）单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“Built Target”选项，编译成功后，再单击“Project”菜单，并在下拉菜单中单击“Start/Stop Debug Session”。（9）调试程序，单击“Debug”菜单，并单击下拉菜单中的“Go”选项，然后再单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单击“Stop Running”选项（或者使用快

45、捷键Esc）；单击“View”菜单，再在下拉菜单中单击“Serial Windows #1”选项，就可以看到程序运行后的结果。（10）最后，把程序下载到单片机中。第五章 系统仿真5.1 仿真Proteus仿真主要是使用计算机软件来模拟实际单片机的运行，不需要搭建硬件电路就可以对程序进行验证。Proteus仿真的缺点是无法对硬件部分完全仿真，因此还要通过硬件仿真来完成最后的设计。仿真中光强度的大小是人为的加减光敏电阻上的光强度，达到模拟自然光的增加与减少。基于Proteus 7.2 SP2仿真软件的系统仿真流程图如下图5.1所示:图5.1 系统仿真流程图1.当光照强度等于3.14 Lux时，其小

46、于设置的最小光强阈值4 Lux时，电机正转，拉上遮光帘，使自然光射入养殖场内，且灯泡亮起，进行补光。电机正转延时大概4-5秒，可以使遮光帘完全拉上，具体实际中要根据窗帘长度更改延时的时长。电机显示为+91.6为当时转速为正向91.6rad/s。灯泡与电机状态如下图5.2所示：图5.2 灯泡亮起、电机正转图此时光照强度显示在LCD1602液晶显示器上。如下图5.3所示：图5.3 较低光强图2.当光照强度等于7.30 Lux时，其大于设置的最大光强阈值7 Lux时，电机反转，拉下遮光帘，减少自然光射入养殖场内，且灯泡熄灭，从而减少环境的光照度。电机反转延时大概4-5秒，可以使遮光帘完全拉上，具体实

47、际中要根据窗帘长度更改延时的时长。电机显示为-131为当时转速为反向131rad/s。灯泡与电机状态如下图5.4所示：图5.4 灯泡熄灭、电机反转图此时光强度显示在LCD1602液晶显示器上。如下图5.5所示：图5.5 较高光强图3.当光照强度在所设置的光照度阈值范围内时，电机和灯泡保持之前时刻的状态。分两种情况讨论，（1）当光强增加时，光强超过4 Lux且小于7 Lux，电机不转，灯泡保持之前亮起的状态进行补光。灯泡与电机状态如下图5.6所示：图5.6 灯泡亮起、电机不转图此时光强度显示在LCD1602液晶显示器上。如下图5.7所示：图5.7 适宜光强图（2）当光强减少时，光强小于7 Lux

48、且大于4 Lux，电机不转，灯泡保持之前熄灭的状态不补光。灯泡与电机状态如下图5.8所示：图5.8 灯泡熄灭、电机不转图此时光强度显示在LCD1602液晶显示器上。如下图5.9所示：图5.9 适宜光强图从电路仿真运行的结果看，本次设计的光强控制电路运行正常。当模拟环境光强处于预先设置的光强范围时，电路灯泡和电机状态不变，当需要补光和遮光时，系统响应正常。总体达到了预期的控制光强度的设计目标。5.2 调试软件调试和硬件调试一起组成系统调试。软件部分主要是对程序的调试，可以结合Keil和 Proteus进行调试，开始时就出现LCD不能显示环境的光强，经过一系列的调试，终于能够在Proteus仿真中

49、获得成功。硬件调试因为输出电路出现问题，最后经过对电机电路多次改正，最终实现了设计要求。图5.10 Keil软件调试截图第六章 总结与展望6.1 总结 光照的控制在蛋鸡养殖中占有重要的地位。本设计包括系统的硬件设计、软件C语言编程与仿真调试等。 在本次设计进行过程中，主要工作包括:(1) 以单片机 AT89C52最小系统为核心进行系统的硬件设计，采用光敏电阻采光模块进行数据输入通过LCD1602显示光强变化，采用DAC0808转换器控制灯泡以及电机控制遮光帘，提高了安全性和效率性。(2) 采用C语言进行软件编程，在设计过程中使用了Keil进行编译。成功在Proteus中进行仿真。 在本次设计中

50、存在的缺陷为：（1） 因为不同的光敏电阻型号，其电阻值与光照度精确关系不同，所以本实验中LDR光敏电阻只能代表电阻值与光照度的一般关系，故LCD显示的不是精确的环境光强度。（2） 本系统没有设置硬件电路实际工作的时间。从一开始工作就不能自动停下来。不能适宜实际工作的需要。需要加添一个时钟芯片设计好工作的起止时间，提高系统的自动化。6.2 展望本设计使用的AT98C52单片机属于STC_52系列的单片机，这种单片机除包含MCS_51系列单片机的所具有的功能外，还有一些特殊功能。应用AT89C52单片机的优势减少了硬件的复杂性，光敏电阻接收外界光照信号，经过A/D转换后，传送给单片机一个电信号，单

51、片机经过处理后，控制DAC0808转换器和直流电机做出相应的动作，以控制灯泡的熄灭与否和窗帘的开闭，因此被普遍使用。随着工业的不断发展，自动化已成为时代的潮流，自动化不仅节约资源，而且节省工人的时间。本次设计只实现了半自动化，因为本实验一旦开始，没有外界干扰是不会自动停止工作的。因此，本设计可以添加一个时钟芯片，设计好开灯的时间和关灯的时间，这样就可以实现自动化控制了。在毕业设计过程中，让我对单片机相关技术有了系统性地认识和更多地掌握。在本次设计中我又更加深刻地认识到理念来源于实际的含义，以及把理论应用到实际设计中，在这个过程中，我发现自己对知识的掌握程度是不够的，但在这些不足中我又学到了很多

52、知识，使我的实际操作与设计能力有了很大的提高。在设计过程中遇到设计思路、方法等问题，且得到不断的改进，每次的改进就是前进一步。希望总结在设计过程中获得的各种经验和教训，并应用在以后的工作实践中。这些不得不让我感谢我的知道老师章毛连院长的指导。致谢 本设计是在我的指导老师章毛连教授的悉心指导下完成的，在论文的准备及撰写过程中，章教授多次提出了许多宝贵的意见和建议，没有他对我的指导和帮助，我的论文不可能得以顺利的完成。每次的论文修改让我学到做学问需要谨慎细心的态度。在平时的学习中，章老师认真的工作态度、一丝不苟的工作作风、无微不至的关心和指导以及在生活上细心帮助让我深受感染和激励。在此向章老师致以

53、最真挚的谢意！希望章院长身体健康，生活愉快。同时发自内心的感谢父母在大学这几年对于我学习与生活的引导和帮助，是他们的辛勤劳动才换来的大学美好生活，祝愿父母身体健康。 在此，对一直鼓励我、支持我的同学和朋友表示感谢，在工作与学习上我们相互促进，没有他们的鼓励与支持，我就不可能完成这次设计。同时也对一直不懈地给予我关心照顾、支持帮助和勉励的亲人、老师们表示深深的谢意。祝愿他们事业有成、身体健康。同时也感谢安徽科技学院对我的培养。参考文献：1 张德宁,袁洪波,李丽华. 基于STC89C52 和TSL2561 的鸡舍光照测控系统J. 农机化研究，2011,06期.2 郭天祥. 51单片机C语言教程入门、提高、开