基于stc12c5608ad的智能孵化器電路設(shè)計

1、<p>　　基于STC12C5608AD的智能孵化器電路設(shè)計</p><p>　　摘 要：針對小型孵化器，本文提出了一種以Pt1000等傳感器和STC12C5608AD單片機等組成的智能孵化器控制電路，能根據(jù)孵化種類自動控制整個孵化和育雛過程的溫濕度變化。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：Pt1000；STC12C5608AD；智能孵化器 </p><p>

2、<b>　　0.引言 </b></p><p>　　規(guī)模化養(yǎng)殖離不開人工孵化器，傳統(tǒng)的孵化器離不開人的控制干預，工作量很大，效果不是很理想；要研究孵化條件和孵化規(guī)律的關(guān)系就比較難。高精度的智能孵化器就能很好地解決上述問題，在生產(chǎn)實際中也有較大的應(yīng)用價值。 </p><p>　　影響孵化的一個關(guān)鍵因素為溫度。目前常見的孵化器的測溫傳感器大多采用18B20，LM35等半導

3、體傳感器或Pt100等，有些簡單的孵化器甚至采用熱敏電阻，用體溫計對比。存在著測量精度低，一致性差，調(diào)試麻煩等問題。 </p><p>　　本文采用進口A級Pt1000作為溫度傳感器，具有零點準確（經(jīng)過激光修正，常見的0℃阻值為999.986～1000.013Ω，誤差可以忽略），分度值一致性好等特點。 </p><p>　　1.測量電路和原理 </p><p>&l

4、t;b>　　1.1測量原理 </b></p><p>　　測量原理如圖1.1所示：溫濕度傳感器測得的參數(shù)經(jīng)電路變換后送到單片機的A/D輸入端測量溫濕度值，與軟件中設(shè)定的值比較后，通過對應(yīng)的I/O口控制加熱和加濕電路，使溫濕度達到要求的值；同時顯示該階段軟件設(shè)定的參數(shù)值、測量的數(shù)值及當前的工作狀態(tài)。根據(jù)軟件的設(shè)定參數(shù)控制翻蛋電機作一定周期的左右翻蛋和送入新鮮空氣。進水單獨自動控制，照明和風扇獨立控

5、制。 </p><p>　　1.2STC12C5608AD單片機 </p><p>　　STC12C5608AD是南通國芯微電子有限公司推出的STC12C5620AD系列中8k字節(jié)用戶應(yīng)用程序空間的高速、低功耗、超強抗干擾、指令完全兼容傳統(tǒng)51系列的單片機，具有單時鐘/機器周期，內(nèi)部集成有8路10位高速A/D、專用復位電路、EEPROM、看門狗等，可ISP/IAP（見圖1.2）。 <

6、/p><p><b>　　1.3測溫電路 </b></p><p>　　測溫電路如圖1.3所示，Pt1000（RT1）采用三線制（如圖中粗線所示），以降低引線電阻等的影響，RM1為10ppm的精密電阻作為基準電阻，U1構(gòu)成差分放大電路，溫度變化時，RT1的阻值發(fā)生變化引起分壓變化，該變化值由U1放大，為了減輕Pt1000的自熱影響，電流要足夠小，本電路選50μA左右。由于

7、Pt1000的特性是非線性的，溫度升高，靈敏度降低，利用R6的正反饋作用作線性校正，C1、R4、C2等組成低通濾波電路。U2等組成同相比例放大，輸出直接接到單片機的A/D輸入端，溫度為50℃時輸出電壓等于單片機的電源電壓Vcc。 </p><p>　　10位A/D的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為 </p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　V

8、in為A/D的輸入電壓， </p><p>　　Vcc為單片機的電源電壓 </p><p>　　從式（1-1）可知，溫度為50℃時，單片機A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)N為 </p><p>　　最小溫度分辨力d為 </p><p>　　從式1-3可知，溫度測量的分辨力優(yōu)于0.05℃，放大電路的測量精度優(yōu)于0.03℃（實測），本電路的測量誤差<0.1

9、℃。 </p><p>　　由于在整個孵化過程中，溫度是決定因素，范圍又很窄，對測量精度和控溫精度要求都較高，故顯示和設(shè)定都選用三位數(shù)碼管，則最小顯示值為0.1℃。 </p><p>　　1.4濕度測量電路 </p><p>　　濕度測量采用現(xiàn)成的模塊電路，滿量程（100%RH）輸出電壓為3V，將輸出端直接接單片機的A/D輸入。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值N為 </p&g

10、t;<p>　　即100%RH的相對濕度通過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是614，則 </p><p>　　濕度測量的分辨力d為 </p><p>　　由于濕度的測量精度比較低，一般大于3%，常見的是5%，加之濕度的影響相對較小，濕度測量的最小顯示值選1%，則測量和設(shè)定數(shù)碼管都用兩位。 </p><p>　　1.5加熱控制電路 </p><p

11、>　　由于加熱功率有200W左右，為了保證控溫精度，采用PWM方式控制，加熱器的加熱周期為1S，如采用繼電器（動作壽命約10萬次），則因為頻繁動作而工作不可靠，故采用壽命更長的半導體器件---雙向可控硅。為了與弱電隔離和減輕干擾，采用過零觸發(fā)的光耦驅(qū)動，電路如圖1.5所示。圖中R1為限流電阻，為了降低單片機的功耗，采用灌電流驅(qū)動。過零觸發(fā)光耦MOC3083采用廠家推薦的應(yīng)用電路與參數(shù)。 </p><p>　

12、　1.6顯示驅(qū)動電路 </p><p>　　設(shè)定和狀態(tài)顯示電路如圖1.6所示。為了減少占用單片機的口線數(shù)量，采用動態(tài)驅(qū)動顯示和串轉(zhuǎn)并及譯碼顯示。U1為3-8譯碼，五位數(shù)碼管和8個發(fā)光管分成6組，譯碼后驅(qū)動對應(yīng)的三極管使對應(yīng)的數(shù)碼和狀態(tài)分時顯示出來，顯示的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由串行—并行電路U2驅(qū)動，由于采用了高亮的數(shù)碼管和發(fā)光管，顯示的電流比較小，U2能直接驅(qū)動。R1～R16為限流電阻。 </p><p

13、>　　測量數(shù)據(jù)的顯示與此類似，單獨一片74HC164驅(qū)動，Q1～Q共用（在此不再贅述）。 </p><p><b>　　1.7鍵盤電路 </b></p><p>　　為了盡量減少單片機口的使用量，鍵盤電路采用A/D轉(zhuǎn)換的方式，只要一根口線就可以接很多個按鍵，按照10位的A/D，理論上可以接210=1024個按鍵，一般沒必要也不可能接這么多。同時考慮到電阻的選配方

14、便，一般的電壓間隔都較大。本電路采用5個按鍵，每個按鍵之間的電壓差選1V，采用圖1.7的電路，則S1按下，輸出0V，S2按下1V，S3按下2V，S4按下3V，S5按下4V，取R1=10k，則 </p><p><b>　　同理 </b></p><p>　　實際可以取4.2或4.3kΩ </p><p>　　同理R4=8.3kΩ，R5=25kΩ

15、 </p><p><b>　　1.8其他電路 </b></p><p>　　其它電路主要包括濕度控制、換氣控制、放蛋盤的左右翻，這些電路的結(jié)構(gòu)接近，都有繼電器驅(qū)動，由于單片機的驅(qū)動能力有限，中間加ULN2003集成塊驅(qū)動。 </p><p>　　電源電路采用常見的變壓器隔離降壓、電容濾波、三端穩(wěn)壓的結(jié)構(gòu)。 </p><p&

16、gt;<b>　　2.軟件設(shè)計 </b></p><p>　　軟件部分主要包括鍵盤輸入子程序，看門狗子程序，計時子程序，雞、鴨、鵝、鴿子、其它的孵化子程序，控溫子程序、翻蛋子程序、換氣子程序、顯示子程序等。程序流程如下： </p><p><b>　　3.使用效果 </b></p><p>　　本控制電路經(jīng)過實際孵化，效果

17、良好。第一批放了50個蛋，孵化期間打破6個蛋檢查孵化情況，2個破蛋脫水不能孵化，3個蛋的胚胎沒有發(fā)育（不是受精蛋），2只胎死腹中，實際孵化成功37只，只只健康活潑，養(yǎng)了20天，全部健康成長。實際孵化率為 </p><p>　　37÷39×100%=94.87% </p><p>　　可見本控制電路的孵化效果良好。 </p><p><b&g

18、t;　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　本電路由于采用了A級進口Pt1000作為測溫元件，配以穩(wěn)定的測量電路，使測溫準確，同時由于采用PWM控溫，周期僅為1秒，控溫的準確度比較高，溫度波動很小，由于是單片機根據(jù)孵化進程自動控制，沒有人工干預，人為影響很小，也提高了孵化效果。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p>

19、<p>　　[1]倪志蓮.單片機應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京理工大學出版社，2007. </p><p>　　[2]王元慶.新型傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002. </p><p>　　[3]國家技術(shù)監(jiān)督局計量司.90國際溫標通用熱電阻分度表手冊[S].北京：中國計量出版社，1994. </p><p>　　[4]STC12C5620A