基于stc12c5608ad的智能孵化器電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于STC12C5608AD的智能孵化器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：針對(duì)小型孵化器，本文提出了一種以Pt1000等傳感器和STC12C5608AD單片機(jī)等組成的智能孵化器控制電路，能根據(jù)孵化種類(lèi)自動(dòng)控制整個(gè)孵化和育雛過(guò)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)?；B(yǎng)殖離不開(kāi)人工孵化器，傳統(tǒng)的孵化器離不開(kāi)人的控制干預(yù)，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(wèn)題，在生產(chǎn)實(shí)際中也有較大的應(yīng)用價(jià)值。 </p><p>　　影響孵化的一個(gè)關(guān)鍵因素為溫度。目前常見(jiàn)的孵化器的測(cè)溫傳感器大多采用18B20，LM35等半導(dǎo)

3、體傳感器或Pt100等，有些簡(jiǎn)單的孵化器甚至采用熱敏電阻，用體溫計(jì)對(duì)比。存在著測(cè)量精度低，一致性差，調(diào)試麻煩等問(wèn)題。 </p><p>　　本文采用進(jìn)口A級(jí)Pt1000作為溫度傳感器，具有零點(diǎn)準(zhǔn)確（經(jīng)過(guò)激光修正，常見(jiàn)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(diǎn)。 </p><p>　　1.測(cè)量電路和原理 </p><p>&l

4、t;b>　　1.1測(cè)量原理 </b></p><p>　　測(cè)量原理如圖1.1所示：溫濕度傳感器測(cè)得的參數(shù)經(jīng)電路變換后送到單片機(jī)的A/D輸入端測(cè)量溫濕度值，與軟件中設(shè)定的值比較后，通過(guò)對(duì)應(yīng)的I/O口控制加熱和加濕電路，使溫濕度達(dá)到要求的值；同時(shí)顯示該階段軟件設(shè)定的參數(shù)值、測(cè)量的數(shù)值及當(dāng)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(jī)作一定周期的左右翻蛋和送入新鮮空氣。進(jìn)水單獨(dú)自動(dòng)控制，照明和風(fēng)扇獨(dú)立控

5、制。 </p><p>　　1.2STC12C5608AD單片機(jī) </p><p>　　STC12C5608AD是南通國(guó)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(qiáng)抗干擾、指令完全兼容傳統(tǒng)51系列的單片機(jī)，具有單時(shí)鐘/機(jī)器周期，內(nèi)部集成有8路10位高速A/D、專(zhuān)用復(fù)位電路、EEPROM、看門(mén)狗等，可ISP/IAP（見(jiàn)圖1.2）。 <

6、/p><p><b>　　1.3測(cè)溫電路 </b></p><p>　　測(cè)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(zhǔn)電阻，U1構(gòu)成差分放大電路，溫度變化時(shí)，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?zhàn)饔米骶€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(jī)的A/D輸入端，溫度為50℃時(shí)輸出電壓等于單片機(jī)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(jī)的電源電壓 </p><p>　　從式（1-1）可知，溫度為50℃時(shí)，單片機(jī)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(cè)量的分辨力優(yōu)于0.05℃，放大電路的測(cè)量精度優(yōu)于0.03℃（實(shí)測(cè)），本電路的測(cè)量誤差<0.1

9、℃。 </p><p>　　由于在整個(gè)孵化過(guò)程中，溫度是決定因素，范圍又很窄，對(duì)測(cè)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(cè)量電路 </p><p>　　濕度測(cè)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(jī)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(duì)濕度通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是614，則 </p><p>　　濕度測(cè)量的分辨力d為 </p><p>　　由于濕度的測(cè)量精度比較低，一般大于3%，常見(jiàn)的是5%，加之濕度的影響相對(duì)較小，濕度測(cè)量的最小顯示值選1%，則測(cè)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(dòng)作壽命約10萬(wàn)次），則因?yàn)轭l繁動(dòng)作而工作不可靠，故采用壽命更長(zhǎng)的半導(dǎo)體器件---雙向可控硅。為了與弱電隔離和減輕干擾，采用過(guò)零觸發(fā)的光耦驅(qū)動(dòng)，電路如圖1.5所示。圖中R1為限流電阻，為了降低單片機(jī)的功耗，采用灌電流驅(qū)動(dòng)。過(guò)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(dòng)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(jī)的口線數(shù)量，采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)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(gè)發(fā)光管分成6組，譯碼后驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的三極管使對(duì)應(yīng)的數(shù)碼和狀態(tài)分時(shí)顯示出來(lái)，顯示的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由串行—并行電路U2驅(qū)動(dòng)，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(dòng)。R1～R16為限流電阻。 </p><p

13、>　　測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示與此類(lèi)似，單獨(dú)一片74HC164驅(qū)動(dòng)，Q1～Q共用（在此不再贅述）。 </p><p><b>　　1.7鍵盤(pán)電路 </b></p><p>　　為了盡量減少單片機(jī)口的使用量，鍵盤(pán)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(gè)按鍵，按照10位的A/D，理論上可以接210=1024個(gè)按鍵，一般沒(méi)必要也不可能接這么多。同時(shí)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(gè)按鍵，每個(gè)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(shí)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(pán)的左右翻，這些電路的結(jié)構(gòu)接近，都有繼電器驅(qū)動(dòng)，由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有限，中間加ULN2003集成塊驅(qū)動(dòng)。 </p><p>　　電源電路采用常見(jiàn)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(jì) </b></p><p>　　軟件部分主要包括鍵盤(pán)輸入子程序，看門(mén)狗子程序，計(jì)時(shí)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(guò)實(shí)際孵化，效果

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

18、t;　　4.結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　本電路由于采用了A級(jí)進(jìn)口Pt1000作為測(cè)溫元件，配以穩(wěn)定的測(cè)量電路，使測(cè)溫準(zhǔn)確，同時(shí)由于采用PWM控溫，周期僅為1秒，控溫的準(zhǔn)確度比較高，溫度波動(dòng)很小，由于是單片機(jī)根據(jù)孵化進(jìn)程自動(dòng)控制，沒(méi)有人工干預(yù)，人為影響很小，也提高了孵化效果。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p>

19、<p>　　[1]倪志蓮.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)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(jī)械工業(yè)出版社，2002. </p><p>　　[3]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司.90國(guó)際溫標(biāo)通用熱電阻分度表手冊(cè)[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1994. </p><p>　　[4]STC12C5620A