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作者：井冈山大学 张胜宝 崔晶晶 曾晓
指导教师：吕敬祥 程娅荔

　　产品简介

　　1、创作作品背景：
　　众所周知，现在温度和湿度在工农业生产、仓库管理、日常生活等方面都需要进行精确的测量。而由于市场上的一些孵化仪器，其装置复杂且价格昂贵。我们走访调查了许多大中小型孵化场，调查结果是只有非常大型的孵化场会使用那些高价格的孵化仪，而中小型的孵化场一般不会去购买那些孵化仪。因此基于这种情况，我们特制作了小型智能孵化仪，其质量可靠，价格低廉，且使用方面、性能稳定，适用范围广，有着广泛的开发应用前景。该系统装置采用STC15F2K60S2单片机来控制整个电路装置，主要用于鸡、鸭、鹅等种蛋进行孵化，通过对温度和湿度及孵化天数的设定可用于不同种类种蛋的孵化。仪器采用智能化的控制方式，具有自动恒温、自动加湿、保持箱内空气清新，具有使用方便，安全可靠的特点，可广泛用于各类实验室进行种蛋的孵化，由于扩展十分容易，亦可应用于各种工农业生产和养殖等场合。

　　2、功能简介：
　　我们设计的该装置主要由温湿度自动检测模块、智能控制加热和保湿模块、无线接收与信号处理模块、按键调节温湿度的上下限模块、继电器控制模块、液晶显示模块、故障自动报警模块，箱体通风换气等模块组成。该装置系统总体结构如图1。

　　系统总体结构：　　

　　1)液晶显示模块：DHT11温湿度传感器对孵化箱内温度和湿度进行智能检测，将采集到的数据显示在12864液晶显示屏上，以及对孵化天数的设定也显示在液晶屏上，这样工作人员可以通过液晶显示及时了解当前孵化箱内环境的变化。
　　2)按键模块：我们设置按键，使得温度与湿度的上下限设置能够按照实际的需要进行调节。用按键S1选择温度的设定，按键S2选择湿度的设定，S3键和S4键能够进行加减，改变示数。按键设置的目的是使装置的适用范围更加广泛。
　　3)无线接收与信号处理模块：单片机将传感器采集到的数据送给NRF24L01无线收发模块发出，通过主机控制从机，从而控制加温(或供湿)系统工作，使孵化箱内温度(或湿度)维持在适宜范围内。
　　4)通风换气模块：因为胚胎的发育要不断“呼吸”氧气，特设置了通风换气装置，在孵化箱的内侧两壁各安装了一个排气扇，使孵化箱内外空气时刻处于流通状态。　　

　　设计说明

　　5)报警模块：现在我们来模拟报警模块当孵化小鸡时温度(或湿度)下降到下限时或上升到上限报警 系统工作，发出嘀嘀地警报声)，提醒工作人员孵化箱内加温系统(或供湿系统)正在工作。

　　1、设计总体方案
　　该系统主要是使用以STC15F2K60S2芯片为控制核心的单片机开发板为控制器，其外围电路以及实现功能简述如下：
　　该智能孵化控制装置便携，质量可靠，价格低廉，使用方面，性能稳定，并有感应显示和及时报警功能。让工作人员能够时刻了解孵化箱的温湿度变化，当里面的环境不适合孵化环境时，该系统能够发出警报，并且启动相应的温湿度补偿系统，使箱内的环境保持一种相对稳定的良好状态。该系统还提供按键调节温湿度的上下限，可以方便用户对不同时期蛋的适宜温湿度进行更改。
　　1.1 STC15F2K60S2单片机控制模块
　　STC15系列单片机采用STC-Y5超高速CPU内核，在相同时钟频率下，速度又比STC早期的1T系列单片机(例如STC12系列/STC11系列/STC10系列)的速度快20%。且其具有超低功耗，超低价，超强抗静电，超强抗干扰的诸多优点，特选STC15F2K60S2系列单片机来做核心控制模块。　　

　　采用STC15F2K60S2单片机为为控制核心的单片机开发板为控制器。STC15F2K60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用第八代加密技术，加密性超强，指令性代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍.内部集成高精度R/C时钟，5MHz-35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路(内部已集成高可靠复位电路，8级可选复位门槛电压)。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D转换(30万次/秒)，内置2K字节大容量SRAM，2组高速异步串行通信端口(UART1/UART2，可在5组管脚之间进行切换，分别复用可作5组串口使用)，1组高速同步串行通信端口SPI，针对多串行通信/电机控制/强干扰场合。　　

　　通过无线接收装置,利用数字温湿度传感器DHT11将采集到的温湿度信息传回到单片机，由单片机发出指令，控制智能加温电路和保湿电路工作，同时兼有报警系统，并在液晶显示屏上显示温湿度示数，便于工作人员观察及了解箱内环境状态。
　　1.2 利用无线接收采集温度、湿度数据模块
　　单片机利用无线接收将传感器采集到的数据送给无线收发模块发出，接受到主控子系统的数据。通过主机控制从机，使箱体内总保持一定的温湿度，从而使蛋始终处在适宜的温度和湿度范围内。无线接收装置采用NRF24L01芯片。NRF24L01是一款无线通信芯片，采用FSK调制。可以实现点对点或1对6的无线通信。无线通信速度可达到2M(bps)。温湿度检测采用DHT11 数字温湿度一体化的传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术检测温度和湿度。DHT11 与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个I/O 口。DHT11功耗很低，在5V电源电压下，工作平均最大电流0.5mA。无线接收模块电路图和NHT11实物图及引脚如图5。　　

　　1.3继电器智能控制加温、保湿系统模块　　

　　为保障蛋胚的正常发育，我们通过单片机设置温度和湿度的上下限，当温度显示不在设置的最适范围内时，左蜂鸣器发出报警声并且相应指示灯亮，继电器控制的加温系统会自动工作，直至温度达到设置范围之内;当湿度不在设置的最适范围内，右蜂鸣器报警且相应指示灯亮，由继电器控制的保湿系统工作。加温系统是通过继电器控制2个220V 25W的白炽灯给箱体加热，自动保湿系统同样用继电器控制电炉丝给水加热，从而达到适宜的湿度。继电器的工作原理：控制器输出一个信号，使得三极管工作，进而控制继电器，控制加温系统和加湿系统工作状态。使其达到一个自动化的功效。　　

　　1.4通风换气装置
　　胚胎的发育要不断“呼吸”氧气，为保持箱内空气清新，我们特设置了通风换气装置，在孵化箱的内侧两壁各安装了一个排气扇，使箱内外空气时刻处于流通状态。通风换气装置如图6装置图所示。
　　1.5 报警装置
　　当温度(或者湿度)达到控制的上下限时，蜂鸣器发出报警，提醒工作人员此时控温系统(或者控湿系统)正在工作，便于及时了解孵化箱内的环境变化情况。　　

　　1.6 12864液晶显示模块
　　液晶显示(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄、实时显示、动态刷新等许多其他显示器无法比拟的优点。该小型智能孵化装置利用12864液晶显示温度、湿度以及天数，以便工作人员可以通过液晶显示及时了解当前孵化箱内环境的变化情况。　　

　　2、系统程序流程设计
　　总体程序流程图：　　

　　产品特色

　　该系统装置采用STC15F2K60S2单片机来控制整个电路装置，能够用于各种种蛋进行孵化。通过液晶显示无线接收的温度和湿度及孵化时间天数的设定显示，能够使工作人员及时了解当前孵化箱内环境的变化情况。 此小型智能孵化系统装置灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发应用前景。
　　其核心是单片机控制部分，根据孵化箱内的温湿度自动控制继电器的开关，启动相应的温湿度补偿系统，实现优化科学控制环境条件。一旦工作人员设置好孵化箱内的温湿度值,控制器将精确地自动控制箱内温湿度,使其保持在设定范围内。特别是系统实施工作时，采用无线接收装置，温湿度能够智能自动控制，装置自动通风换气，大大减少工作人员的工作量，并有感应显示和及时报警功能。在技术创新上采用15F2K60S2系统板开发智能自动温湿度控制系统，运用常见的电子元器件，构造了一套完整的开发系统，具有先进性和创新性!
　　该小型智能孵化装置在设计制作时主要考虑了低功耗和低成本的要求，布线简单，全程覆盖，无缝监管。非常适用于中小型孵化场，亦可应用于各种工农业生产和养殖等各种场所。有着非常广泛的开发应用前景!

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2498