1、1基于 STC12C5608AD 的智能孵化器电路设计摘 要：针对小型孵化器，本文提出了一种以 Pt1000等传感器和STC12C5608AD单片机等组成的智能孵化器控制电路，能根据孵化种类自动控制整个孵化和育雏过程的温湿度变化。 关键词：Pt1000；STC12C5608AD；智能孵化器 0.引言 规模化养殖离不开人工孵化器，传统的孵化器离不开人的控制干预，工作量很大，效果不是很理想；要研究孵化条件和孵化规律的关系就比较难。高精度的智能孵化器就能很好地解决上述问题，在生产实际中也有较大的应用价值。 影响孵化的一个关键因素为温度。目前常见的孵化器的测温传感器大多采用 18B20，LM35 等半
2、导体传感器或 Pt100等，有些简单的孵化器甚至采用热敏电阻，用体温计对比。存在着测量精度低，一致性差，调试麻烦等问题。 本文采用进口 A级 Pt1000作为温度传感器，具有零点准确（经过激光修正，常见的 0阻值为 999.9861000.013，误差可以忽略） ，分度值一致性好等特点。 1.测量电路和原理 1.1 测量原理 测量原理如图 1.1所示：温湿度传感器测得的参数经电路变换后送2到单片机的 A/D输入端测量温湿度值，与软件中设定的值比较后，通过对应的 I/O口控制加热和加湿电路，使温湿度达到要求的值；同时显示该阶段软件设定的参数值、测量的数值及当前的工作状态。根据软件的设定参数控制翻
3、蛋电机作一定周期的左右翻蛋和送入新鲜空气。进水单独自动控制，照明和风扇独立控制。 1.2STC12C5608AD 单片机 STC12C5608AD 是南通国芯微电子有限公司推出的 STC12C5620AD系列中 8k字节用户应用程序空间的高速、低功耗、超强抗干扰、指令完全兼容传统 51系列的单片机，具有单时钟/机器周期，内部集成有 8路 10位高速 A/D、专用复位电路、EEPROM、看门狗等，可 ISP/IAP（见图 1.2） 。 1.3 测温电路 测温电路如图 1.3所示，Pt1000（RT1）采用三线制（如图中粗线所示） ，以降低引线电阻等的影响，RM1 为 10ppm的精密电阻作为基准
4、电阻，U1构成差分放大电路，温度变化时，RT1 的阻值发生变化引起分压变化，该变化值由 U1放大，为了减轻 Pt1000的自热影响，电流要足够小，本电路选 50A 左右。由于 Pt1000的特性是非线性的，温度升高，灵敏度降低，利用 R6的正反馈作用作线性校正，C1、R4、C2 等组成低通滤波电路。U2 等组成同相比例放大，输出直接接到单片机的 A/D输入端，温度为 50时输出电压等于单片机的电源电压 Vcc。 10 位 A/D的转换数据为 式中 Vin 为 A/D的输入电压， 3Vcc 为单片机的电源电压 从式（1-1）可知，温度为 50时，单片机 A/D转换的数据 N为 最小温度分辨力 d
5、为 从式 1-3可知，温度测量的分辨力优于 0.05，放大电路的测量精度优于 0.03（实测） ，本电路的测量误差0.1。 由于在整个孵化过程中，温度是决定因素，范围又很窄，对测量精度和控温精度要求都较高，故显示和设定都选用三位数码管，则最小显示值为 0.1。 1.4 湿度测量电路 湿度测量采用现成的模块电路，满量程（100%RH）输出电压为 3V，将输出端直接接单片机的 A/D输入。A/D 转换的数值 N为 即 100%RH的相对湿度通过 A/D转换后的数据是 614，则 湿度测量的分辨力 d为 由于湿度的测量精度比较低，一般大于 3%，常见的是 5%，加之湿度的影响相对较小，湿度测量的最小
6、显示值选 1%，则测量和设定数码管都用两位。 1.5 加热控制电路 由于加热功率有 200W左右，为了保证控温精度，采用 PWM方式控制，加热器的加热周期为 1S，如采用继电器（动作寿命约 10万次） ，则因为频繁动作而工作不可靠，故采用寿命更长的半导体器件-双向可控硅。为了与弱电隔离和减轻干扰，采用过零触发的光耦驱动，电路如图 1.5所示。图中 R1为限流电阻，为了降低单片机的功耗，采用灌电流驱动。4过零触发光耦 MOC3083采用厂家推荐的应用电路与参数。 1.6 显示驱动电路 设定和状态显示电路如图 1.6所示。为了减少占用单片机的口线数量，采用动态驱动显示和串转并及译码显示。U1 为
7、3-8译码，五位数码管和 8个发光管分成 6组，译码后驱动对应的三极管使对应的数码和状态分时显示出来，显示的数据和状态由串行并行电路 U2驱动，由于采用了高亮的数码管和发光管，显示的电流比较小，U2 能直接驱动。R1R16 为限流电阻。 测量数据的显示与此类似，单独一片 74HC164驱动，Q1Q 共用（在此不再赘述） 。 1.7 键盘电路 为了尽量减少单片机口的使用量，键盘电路采用 A/D转换的方式，只要一根口线就可以接很多个按键，按照 10位的 A/D，理论上可以接210=1024个按键，一般没必要也不可能接这么多。同时考虑到电阻的选配方便，一般的电压间隔都较大。本电路采用 5个按键，每个
8、按键之间的电压差选 1V，采用图 1.7的电路，则 S1按下，输出 0V，S2 按下1V，S3 按下 2V，S4 按下 3V，S5 按下 4V，取 R1=10k，则 同理 实际可以取 4.2或 4.3k 同理 R4=8.3k，R5=25k 1.8 其他电路 其它电路主要包括湿度控制、换气控制、放蛋盘的左右翻，这些电5路的结构接近，都有继电器驱动，由于单片机的驱动能力有限，中间加ULN2003集成块驱动。 电源电路采用常见的变压器隔离降压、电容滤波、三端稳压的结构。2.软件设计 软件部分主要包括键盘输入子程序，看门狗子程序，计时子程序，鸡、鸭、鹅、鸽子、其它的孵化子程序，控温子程序、翻蛋子程序、
9、换气子程序、显示子程序等。程序流程如下： 3.使用效果 本控制电路经过实际孵化，效果良好。第一批放了 50个蛋，孵化期间打破 6个蛋检查孵化情况，2 个破蛋脱水不能孵化，3 个蛋的胚胎没有发育（不是受精蛋） ，2 只胎死腹中，实际孵化成功 37只，只只健康活泼，养了 20天，全部健康成长。实际孵化率为 3739100%=94.87% 可见本控制电路的孵化效果良好。 4.结语 本电路由于采用了 A级进口 Pt1000作为测温元件，配以稳定的测量电路，使测温准确，同时由于采用 PWM控温，周期仅为 1秒，控温的准确度比较高，温度波动很小，由于是单片机根据孵化进程自动控制，没有人工干预，人为影响很小，也提高了孵化效果。 参考文献： 1倪志莲.单片机应用技术M.北京：北京理工大学出版社，2007. 62王元庆.新型传感器原理及应用M.北京：机械工业出版社，2002. 3国家技术监督局计量司.90 国际温标通用热电阻分度表手册S.北京：中国计量出版社，1994. 4STC12C5620AD 系列单片机器件手册.www.STCMCU.com. 5李升阳，武道留.家禽孵化与育雏技术M.北京：中国农业出版社，2003.
