CN206002909U - 无线监控智能禽蛋孵化*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线监控智能禽蛋孵化***，包括孵化箱、摄像头、数据采集模块、控制执行模块、单片机***模块和上位机。摄像头通过无线网络与上位机连接，数据采集模块、控制执行模块分别与单片机***模块连接，单片机***模块通过无线网络与上位机连接。本实用新型能够实现对禽蛋孵化过程的环境参数实时控制，孵化情况的远端视频监控，环境指标异常和幼雏出壳的实时提醒等功能。

Description

无线监控智能禽蛋孵化***

技术领域

本实用新型属于禽蛋孵化技术，具体涉及一种无线监控智能禽蛋孵化***。

背景技术

随着现代农业的发展，在养殖业中，已不能仅仅依靠家禽的原始孵蛋方式进行大规模生产，人工孵蛋技术随之运营而生。而当前在养殖场，人工控制孵化技术主要依靠养殖户经验，通过人工视检和手动调节干预孵化箱环境参数指标为主的模式。但这种模式存在两个问题：一是基本孵化环境中温度、湿度、氧气浓度等监测数据与控制的实时性差、自适应能力差；二是耗费大量人力资源。这导致了目前的人工孵蛋技术存在着孵化效率低、成本高的现象。所以，迫切需要一种与农业信息化技术相结合的智能禽蛋孵化设备，来实现高效的、可规模化的禽蛋孵化技术。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种无线监控智能禽蛋孵化***，能实现对禽蛋孵化过程的环境参数实时控制，孵化情况的远端视频监控，环境指标异常和幼雏出壳的实时提醒。

本实用新型所述的无线监控智能禽蛋孵化***，包括孵化箱，在孵化箱上设有通风口，以及与该通风口相匹配的盖板；还包括：

摄像头，设置在孵化箱内，用于采集孵化箱内的视频图像；

数据采集模块，其包括分别设置在孵化箱内的氧气浓度传感器、温度传感器和湿度传感器；

控制执行模块，其包括加湿执行器、加温执行器、空气调节风扇以及与盖板连接的开关门执行器，所述加湿执行器、加温执行器设置在孵化箱内，空气调节风扇设置在孵化箱外，且与所述通风口相对应，所述开关门执行器与盖板连接，用于控制通风口的开度；

单片机***模块，该单片机***模块分别与数据采集模块、控制执行模块连接，单片机***模块基于数据采集模块所采集的数据控制控制执行模块执行相应的动作；

上位机，上位机通过无线网络与单片机***模块连接，所述单片机***模块将数据采集模块所采集的数据上传到上位机，上位机基于所采集的数据输出对应的控制指令给单片机***模块；所述上位机还通过无线网络与摄像头连接。

还包括显示模块，该显示模块与单片机***模块连接，实现孵化箱内环境指标数据的实时显示。

进一步，所述单片机***模块包括CC2530模块和89S52单片机，所述CC2530模块分别与上位机、数据采集模块、89S52单片机连接，89S52单片机与控制执行模块连接。

进一步，所述加湿执行器包括加湿器，以及与加湿器连接的第一继电器，该第一继电器与89S52单片机的P2.0口连接。

进一步，所述加温执行器包括加热器，以及与加热器连接的第二继电器，该第二继电器与89S52单片机的P2.1口连接。

所述开关门执行器采用步进电机，通过步进电机来控制通风口的开度。

本实用新型具有以下优点：本***根据禽蛋孵化过程的环境需求，实现孵化箱内参数的远程采集、传输、监测和控制，实时对孵化箱内环境参数的改变做出及时反应，同时在孵化过程中从远端视频显示孵化箱内现场状况和幼雏出壳智能化提醒等功能。本***的实时性高，可靠度强，***运行稳定，能够有效实现多个禽蛋的智能化孵化，节约了人工成本，提高了养殖业的生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型中CC2530模块与数据采集模块的连接电路图；

图3为本实用新型中AT89S52单片机与控制执行模块的连接电路图；

图4为本实用新型中驱动电路L298与电机连接图；

图中：1、孵化箱，2、数据采集模块，3、单片机***模块，4、控制执行模块，5、上位机，6、摄像头，7、显示模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示的无线监控智能禽蛋孵化***，包括孵化箱1、摄像头6、数据采集模块2、控制执行模块4、单片机***模块3、上位机5和显示模块7。摄像头6与上位机5连接，数据采集模块2、控制执行模块4、显示模块7分别与单片机***模块3连接，单片机***模块3与上位机5连接。

本实用新型所述的无线监控智能禽蛋孵化***的工作原理：孵化箱1内的氧气浓度、温度、湿度等信息通过数据采集模块2采集并传输到单片机***模块3，单片机***模块3将对数据进行汇总，并利用无线传输网络发送到上位机5。上位机5通过对单片机***模块3传输来的环境参数信息进行存储、显示、判断和分析，从而形成相应孵化箱1内的环境状态结果。当环境指标发生异常时，上位机5会提醒报警，并对应生成相应的指标控制策略，并以控制指令的形式利用无线传输网络回传到单片机***模块3，由单片机***模块3对孵化箱1内控制执行模块4进行操作，控制加温、加湿、通风口开闭、空气调节风扇等设备，以实现孵化箱1内的环境参数控制的自适应调节。另一方面，孵化箱1内架设了视频图像采集的摄像头6，可实现对禽蛋孵化状况的可视化动态采集、无线传输网络实时回传到上位机5，上位机5显示孵化箱1内的孵化状况，并实时分析判断禽类幼雏出壳情况，一旦有幼雏孵化成功将提醒养殖户。

孵化箱1主要由多个孵化格组成，每个格子的大小与鸡蛋大小相适配，设置相关缓冲装置，保护鸡蛋的安全。在孵化箱1上设有通风口，以及与该通风口相匹配的盖板。

摄像头6设置在孵化箱1内，用于采集孵化箱1内的视频图像。摄像头6采用龙视安LS-M1 无线WIFI高清网络监控摄像头6。3.6mm百万高清摄像头，拍摄出720P高清画质，自带麦克风设计，可双语音对讲，可在线储存视频，可利用手机端和计算机通过WIFI接收观测。支持全方位云台控制，355°水平转角，120°垂直转角。

数据采集模块2包括分别设置在孵化箱1内的氧气浓度传感器、温度传感器、湿度传感器。氧气浓度传感器、温度传感器、湿度传感器将实时数据指标传输到单片机***模块3，并通过无线网络传送到上位机5。

（1）氧气浓度传感器

氧气浓度传感器的型号为SK-600-O2，采用电化学原理，自然扩散式，可测量氧气浓度范围0%到30%，采样精度为±2%，环境工作温度为-20°~+70°，具有整机体积小，重量轻，高精度，高分辨率，响应迅速快等特点，自带零点和目标点校准功能，内置温度补偿。该氧气浓度传感器输出为TTL数字信号，这里采用电压输出型。

（2）温度传感器

温度传感器的型号为DS18B20，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 －55℃～+125℃。

（3）湿度传感器

湿度传感器的型号为DHT11，是一款含有已校准数字信号输出的湿度传感器。它应用专用的数字模块采集技术和湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器通过电阻式感湿元件进行测量，测量范围为20％~90％RH（相对湿度），测湿精度±5％RH。因此，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

如图1所示，单片机***模块3基于数据采集模块2所采集的数据控制控制执行模块4执行相应的动作。单片机***模块3由两个部分构成，一部分是用于对孵化箱1内各传感器所采集环境数据进行汇聚，并通过ZigBee无线网络转发至上位机5，这一部分主要由CC2530模块及其***电路实现。另外一部分是由89S52单片机及其***电路构成，实现对加热、加湿和通风口开闭控制、空气调节风扇等控制执行模块的操作，同时通过串口与CC2530模块相互通信，并通过CC2530模块接入到ZigBee无线网络，实现与上位机5的连接。

（1）CC2530模块及其***电路

CC2530 模块是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4 ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上***（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530模块结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，***内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大的功能。其具有代码预取功能的低功耗8051微控制器内核并且有32-KB、64-KB或128-KB的***内可编程闪存，还有8-KBRAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力同时还支持硬件调试。

这里的CC2530模块的作用：（1）通过通用I/O口连接箱内环境数据采集的各种传感器，实现数据的暂存，并通过在Z-stack协议栈利用ZigBee无线传输网络，通过RF_N和RF_P两个端口的天线传输到上位机5；（2）利用其UART1功能，通过P0_4和P0_5与89S52单片机实现串口通信，使得89S52单片机可以通过CC2530模块接入ZigBee无线传输网络，从而实现上位机5到89S52单片机对于控制执行模型指令的传送。另外，CC2530模块通过XOS口连接晶振，通过AVDD和DVDD连接电源，进行供电。

如图2所示，CC2530模块的P0.1～P0.3分别与氧气浓度传感器连接，其中，CC2530的P0.1口用于氧浓度检测数据接收，P0.2和P0.3作为CC2530的工作在USART模式的UART0口全双工通用同步/异步串行收发，与氧气浓度传感器通信。温度传感器的2脚与CC2530模块的P0.0脚连接。CC2530的P0.0口用于温度检测数据接收。湿度传感器与CC2530模块的P0.7脚连接。

（2）89S52单片机及其***电路

AT89S52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在***可编程Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在***可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在***可编程Flash，使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用***提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52单片机具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 单片机可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。如图3所示，图中，P2为加湿器，P3为加热器。AT89S52单片机主要接受上位机5的指令，实现对孵化箱1内控制执行模块4进行操作，控制加温、加湿、通风口开闭、空气调节风扇等设备以实现孵化箱1内环境参数调节的自适应。AT89S52的P3.0和P3.1口为串口连接端口，实现与CC2530模块的通信，接受上位机5由ZigBee无线网络传来的相关控制指令。

控制执行模块4包括加湿执行器、加温执行器、空气调节风扇以及与盖板连接的开关门执行器，所述加湿执行器、加温执行器设置在孵化箱1内，空气调节风扇设置在孵化箱1外，且与所述通风口相对应，所述开关门执行器与盖板连接，用于控制通风口的开度。

（1）湿度控制的加湿执行器

加湿执行器包括加湿器，以及与加湿器连接的第一继电器K1，如图3所示，该第一继电器K1与89S52单片机的P2.0口连接。

加湿器选用三羊 TS-1001A的迷你加湿器，该加湿器适应于小型孵化箱120cm2~30cm2，水箱容量在1升，通过超声波振动方式，以出雾方式加湿。AT89S52单片机通过P2.0口控制第一继电器K1开关实现加湿器启动和关闭。

（2）温度控制的加温执行器

加温执行器包括加热器，以及与加热器连接的第二继电器K2，如图3所示，该第二继电器K2与89S52单片机的P2.1口连接。

加热器采用 PTC加热器，加热温度在200摄氏度以下的多档次，任何情况下本体均不发红且有保护隔离层，恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长，可放心使用不存在对动物烫伤和引发火灾的问题。可根据环境温度的改变来调节自身的热功率输出，将PTC加热片直接通电即可。使当工作电压变化2倍时，表面温度的变化非常小。AT89S52单片机通过P2.1口控制第二继电器K2开关实现加热器启动和关闭。

（3）空间调节风扇及通风口控制

如图4所示，***控制孵化箱1通风口开闭程度选用一个步进电机B2实现，控制空气调节风扇选用一个直流电机B1执行，而两个电机的驱动是通过L298双路全桥式电机驱动芯片进行控制。L298是一款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式电机驱动，设计用于连接标准TTL逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、DC和步进电机）。L298提供两个使能输入端，可以在不依赖于输入信号的情况下，使能或禁用L298器件。L298低位晶体管的发射器连接到一起，而其对应的外部端口则可用来连接一个外部感应电阻。L298还提供一个额外的电压输入，所以其逻辑电路可以工作在更低的电压下。AT89S52单片机通过P0.0到P0.2连接L298双路全桥式电机驱动芯片中的一路，实现对孵化箱1内空气调节风扇的直流电机B1的控制，AT89S52单片机通过P0.3到P0.5连接L298双路全桥式电机驱动芯片中的另一路，实现对孵化箱1通风口开启程度控制的步进电机B2操作。

如图3所示，显示模块7用于环境参数的显示，显示模块7采用液晶显示屏，型号为LCD1602，AT89S52单片机通过P1口和P3.3，P3.4，P3.5，P0.6，P0.7口与LCD1602连接，对液晶显示屏的控制，实现孵化箱内环境指标数据的实时显示。

上位机5与单片机***模块3的CC2530模块通过ZigBee网络连接，所述单片机***模块3将数据采集模块2所采集的数据上传到上位机5，上位机5基于所采集的数据输出对应的控制指令给单片机***模块3。所述上位机5还通过WIFI网络与摄像头6连接。上位机5的主要功能：（1）环境指标参数的存储与显示；（2）分析和判断的环境参数指标，做出相应的控制策略，并传回单片机***模块3的控制部分；（3）环境指标异常的报警；（4）实时视频的显示，幼雏孵化成功的提醒。

Claims (6)

1.一种无线监控智能禽蛋孵化***，包括孵化箱（1），在孵化箱（1）上设有通风口，以及与该通风口相匹配的盖板；其特征在于，还包括：

摄像头（6），设置在孵化箱（1）内，用于采集孵化箱（1）内的视频图像；

数据采集模块（2），其包括分别设置在孵化箱（1）内的氧气浓度传感器、温度传感器和湿度传感器；

控制执行模块（4），其包括加湿执行器、加温执行器、空气调节风扇以及与盖板连接的开关门执行器，所述加湿执行器、加温执行器设置在孵化箱（1）内，空气调节风扇设置在孵化箱（1）外，且与所述通风口相对应，所述开关门执行器与盖板连接，用于控制通风口的开度；

单片机***模块（3），该单片机***模块（3）分别与数据采集模块（2）、控制执行模块（4）连接，单片机***模块（3）基于数据采集模块（2）所采集的数据控制控制执行模块（4）执行相应的动作；

上位机（5），该上位机（5）通过无线网络与单片机***模块（3）连接，所述单片机***模块（3）将数据采集模块（2）所采集的数据上传到上位机（5），上位机（5）基于所采集的数据输出对应的控制指令给单片机***模块（3）；所述上位机（5）还通过无线网络与摄像头（6）连接。

2.根据权利要求1所述的无线监控智能禽蛋孵化***，其特征在于：还包括显示模块（7），该显示模块（7）与单片机***模块（3）连接。

3.根据权利要求1或2所述的无线监控智能禽蛋孵化***，其特征在于：所述单片机***模块（3）包括CC2530模块和89S52单片机，所述CC2530模块分别与上位机（5）、数据采集模块（2）、89S52单片机连接，89S52单片机与控制执行模块（4）连接。

4.根据权利要求3所述的无线监控智能禽蛋孵化***，其特征在于：所述加湿执行器包括加湿器，以及与加湿器连接的第一继电器，该第一继电器与89S52单片机的P2.0口连接。

5.根据权利要求3所述的无线监控智能禽蛋孵化***，其特征在于：所述加温执行器包括加热器，以及与加热器连接的第二继电器，该第二继电器与89S52单片机的P2.1口连接。

6.根据权利要求3所述的无线监控智能禽蛋孵化***，其特征在于：所述开关门执行器采用步进电机。