国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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k . Radhakrishnan1——诺布尔·何塞2，桑杰S G3.——托马斯·切里安4，毗湿奴K R5
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| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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本文的目的是设计一种基于atmega16[1]单片机的鸡蛋培养系统，该系统能够自动维持胚胎生长的最佳环境。该系统有一个温度传感器，能够监测孵化器内外的温度，这些数据被发送到一个微控制器。微控制器在继电器的帮助下控制白炽灯和空气循环风扇，使鸡蛋温度保持在37至38.5°C。此外，液晶显示器用于显示培养箱内外的温度。微控制器也有一个用户编程定时器来控制齿轮电机倾斜鸡蛋架
关键字 |
| 恒温箱，单片机，温度传感器，ATmega16 |
介绍 |
| 孵卵器是一种模拟鸟类孵化的装置，通过保持蛋的温暖和适当的湿度，如果需要的话，还可以翻转它们，孵化它们。现代恒温箱是用恒温器电热的。培养箱内的温度必须精确地保持在一定的限度内，以使蛋生长得最佳。此外，鸡蛋必须每四个小时定期倾斜，以避免蛋黄凝固。 |
| 孵化器有两种类型: |
| 1.静止空气孵化器 |
| 2.循环空气培养箱 |
| 在静止空气培养箱中，温度必须精确地保持在38.9°C。循环空气培养箱有用于空气循环的风扇，在这种培养箱中，温度必须在37至38.5℃之间。为此，打开白炽灯加热空气，加热的空气通过风扇循环。一旦温度超过最大范围，灯被关闭，并保持在该状态，直到温度达到最低。 |
温度传感器级 |
A.温度传感器- lm35 |
| LM35[2]系列是精密集成电路温度传感器，其输出电压与摄氏温度成线性比例。LM35因此有一个优势的线性温度传感器校准在ÃÂ(开尔文)，因为用户不需要减去一个大恒定电压从其输出，以获得方便的摄氏度缩放。LM35不需要任何外部校准或微调，即可在室温下提供±0.25ÃÂ (C)的典型精度，在−55到+150ÃÂ (C)的温度范围内提供±0.75ÃÂ (C)的典型精度。通过晶圆级的微调和校准，确保了低成本。 |
| LM35的低输出阻抗，线性输出和精确的固有校准使接口读数或控制电路特别容易。它可以使用单一电源，或与正负电源。由于它只吸收60 μA的能量，它的自热率很低，小于静止空气中的0.1ÃÂ (C)。LM35的额定工作温度范围为−55ÃÂ 2s ~ +150ÃÂ 2s。 |
控制阶段 |
A.设置控制器 |
| 使用3端7805 IC的5伏稳压电路为单片机atmega16a和LCD供电。7805是一个线性稳压器，可以输出最大电流1A。在调节器的输入端和输出端都有电容以抑制噪声。 |
b .程序员 |
| USBasp是Atmel AVR控制器的USB在线编程器。它只是由一个ATMega88或ATMega8和几个无源组件组成。程序员使用一个只有固件的USB驱动程序，它是从[3]获得的，不需要特殊的USB控制器。在计算机端，一个名为AVRDUDE的系统内编程软件——AVR Downloader Uploader——用于下载和上传Atmel AVR微控制器的片上存储器。它可以编程Flash和EEPROM，在串行编程协议支持的情况下，它可以编程引信和锁定位。 |
C.库和编译器 |
| avr-libc包为Atmel AV-R 8位RISC微控制器提供了标准C库的子集。此外，该库还提供了大多数应用程序所需的基本启动代码。所使用的编译器是用于AVR的GNU C编译器。上面提到的所有程序——avrdude, avr-libc和gcc-avr都是一套可执行的，名为WinAVR的开源软件，来自[3]。此外，还使用了用户定义的库“lcdlib”和“adc10bit”。 |
D.温度控制电路 |
| 温度控制电路由以下部分组成: |
| 1)继电器- 5伏:温度控制电路由单片机控制的两个继电器组成。第一继电器用于将白炽灯切换到230v电源，将循环风扇切换到12v电源。第二继电器用于开关齿轮电机以操作翻蛋机构。继电器由2n22222npn晶体管和微控制器触发 |
| 2)白炽灯:用60W的灯加热培养箱内的空气。当培养箱内部温度低于37℃时，通过继电器将灯打开;当培养箱内部温度超过38.5℃时，灯关闭 |
| 3)循环风机:循环风机也是由5v继电器触发，与白炽灯同时开启。用于使热空气在腔室周围均匀地循环。 |
| 4)齿轮电机:齿轮电机用于操作翻蛋机构。齿轮电机由一个5V继电器控制，并使连接到鸡蛋架的椭圆凸轮旋转。弹簧是用来使支架回到初始位置的。 |
控制阶段 |
A. Atmega16A的ADC |
| ATmega16A包含一个内部8通道10位ADC。ADC的参考电压可以从以下三种电压中选择:AVCC引脚电压，内部2.56V参考电压，AREF引脚电压。在这里，AVCC引脚的外部5V被用作参考。输入和输出电压分别通过通道ADC0和ADC1读取。转换后得到的值乘以合适的常数，显示在LCD上。 |
B. LCD显示 |
| 所使用的显示器为16x2字符液晶显示器，采用HD44780U点阵液晶显示驱动程序和控制器。LCD采用8位模式布线。LCD的数据引脚连接ATmega16A的PORTB, RS、R/W和E引脚分别连接PD0、PD1和PD2。 |
工作及电路图 |
| 一旦ATMEGA 16A微控制器被打开，它使用用户定义的库“lcdlib”初始化LCD，并使用库“adc10bit”将33-40函数引脚为10位模数转换器。对液晶屏进行初始化，使液晶屏的两行内、外温度精确到小数点后两位。LM35温度传感器，一个放置在鸡蛋附近，另一个放置在培养箱外部，被给予适当的电源，LM35 ic的中间引脚将相当于温度的电压返回到adc。adc转换来自两个lm35ic的电压(10mV = 1°C)，并在LCD上显示鸡蛋和外部温度。 |
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| 图1框图 |
| 由于鸡蛋孵化的最佳温度在37 ~ 38.5℃之间，微控制器不断检查LM35温度传感器返回的温度。对于这1000个adc样本，并计算它们的平均值。使用数学运算将温度计算到小数点后两位，并应用适当的校正因子来校正由于外部参考电压引起的误差。如果温度值低于最佳范围，通过微控制器的引脚23给晶体管T1的基极一个高电压触发继电器。继电器的触发通过230V电源打开白炽灯，通过12V电源打开循环风扇。来自白炽灯的热量增加了空气的温度，这是在培养箱内循环使用风扇。这一过程一直持续到温度达到38.5°C以上。一旦超过这个范围，继电器被关闭，白炽灯和风扇被关闭，直到温度再次低于下限。两个led灯用来指示温度是否在所需范围内，以及灯泡是开着还是关着。当温度低于32°C或高于42°C时，额外的LED用于故障检测。 |
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| 图2程序流程图 |
| 鸡蛋翻转机制是使用微控制器中用户定义的计数器来实现的，以定期倾斜鸡蛋。为此引脚21的端口D是用来触发继电器开关齿轮电机。一旦齿轮电机被打开，它就会旋转一个椭圆的枢轴，鸡蛋架就连接在枢轴上，使它前后倾斜。这为鸡蛋提供了足够的运动，以防止蛋黄凝固。弹簧是用来返回持有人到其初始位置后，齿轮电机关闭。 |
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| 图3电路图 |
结论 |
| 本文介绍了一种基于单片机的鸡蛋培养箱的设计实现。精确的温度值将显示在液晶屏上。通过两个继电器的工作和白炽灯、风扇和转动机构的控制，实现了孵化器的高效设计。 |
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| 图5培养箱内部:灯，循环风扇，齿轮电机和车削总成，电路 |
参考文献 |
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