【文章內(nèi)容簡介】 活率以及生長發(fā)育和生產(chǎn)性能。所以一定要重視孵化，了解和掌握孵化的原理、胚胎發(fā)育過程中各階段對外界條件的要求。 孵化條件 胚胎發(fā)育所需要的條件有溫度、濕度、通風、翻蛋、涼蛋等。 1溫度條件 溫度是孵化過程中最重要的條件。保證胚胎正常發(fā)育所需的適宜溫度，才能獲得高孵化率和優(yōu)質(zhì)雛雞。 孵化期間出現(xiàn)高溫，胚胎發(fā)育增快，孵化期縮短，胚胎死亡率增加，初生雛雞質(zhì)量下降 (王超， 1999)。當孵化溫度超過 42℃時，胚胎會在 2 ~3 小時內(nèi)死亡。 如果孵化的頭兩天溫度過高，在孵化的 5~6天時就會出現(xiàn)粘殼，發(fā)育畸形增多 。如果孵化的第 3~8 天溫度過高，尿囊合攏提前，出雛時間會提前，但出雛時間將會拖長 。若出現(xiàn)短期強烈溫度偏高，胚胎干燥、粘殼，尿囊出現(xiàn)血液顏色呈暗黑色，且皮膚、心臟略有點狀出血。孵化后期長時間溫 度偏高，會導(dǎo)致破殼早、內(nèi)臟充血，破殼后死亡多 (余中于， 2020。張麗娟， 2020。張偉， 2020)。 孵化溫度偏低，將延長種蛋的孵化時間，胚胎發(fā)育遲緩，氣室大，相應(yīng)死亡率增加，初生雛雞質(zhì)量下降。當孵化溫度低至為 ℃時，胚胎大多數(shù)會死于殼內(nèi)。 由上看出，雞胚胎發(fā)育對環(huán)境溫度有一定的適應(yīng)能力，溫度在 ℃ ，都有一些種蛋能出雛。但是在使用電力孵化設(shè)備的情況下，上述溫度不是胚胎發(fā)育最適溫度 (郁箏， 2020)。在環(huán)境溫度得到控制的前提下 (如 24℃ 25℃ )，就立體孵化箱而言，最適宜的孵化溫度是 ℃ 。出雛期間為 37℃ ℃ 。另外，孵化過程中不同時期的孵化溫度有所不同，需要進行微調(diào)。因此，對孵化機內(nèi)的溫度精確測量是十分重要的 (廖紀朝， 1998)。 參考孵化行業(yè)的孵化標準，得出現(xiàn)有的孵化施溫方式主要有如下兩種 : ，大批種蛋整批人孵，應(yīng)采用變溫孵化。具體施溫方案如表 ，具體溫度見表 2(技術(shù)文獻 )。 6 表 11 不同胚齡期孵化室與孵化箱內(nèi)溫度關(guān)系 附 :華氏 (F)與攝氏 (C)的溫度換算公司 :F: 32+9/SC。 C=5/9x ( F32 ) 表 12 立體孵化分批入孵所取的溫度 ┌────────┬────────┐ │孵化室內(nèi)溫度 (℃ )│孵化箱內(nèi)溫度 (℃ ) │ ├────────┼────────┤ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ └────────┴────────┘ 由于本系統(tǒng)是多孵化箱控制系統(tǒng)，為了便于管理并提高孵化效率，采用大批種蛋整批入孵方式，即孵化出雛一體化。故采用表 1 所列的施溫方案。依據(jù)室內(nèi)溫度將孵化溫度分段確定為 (李明暉， 2020 ) 表 1 一立體孵化分批入孵所取的溫度 2 濕度條件 I 絕對濕度和相對濕度 大氣的干濕程度，通常是用大氣中水汽的密度來表示的，即以每 1m3 大氣中所含水汽的克數(shù)來表示，它稱為大氣的絕對濕度。要想直接測量出大氣的水7 汽密度，方法比 較復(fù)雜。而理論計算表明，在一般的氣溫條件下，大氣的水汽密度與大氣中水汽的壓強數(shù)值十分接近。所以大氣中水汽的密度又可以規(guī)定為大氣中所含水汽的壓強，又把它稱為大氣的絕對濕度，用符號 D表示，常用的單位是mmHg a 在許多與大氣濕度有關(guān)的現(xiàn)象里，如雞蛋的孵化，人們的感覺等等，都與大氣 的絕對濕度沒有直接的關(guān)系，主要是與大氣中水汽離飽和的遠近程度有關(guān)(郁箏， 2020)。比如，同樣是 lOmmHg 的絕對濕度，如果是在炎熱的夏季中午，由于離當 時的飽和水汽壓 (約 31mmHg)尚遠，使人感到干燥，然而如果是在冬季的傍晚， 由于水汽壓接近當時的飽和水汽壓 (約 18mmHg)而使人感到潮濕。因此通常把大氣的絕對濕度和當時氣溫下的飽和水汽壓的比值的百分數(shù)稱為大氣的相對濕度，即 式中 :H— 相對濕度 。 D— 大氣的絕對濕度 (mmHg)。 Ds 一當時氣溫下的飽和水汽壓 ((mmHg)。 上式表明，若大氣中所含水汽的壓強等于當時氣溫下的飽和水汽壓時，這時大氣的相對濕度為 100%RH 。 II 濕度對孵化效果的影響 孵化機內(nèi)的相對濕度，對孵化效果也起著一定的作用。在正常情況下，從種蛋入孵到出殼，全期水分的損失約占蛋重的 12%左右，為確保胚胎的正常發(fā)育，種蛋內(nèi)水分的蒸發(fā)應(yīng)保持一定的速度。孵化機內(nèi)的相對濕度值決定著種蛋的失水多少、速度快慢。而種蛋失水又間接衡量著種蛋氧吸收量的多少，即濕度的主要作用在于調(diào)節(jié)胚蛋的失水。如果不能使胚蛋獲得最佳的失水率，會影響孵化率，甚至帶來災(zāi)難性后果?？梢?，精確的測量與控制孵化機內(nèi)的濕度也是至關(guān)重要的。一般孵化器的相對濕度應(yīng)經(jīng)常保持在 55%~70%(王小芬， 2020。劉洪恩， 2020。顧道良， 1998)。 3通風 胚胎在發(fā)育過程中會不斷地吸入氧氣，排出二氧化碳。一般孵化器內(nèi)氧氣含量為 21%，二氧化碳含量為 %。二氧化碳超過 %，胚胎發(fā)育遲緩，超過 1%，死亡率增高，并出現(xiàn)胎位不正和畸形等現(xiàn)象。所以必須重視通風，使孵8 化箱內(nèi)空氣保持清新。一般在孵化初期，為保溫以及使溫度平穩(wěn)可以關(guān)閉進氣孔或部分開放進氣孔 (一般可開啟 1/4~1/3)，以后逐漸增大進氣孔，出雛時完全開放進氣孔。 4翻蛋 翻蛋的作用是 : 。因卵黃含脂量高，相對密度較小，總是浮在蛋的上部，易與殼接觸。翻蛋可經(jīng)常改變蛋的位置使其不會因粘連而造成胚胎死亡。 ，有利于胚胎發(fā)育。 有助于胚胎運動，增強活力，保持胎位正常。 翻蛋一般呈 90 度，前 45 度后 45 度，每 2小時翻一次。 18 天以后可不再翻蛋，整批入孵時 14 天后即可不再翻蛋。 5涼蛋 涼蛋可使孵化器徹底換氣，同時間歇的低溫還可促進胚胎發(fā)育，增強活力，有利于后期胚胎散熱。但如進氣良好，各孵化條件正常也可不進行涼蛋。如通風不良或利用同一孵化器出雛時則應(yīng)進行涼蛋。一般每天 2}8次，每次 1540分鐘，涼至蛋殼表面溫度接近于 32℃即可。 設(shè)計目標及控制方案 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標 根據(jù)施溫方案得到本系統(tǒng)設(shè)計的主要參數(shù)如 下 : 1. 控溫范圍 :35℃ ~40℃ 2. 控濕范圍 :50%~80%RH 3. 控溫精度 :溫度誤差不超過177。 ℃，機內(nèi)各點溫差不大于 ℃ 4. 溫度顯示分辨率 : 177。 ℃ 5．濕度顯示精度 :5%RH 工作重點 基本電路設(shè)計 : 通信電路等。 控制系統(tǒng)設(shè)計 : 系統(tǒng)軟件設(shè)計 : 本章小結(jié) 本章主要介紹了家禽孵化的原理以及孵化過程中必備的幾個條件。提出了本系 統(tǒng)的孵化方案和控制目標。對于孵化設(shè)備溫度、濕度、通風和翻蛋的控制是重點，也是難點。 9 第 三 章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 總體方案 本 系統(tǒng)選取孵化箱內(nèi)的溫度和濕度作為主要的被控對象，以加熱系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、 通風 風扇、翻蛋電機等執(zhí)行機構(gòu)作為控制手段。 系統(tǒng)總體框圖如下圖所示 框圖分析及具體模塊實現(xiàn)方法及手段 孵化控制系統(tǒng)組成如圖所示，孵化控制主要分為電氣控制、機械執(zhí)行及其它一些輔助機構(gòu)部分。孵化設(shè)備工作過程是 :單片機依據(jù)編寫好的程序和溫濕度探頭采樣的溫濕度信號進行數(shù)據(jù)處理與運算。根據(jù)需要發(fā)出驅(qū)動信號，實現(xiàn)加熱、加濕、翻蛋、 通風 等孵化控制功能。孵化箱控制設(shè)備最核心的部分是溫濕度控制模塊。它是以單片機為核心、外圍電路做輔助的單片微型計算機控制系統(tǒng) 。通過傳感器檢測電路、執(zhí)行器件驅(qū)動電路、鍵盤接口、 LED 數(shù)碼顯示等，使其既可以獨立完成對孵化箱內(nèi)溫濕度的實時測控，又可以通過串行通信接口實現(xiàn)與上位機的信息交互根據(jù)上述功能要求，可對該應(yīng)用系統(tǒng)進行硬件設(shè) 單片機 10 計。硬件電路設(shè)計主要包含兩部分 :以 AT89S52 為核心的單片機硬件系統(tǒng)設(shè)計及以 PC 為核心的管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計。 傳感器信號檢測電路將孵化箱內(nèi)環(huán)境參數(shù) (溫度、濕度 )實時地轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過信號處理電路之后送入單片機。單片機上電運行后會提取存儲器中默認的溫濕度參數(shù)，并開始輸出溫濕度控制信號。在特殊情況下 (如孵化禽蛋 的種類變化 )，根據(jù)需要，可以通過按鍵修改存儲器中默認的溫濕度參數(shù)值，故需要對系統(tǒng)進行按鍵電路設(shè)計。孵化箱內(nèi)溫濕度信號進入單片機，由程序作出處理并得到系統(tǒng)的溫濕度值。該值將與設(shè)定值進行比較，并進行運算。單片機根據(jù)運算結(jié)果對溫濕度控制設(shè)備進行控制。 在傳統(tǒng)的單機孵化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用 多級分布式結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想。系統(tǒng)由上位 PC 機和多個分布于不同孵化箱的下位機構(gòu)成。每臺單片機完成一個孵化箱的測控任務(wù)，其主要功能是完成各孵化箱內(nèi) 溫濕 度 信 號 的 采集 與 處 理 ， 并直 接 控 制 孵 化現(xiàn) 場 。 單 片 機通 過RS232 總線將現(xiàn)場數(shù)據(jù)和孵化控 制狀態(tài)上傳至上位 PC 機進行保存。上位機可以設(shè)定下位機的工作參數(shù)、查詢下位機的工作狀態(tài)、設(shè)定溫濕度的報警閥值，從而實現(xiàn)對多個孵化箱的統(tǒng)一管理，顯著提高了孵化場的管理效率。 采用這種多級分布式結(jié)構(gòu)不僅避免了模擬信號因長距離傳輸引起的損耗，簡化了系統(tǒng)的布線，而且便于增加傳感器的個數(shù)和種類，系統(tǒng)易于擴展、升級。 信號采集 電路的功能是將孵化箱內(nèi)環(huán)境參數(shù) (溫度、濕度 )實時地轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過信號處理電路之后送入單片機。 單片機選擇 在現(xiàn)今市場上，單片機的生產(chǎn)廠商很多、單片機的類型也很多。對于本孵化箱控制系統(tǒng)，進行單 片機選型應(yīng)該遵循的原則或要求主要是 : 。這是因為在孵化箱這樣的環(huán)境中存在有很多的干擾。 ，因為這樣可以簡化電路的設(shè)計，也可以讓電路的調(diào)試更加容易。 ，單片機生產(chǎn)廠商要提供免費的調(diào)試軟件，使單片機程序大部分能夠在 PC 機上仿真出來而且無誤 。而且，單片機程序語言要多樣化，要既可以用單片機匯編語言也11 可以用 C 語言編寫程序。 ，由于設(shè)計的通用智能終端長期在環(huán)境現(xiàn)場工作，為了節(jié)能，應(yīng)選擇功 耗低的單片機 (王玉華， 2020)。 本系統(tǒng)主控 MCU 選用 Atmel 公司的 AT89S52。它是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 可編程 Rash 存儲器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲器 技術(shù)制造，與工業(yè)上普遍使用的 80C51 芯片的指令和引腳完全兼容。由于該多孵化箱控制系統(tǒng)所要采集的數(shù)據(jù)量并不是特別大，單片機自帶的 SK 可編程 Flash 存儲器能夠滿足需要，所以不需要對存儲器進行擴展。 AT89552 單片機作為下位機負責采集孵化箱內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，對各個孵化箱內(nèi)的溫濕度值進行模糊運算，輸出控制信號驅(qū)動 執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)對孵化箱內(nèi)各參數(shù)的實時控制。另外，各個單片機并將本孵化箱內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)通過串行通訊接口上傳給上位 PC 機。 傳感器信號檢測電路設(shè)計 傳感器信號檢測電路的功能是將孵化箱內(nèi)環(huán)境參數(shù) (溫度、濕度 )實時地轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過信號處理電路之后送入單片機。下面分述溫濕度信號的采集。 溫度信號的采集 1 溫度傳感器的選擇 在眾多應(yīng)用于環(huán)境溫度監(jiān)測的溫敏元件中，溫敏電阻雖然成本低，但 后續(xù) 電路 復(fù)雜 ，且需 進行 溫度 標定 。電流 型集 成溫度 傳感 器AD590 也因其輸出為模擬信號，且輸出信號較弱故需后續(xù)放大及 AD轉(zhuǎn)換電路，若采用普通運放則精度難以保證，而測量放大器價格偏高，這就使系統(tǒng)的成本升高 (劉源， 2020)。 本系統(tǒng)的溫度傳感器選擇 DS18B20。 DS18B20 是美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的可編程單總線數(shù)字溫度傳感器。單總線即以 1 根數(shù)據(jù)線將測量到的溫度結(jié)果以串行數(shù)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 :基于單片機的多孵化箱溫濕度控制系統(tǒng)的研究字信號輸出，與微控制器進行連接。DS18B20 片內(nèi) ROM 中有唯一的 64 位序列號，所以可以在 1 根總線上掛接任意多個 DS18B20，這樣就可以很方便地構(gòu)成單線多點溫度測量系統(tǒng)。 DS18B20 的 測 溫 范 圍 從 55℃ 到 +125℃ ， 測 量 精 度 可 以 達 到℃ 。 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果的位數(shù)可以由軟件編程確定，可12 以直接輸出 9 至 12 位的數(shù)字信號，默認值為 12 位。 DS18B20 進行一次溫度采集至多需要大約 1 秒鐘的時間，在孵化控制系統(tǒng)中能夠滿足需要。 DS18B20 內(nèi)部存儲器包括一個暫存 RAM 和一個非易失性電可擦除 E178。RAM。其中暫存存儲器作用是在單總線通信時確保數(shù)據(jù)的完整性，它包括 8 個字節(jié)，頭兩個字節(jié)為轉(zhuǎn)換的溫度讀數(shù)。數(shù)字溫度傳感器DS18B20 有三個引腳，分別是 VCC， GND， DATA。其中 VCC 和 GND 是DS18B20 的供電引腳，接入 +5V 電源和地。 DAIA 是 DS18B20 的數(shù)據(jù)線，用來傳送指令和溫度數(shù)據(jù) (吳春蕾， 2020)。 2 溫度傳感器 DS18B20 的工作原理 DS18B20 測溫原理如圖 32 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振