基于STM32单片机的畜禽粪便传送带清洗系统设计

董荣伟，成 恩，王丽丽，罗栋梁，李明杭

(盐城工业职业技术学院智能制造学院，江苏 盐城 224000)

0 引言

规模化畜禽养殖多采用在养殖笼底部安装传送带收集畜禽粪便，再通过传送带运动将粪便运送至固定地点，此方式虽减轻养殖户的负担，但也存在传送带表面的粪便清除不干净，长时间堆积会产生细菌、病毒等有害微生物，不利于畜禽的健康生长。因此，设计一款基于STM32单片机的畜禽粪便传送带清洗系统，可以定期对传送带进行清洗，为畜禽营造良好的生长环境，有效提高养殖智能化水平，提升养殖效益。

1 系统整体结构设计

系统整体结构如图1所示，传送带经左滚轮与右滚轮驱动由左向右运动，右滚轮两侧对称安装一号刮污装置与二号刮污装置，左滚轮两侧对称安装一号干燥装置与二号干燥装置，传送带中间两侧对称安装一号基柱与二号基柱；一号基柱与二号基柱之间等间隔设有3个管道，从左至右分别为：一号分支管道、二号分支管道与三号分支管道，且位于传送带的正上方；3个管道位于二号基柱的一端封闭，另一端插入一号基柱内部，3个管道的正下方均等间隔设有多个向右倾斜30°～40°的喷嘴；二号基柱的顶部左侧安装MCU控制电路盒。此外，一号基柱为不锈钢材料制成的空心长方体状，一号基柱内部左端设有水泵，水泵的进口与二号水管一端连接，二号水管的另一端穿过一号基柱底部连接地下自来水管；水泵的出口与一号水管一端连接，一号水管的另一端封闭，且固定在一号基柱右内壁；一号基柱前侧设有一号通孔、二号通孔与三号通孔；一号分支管道穿过一号通孔连接一号水管，二号分支管道穿过二号通孔连接一号水管，三号分支管道穿过三号通孔连接一号水管。其中，一号刮污装置内含第一电机、二号刮污装置内含第二电机、一号干燥装置内含第三电机与第一红外加热管、二号干燥装置内含第四电机与第二红外加热管。

图1 系统结构示意图

2 系统电路控制方案

系统整体电路控制结构如图2所示，主要包含电源转换模块、STM32主控电路、按键电路、第一电机模块、第二电机模块、第三电机模块、第四电机模块、LCD显示电路、继电器控制水泵电路、继电器控制第一红外加热管电路以及继电器控制第二红外加热管电路。第一电机模块、第二电机模块用于刮污操作，第三电机模块、第四电机模块用于干燥操作。整个系统采用220 V交流电源供电，需要通过电源转换模块将220 V电压转换为上述部件工作所需要的电压。养殖户通过按键操作向控制相应设备执行操作。

图2 系统结构示意图

3 系统仿真电路

系统仿真电路如图3所示，设计利用PROTEUS8.9软件绘制仿真电路，主要包括STM32F103R6单片机为核心的主控电路、LCD显示电路、继电器控制水泵电路、继电器控制第一刮污电机电路、继电器控制第二刮污电机电路、继电器控制第一干燥电机电路、继电器控制第二干燥电机电路、继电器控制第一红外加热管电路、继电器控制第二红外加热管电路以及按键电路。其中，LCD显示电路用于显示清洗系统当前运行状态。按键电路由4个按键构成，每个按键按下即可执行不同操作，分别是冲洗、刮污、干燥与运行。按下“运行”按键时，系统才开始启动，否则一直处于待机状态；按下“冲洗”按键时，启动水泵控制电路打开水泵，水泵抽水经过3根管道的喷嘴冲洗传送带；按下“刮污”按键时，启动继电器控制第一刮污电机电路与继电器控制第二刮污电机电路，执行相应的操作；按下“干燥”按键时，启动继电器控制第一干燥电机电路、继电器控制第二干燥电机电路、继电器控制第一红外加热管电路与继电器控制第二红外加热管电路，依照指定流程执行操作，实现相应的功能。

图3 系统仿真电路

4 系统程序设计

利用Keil4编写系统程序，主程序流程如图4所示。系统上电，程序首先调用GPIO初始化子函数对系统涉及的引脚输入输出模式进行配置，然后对LCD进行初始化、关闭所有设备，且LCD显示屏幕一直显示“Waiting Mode!”，表示等待工作。首先，判断“运行”按键是否按下，若没有按下，则一直待机，若用户按下“运行”按键，系统识别“运行”按键按下后，再次确认按键按下后，LCD显示屏幕显示“SYSTEM ON!”，提示系统开启，可以执行后续操作。

“运行”按键按下之后，若用户按下“冲洗”按键，系统识别“冲选”按键按下后，再次确认按键按下后，LCD显示屏幕显示“Chongxi Mode!”，提示冲洗模式，且打开水泵，5 min后，关闭水泵，系统处于待机模式。

“运行”按键按下之后，若用户按下“刮污”按键，系统识别“刮污”按键按下后，再次确认按键按下后，LCD显示屏幕显示“Guawu Mode!”，提示刮污模式，且启动第一刮污电机、第二刮污电机旋转至90°后停止，5 min后，启动第一刮污电机、第二刮污电机旋转至270°，回归原始位置后停止。

“运行”按键按下之后，若用户按下“干燥”按键，系统识别“干燥”按键按下后，再次确认按键按下后，LCD显示屏幕显示“Ganzao Mode!”，提示干燥模式，且启动第一干燥电机、第二干燥电机旋转至90°后停止，打开第一红外加热管与第二红外加热管，5 min后，关闭第一红外加热管与第二红外加热管，启动第一干燥电机、第二干燥电机旋转至270°，回归原始位置后停止。

上述操作，执行完毕后，系统再次恢复至待机状态，等待下一次命令。

图4 主程序流程图

5 系统仿真分析

5.1 “运行”键按下仿真效果

将生成的HEX文件加载至芯片，如图5所示，无任何按键按下，LCD显示屏幕第一行显示“Waiting Mode!”表示等待工作，第二行显示“SYSTEM OFF!”；当按下“运行”键后，LCD显示屏幕第一行显示“Waiting Mode!”表示等待工作，第二行显示“SYSTEM ON!”表示系统开启，可以执行后续操作。

图5“运行”键按下仿真效果图

5.2 “冲洗”键按下仿真效果

如图6所示 ，当按下“冲洗”键后，LCD显示屏幕第一行显示“Chongxi Mode!”，第二行显示“SYSTEM ON!”表示系统处于冲洗模式，此时，单片机引脚PC0输出“低电平”，则水泵继电器控制电路运行，运行5 min后，PC0输出“高电平”，水泵停止运行，完成冲洗工作。

图6 “冲洗”键按下仿真效果图

5.3 “刮污”键按下仿真效果

如图7所示 ，当按下“刮污”键后，LCD显示屏幕第一行显示“Guawu Mode！”，第二行显示“SYSTEM ON!”表示系统处于刮污模式，此时，单片机引脚PC1、PC2输出“低电平”，则启动第一刮污电机、第二刮污电机旋转至90°后，单片机引脚PC1、PC2输出“高电平”停止，5 min后，启动第一刮污电机、第二刮污电机旋转至270°，回归原始位置后停止，完成刮污工作。

5.4 “干燥”键按下仿真效果

如图8所示 ，当按下“干燥”键后，LCD显示屏幕第一行显示“Ganzao Mode！”，第二行显示“SYSTEM ON!”表示系统处于干燥模式，此时，单片机引脚PC3、PC4输出“低电平”，则启动第一干燥电机、第二干燥电机旋转至90°后，PC3、PC4输出“高电平”停止，然后，PC5、PA13输出“低电平”，打开第一红外加热管与第二红外加热管，5 min后，PC5、PA13输出“高电平”，关闭第一红外加热管与第二红外加热管，PC3、PC4再输出“低电平”，启动第一干燥电机、第二干燥电机旋转至270°，回归原始位置后PC5、PA13输出“高电平”停止，完成干燥工作。

图7 “刮污”键按下仿真效果图

6 结语

文章针对现有传送带表面的粪便清除不干净，长时间堆积会产生细菌，不利于畜禽健康生长的不足，设计一款基于STM32单片机的畜禽粪便传送带清洗系统，利用PROTEUS8.9软件绘制系统仿真电路，Keil4编写系统程序后，进行仿真调试。通过仿真发现，仿真效果与系统实现功能一致，即养殖户通过4个按键操作，控制STM32单片机启动或停止系统相应设备，达到冲洗、刮污、干燥的目的，实现传送带的定期自动清洗功能。