一种单片机控制的超声波定向驱捕害虫智能系统设计

一种单片机控制的超声波定向驱捕害虫智能系统设计张化平;王瑾;陈琛【摘要】设计了一种利用太阳能为能源、纯物理驱捕田间害虫的系统，实现了全自动全天候的工作，利用超声波驱虫和黑光灯诱虫技术,达到绿色灭虫的目的.并针对空气对机械波的阻碍作用，造成声波在空气中随距离而减弱的问题，利用声波定向技术,使机械波在额定的功率下传播的更远.【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》【年(卷)，期】2017(017)002【总页数】3页(P20-22)【关键词】超声波;驱虫;声波定向技术;单片机控制【作者】张化平;王瑾;陈琛【作者单位】兰州石化职业技术学院机械工程学院，甘肃兰州I730060;兰州石化职业技术学院电子电气工程学院，甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院电子电气工程学院，甘肃兰州730060【正文语种】中文【中图分类】S475目前，在国内夕卜解决田间害虫的方法大多都用化学农药，但农药的使用是把双刃剑，它不光能防治农田间的病虫害，还能污染环境。据了解，人类在田间对农药的利用率只有10%[1],剩余的90%都是通过各种渠道去污染我们赖以生存的环境。基于以上原因，我们既要对环境少污染，又要对害虫防治有效，所以只能利用物理防虫的办法。但现在市面上能见到的大多为太阳能物理杀虫灯，利用害虫的趋光波特性，诱导害虫扑灯并杀死，达到杀灭害虫、控制虫害的目的。该种装置是可用于大田防治，同时也可作为害虫测报工具。但此种装置只能是晚上诱捕害虫，白天却起不到防治害虫的目的。大多数害虫是随着空气中气流的流动而迁移的，所以晚上的灯光诱杀只能防治晚上迁移的害虫。那到白天如何物理防治害虫呢？黑光灯把害虫诱导过来，又如何有效杀死？我们有必要研制这类设备。通过对昆虫听觉系统的研究，其电生理数据表明,大多数昆虫听觉感受器进化出的最佳调谐频率范围是20~50kHz。如果超出昆虫的最佳调谐频率范围，可让昆虫的听觉神经感到不适应［2］,就如我们人类听到噪音一样，力求避开那一区域，昆虫也只有逃逸出声波范围。超声波驱虫系统就是利用单片机控制，将通过间隔性的产生的不同频率的电磁波，通过功放，将信号放大，传至喇叭转换为机械波，将声音传播到空间。原理如图1所示。超声波是机械波，在空气中传播就会有损耗。声波定向发射，即声波辐射表现出一定的指向性。传统的扬声器，虽然在正面我们听到的声音最大，但在扬声器的后面或侧面都能听到声音，这说明声波是向四周传播的，没有强指向性，所以扬声器的音量随距离下降显著，与传播的距离平方成反比。我们在声波驱虫的理论基础上，利用线性声学中的干涉效应，研究声阵列技术及其指向性，从而实现声波定向。根据相干波的原理，阵列中的声源辐射会出现对某些点的辐射增强而某些点减弱［3］。基于这一原理，期望机械波在额定的功率下能传的更远。超声波驱虫和黑光灯诱虫都是物理防虫技术。我们设计的这套系统以单片机为控制核心，以太阳能为供电能源，由白天使用的超声波驱虫系统，和夜晚使用的黑光灯诱虫系统组成。白天使用超声波驱虫系统，利用单片机控制的变频超声波信号，将机器周围的田间虫害驱赶走，晚间使用黑光灯诱虫系统，利用害虫的趋光性将害虫吸引来并杀死。以达到保护农作物的目的。系统设计如图2所示，单片机接线原理图如图3所示。由于昆虫种类的不同而对波长的反应机理不同，我们在设计时考虑到了声波频率能在较大范围变化，以达到较好的驱昆虫效果。我们人类的听觉范围在20Hz~20kHz，为了不影响人类的听觉，我们设定系统超声波的发射频率在25kHz~55kHz。产生25kHz、30kHz、35kHz、40kHz、45kHz、50kHz、55kHz等一系列的中频信号，由单片机控制，通过间隔性的产生形成扫描式的信号［4］，通过功放，将信号放大，传至喇叭，将声音传播出去。程序框图如图4所示。为实现全天候全自动的工作，我们设想利用光敏元件采集信号，将信号输入单片机来控制，白天运行超声波驱虫系统，晚间运行黑光灯诱虫系统，利用昆虫的趋光性，也就是〃飞蛾扑火”的原理，引诱昆虫飞至水盆上方，由于透明挡板的阻挡，而使得空中飞舞的害虫跌落至水盆中淹死。从而起到杀虫的目的［5］。可在水中放少许糖和醋，气味对害虫有引诱作用，水变粘稠可使掉到水中的害虫无法逃逸。单片机控制的软件系统如图5所示。首先，系统进行初始化，然后，单片机检测光控电路是“0”或“1”。当检测为“1”时，让整个系统工作在超声波驱虫状态；当检测为“0”时，让整个系统工作在黑光灯诱虫系统。系统采用超声波驱赶和黑光灯诱捕技术，达到绿色灭虫的目的。在声波驱虫的理论基础上，利用线性声学中的干涉效应，研究声阵列技术及其指向性，从而实现声波定向。总结出应用于声波定向驱虫的最适宜声阵列。它作为物理防治中的一项重要技术，驱捕虫效果明显。同时采用太阳能和蓄电池，贯穿“节能、绿色、智能化”理念，实现了全自动、全天候的工作，它的应用能够有效改善农田生态环境，确保农产品的质量安全，促进了无公害、有机食品生产，为绿色食品的发展开拓了广阔的前景。【相关文献】侯改萍.谈谈化学农药[J].科技广场,2012,09,(18):20-21.黄伟.浅谈超声波电子驱蚊器在汽车上的应用[J].中小企业管理与科技，2015,11(33):242243.严凡婷.风能驱动的声波定向驱虫装置研究设计[D].重庆：重庆大学，2014.