一種單片機控制的超聲波定向驅(qū)捕害蟲智能系統(tǒng)設(shè)計

一種單片機控制的超聲波定向驅(qū)捕害蟲智能系統(tǒng)設(shè)計張化平;王瑾;陳琛【摘要】設(shè)計了一種利用太陽能為能源、純物理驅(qū)捕田間害蟲的系統(tǒng)，實現(xiàn)了全自動全天候的工作，利用超聲波驅(qū)蟲和黑光燈誘蟲技術(shù),達到綠色滅蟲的目的.并針對空氣對機械波的阻礙作用，造成聲波在空氣中隨距離而減弱的問題，利用聲波定向技術(shù),使機械波在額定的功率下傳播的更遠.【期刊名稱】《蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報》【年(卷)，期】2017(017)002【總頁數(shù)】3頁(P20-22)【關(guān)鍵詞】超聲波;驅(qū)蟲;聲波定向技術(shù);單片機控制【作者】張化平;王瑾;陳琛【作者單位】蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，甘肅蘭州I730060;蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州730060;蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州730060【正文語種】中文【中圖分類】S475目前，在國內(nèi)夕卜解決田間害蟲的方法大多都用化學(xué)農(nóng)藥，但農(nóng)藥的使用是把雙刃劍，它不光能防治農(nóng)田間的病蟲害，還能污染環(huán)境。據(jù)了解，人類在田間對農(nóng)藥的利用率只有10%[1],剩余的90%都是通過各種渠道去污染我們賴以生存的環(huán)境?；谝陨显?，我們既要對環(huán)境少污染，又要對害蟲防治有效，所以只能利用物理防蟲的辦法。但現(xiàn)在市面上能見到的大多為太陽能物理殺蟲燈，利用害蟲的趨光波特性，誘導(dǎo)害蟲撲燈并殺死，達到殺滅害蟲、控制蟲害的目的。該種裝置是可用于大田防治，同時也可作為害蟲測報工具。但此種裝置只能是晚上誘捕害蟲，白天卻起不到防治害蟲的目的。大多數(shù)害蟲是隨著空氣中氣流的流動而遷移的，所以晚上的燈光誘殺只能防治晚上遷移的害蟲。那到白天如何物理防治害蟲呢？黑光燈把害蟲誘導(dǎo)過來，又如何有效殺死？我們有必要研制這類設(shè)備。通過對昆蟲聽覺系統(tǒng)的研究，其電生理數(shù)據(jù)表明,大多數(shù)昆蟲聽覺感受器進化出的最佳調(diào)諧頻率范圍是20~50kHz。如果超出昆蟲的最佳調(diào)諧頻率范圍，可讓昆蟲的聽覺神經(jīng)感到不適應(yīng)［2］,就如我們?nèi)祟惵牭皆胍粢粯?，力求避開那一區(qū)域，昆蟲也只有逃逸出聲波范圍。超聲波驅(qū)蟲系統(tǒng)就是利用單片機控制，將通過間隔性的產(chǎn)生的不同頻率的電磁波，通過功放，將信號放大，傳至喇叭轉(zhuǎn)換為機械波，將聲音傳播到空間。原理如圖1所示。超聲波是機械波，在空氣中傳播就會有損耗。聲波定向發(fā)射，即聲波輻射表現(xiàn)出一定的指向性。傳統(tǒng)的揚聲器，雖然在正面我們聽到的聲音最大，但在揚聲器的后面或側(cè)面都能聽到聲音，這說明聲波是向四周傳播的，沒有強指向性，所以揚聲器的音量隨距離下降顯著，與傳播的距離平方成反比。我們在聲波驅(qū)蟲的理論基礎(chǔ)上，利用線性聲學(xué)中的干涉效應(yīng)，研究聲陣列技術(shù)及其指向性，從而實現(xiàn)聲波定向。根據(jù)相干波的原理，陣列中的聲源輻射會出現(xiàn)對某些點的輻射增強而某些點減弱［3］?；谶@一原理，期望機械波在額定的功率下能傳的更遠。超聲波驅(qū)蟲和黑光燈誘蟲都是物理防蟲技術(shù)。我們設(shè)計的這套系統(tǒng)以單片機為控制核心，以太陽能為供電能源，由白天使用的超聲波驅(qū)蟲系統(tǒng)，和夜晚使用的黑光燈誘蟲系統(tǒng)組成。白天使用超聲波驅(qū)蟲系統(tǒng)，利用單片機控制的變頻超聲波信號，將機器周圍的田間蟲害驅(qū)趕走，晚間使用黑光燈誘蟲系統(tǒng)，利用害蟲的趨光性將害蟲吸引來并殺死。以達到保護農(nóng)作物的目的。系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示，單片機接線原理圖如圖3所示。由于昆蟲種類的不同而對波長的反應(yīng)機理不同，我們在設(shè)計時考慮到了聲波頻率能在較大范圍變化，以達到較好的驅(qū)昆蟲效果。我們?nèi)祟惖穆犛X范圍在20Hz~20kHz，為了不影響人類的聽覺，我們設(shè)定系統(tǒng)超聲波的發(fā)射頻率在25kHz~55kHz。產(chǎn)生25kHz、30kHz、35kHz、40kHz、45kHz、50kHz、55kHz等一系列的中頻信號，由單片機控制，通過間隔性的產(chǎn)生形成掃描式的信號［4］，通過功放，將信號放大，傳至喇叭，將聲音傳播出去。程序框圖如圖4所示。為實現(xiàn)全天候全自動的工作，我們設(shè)想利用光敏元件采集信號，將信號輸入單片機來控制，白天運行超聲波驅(qū)蟲系統(tǒng)，晚間運行黑光燈誘蟲系統(tǒng)，利用昆蟲的趨光性，也就是〃飛蛾撲火”的原理，引誘昆蟲飛至水盆上方，由于透明擋板的阻擋，而使得空中飛舞的害蟲跌落至水盆中淹死。從而起到殺蟲的目的［5］。可在水中放少許糖和醋，氣味對害蟲有引誘作用，水變粘稠可使掉到水中的害蟲無法逃逸。單片機控制的軟件系統(tǒng)如圖5所示。首先，系統(tǒng)進行初始化，然后，單片機檢測光控電路是“0”或“1”。當(dāng)檢測為“1”時，讓整個系統(tǒng)工作在超聲波驅(qū)蟲狀態(tài)；當(dāng)檢測為“0”時，讓整個系統(tǒng)工作在黑光燈誘蟲系統(tǒng)。系統(tǒng)采用超聲波驅(qū)趕和黑光燈誘捕技術(shù)，達到綠色滅蟲的目的。在聲波驅(qū)蟲的理論基礎(chǔ)上，利用線性聲學(xué)中的干涉效應(yīng)，研究聲陣列技術(shù)及其指向性，從而實現(xiàn)聲波定向。總結(jié)出應(yīng)用于聲波定向驅(qū)蟲的最適宜聲陣列。它作為物理防治中的一項重要技術(shù)，驅(qū)捕蟲效果明顯。同時采用太陽能和蓄電池，貫穿“節(jié)能、綠色、智能化”理念，實現(xiàn)了全自動、全天候的工作，它的應(yīng)用能夠有效改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，確保農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，促進了無公害、有機食品生產(chǎn)，為綠色食品的發(fā)展開拓了廣闊的前景?！鞠嚓P(guān)文獻】侯改萍.談?wù)劵瘜W(xué)農(nóng)藥[J].科技廣場,2012,09,(18):20-21.黃偉.淺談超聲波電子驅(qū)蚊器在汽車上的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2015,11(33):242243.嚴凡婷.風(fēng)能驅(qū)動的聲波定向驅(qū)蟲裝置研究設(shè)計[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.