农田智能驱鸟器设计与试验_张驰

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／ ／ 西南师范大学学报 （ 自然科学版 ） ｔ ｂ ｂ ． ｓ ｗ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ １卷 ｔ ｘ ｂ 第 ４ ｈ ｐ： ｊ
放驱鸟语音 、定时更新语音库和随机变换超声波频率降低鸟类的适应性 ；采用红外热释电传感器实现对鸟类 的主动驱赶 ．
１ 设计目标
）采用红外传感器对鸟类进行实时监测 ，当鸟飞入传感器有效探测 范 围 内 时 ，驱 鸟 器 进 入 工 作 模 式 ． １ 传感器有效探测距离超过 ９ｍ，空间全方位探测 ，受天气影响小 ． ）运用超声波和数码语音结合驱鸟 ，通 过 随 机 播 放 驱 鸟 语 音 、随 机 变 换 超 声 波 频 率 降 低 鸟 类 的 适 应 ２ ２ ／套 ． 性 ；驱鸟器有效驱赶范围大于 ２ ０ｍ ０ ）使用太阳能电池板和锂电池对整套系统进行供电 ，保
３ ． １ 控制模块 选用 Ｓ Ｃ 公司生产的低功耗 ８ 位 单 片 机 Ｓ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２ 作 为 主 控 芯 片 ，它 具 有 ８ ａ ｓ ｈ， ５ １ ２字节 Ｔ Ｔ Ｋ 字节 Ｆ ｌ ／ Ｒ ＡＭ， ３ ２ 位Ｉ Ｏ 口线 ，内置 ４ Ｂ Ｅ Ｅ Ｐ Ｒ ＯＭ 和 ＭＡＸ ８ １ ０ 复位电路 ， Ｋ ３个１ ６ 位定时器／计数器 ， ４ 个外部中 断 ，全双工串行口 ． ２ 红外检测模块 ３ ． 选用德 国 原 装 ＬＨ Ｓ Ｒ Ｉ ７ ７ ８ 探 头 的 ＨＣ ５ ０ １红外检测 － ， 模块 能够远距 离 检 测 鸟 类 释 放 的 红 外 线 ．为 了 提 高 探 测灵敏度以增 大 探 测 距 离 ，该 模 块 在 ＬＨ Ｉ ７ ７ ８的前方装 设一个菲涅尔透 镜 ，它 和 放 大 电 路 配 合 ，可 将 信 号 放 大 到７ Ｂ 以上 ，并且可以测出 ０～１ ０ｄ ０ ｍ 范围内 鸟 类 的 行 ［ ９］ 动 ． ＬＨ Ｉ ７ ７ ８ 外观结构如图３．其工作电压为５Ｖ，静态 图 ３ ＬＨ Ｉ ７ ７ ８ 探头结构图 ／低 ０Ｖ，延时 ＜０ ， 电流 ＜５ ３Ｖ ． ５ｓ ０μ Ａ，电平输出高 ３ ． 空间感应角度 ≤１ 锥角 ，最大探测距离 １ ９ ° ５ ° ０ ° ．其原理电路如图 ４． ３ ０ｍ，工作温度为 －１ ～ ＋７ 每套驱鸟器四周各安装一个 红 外 探 头 ，有 效 探 测 距 离 为 以 驱 鸟 器 为 圆 心 ，半 径 为 ９ ｍ 的 半 球 面 范 围
收稿日期 ：２ ０ ３ ３ １ １ ５ ０ － － ） ） ，中央高校基本科研业务费团队项目 （ 基金项目 ： 国家级大学生创新创业训练计划项目 （ ｘ ｋ １ ３ ． ２ ０ １ ３ １ ０ ６ ３ ５ ０ ４ ９ ２ ３ ６ ２ ０ １ ４ ，男 ，河北张家口人 ，本科生 ，主要从事检测自动化研究 ． 作者简介 ： 张 驰 （ ９ ３ １ ９ －） 通信作者 ： 李光林 ， 教授 ， 博士研究生导师 ．
摘要 ： 由于鸟类对庄稼的啄食 ，影响粮食和水果的产量和质量 ，给 农 民 造 成 较 大 的 经 济 损 失 ．针 对 农 田 鸟 害 问 题 ， 设计了一种农田智能驱鸟器 ．驱鸟器由太阳能电池板和锂电池供电 ，采用热释电红外传感器实时监测 ．当鸟类飞入 传感器有效探测范围时 ，由主控芯片 Ｓ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２ 驱动超 声 波 系 统 和 数 码 语 音 系 统 工 作 ，超 声 波 发 生 器 发 射 有 效 频 Ｔ 段内的变频超声波 ，数码语音系统随机播放使鸟类恐惧的声音或天敌叫声 ，有效降低鸟类的适应性 ，极大地减少了 因鸟害引起的粮食作物和水果损失 ．试验结果表明 ，该文设计的驱鸟器能够实现对鸟的主动驱赶 ，成 本 低 ，灵 敏 度
： ／ Ｉ １ ０ ． １ ３ ７ １ ８ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｘ ｓ ｘ ｂ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ５ ． ０ １ ５ Ｄ Ｏ ｊ
农田智能驱鸟器设计与试验
西南大学 工程技术学院 ，重庆 ４ ０ ０ ７ １ ５
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张 驰 ， 李光林 ， 金 城 ， 马 驰 ， 井 伟
主要用于电力系统和机场驱鸟 ． 针对现有驱鸟器存在的不足 ，结 合 种 植 业 防 治 鸟 害 的 实 际 需 求 ，本 研 究 设 计 了 一 套 光 伏 和 锂 电 池 供 电 ，采用环保安全的超声波与数码语音结合驱鸟的装置 ．数码语音通过播放鸟类天敌的鸣叫或害鸟哀鸣的 声音使鸟类产生恐惧 ，超声波发生器发射大功率变频超声波刺激鸟类的神经系统使其生理紊乱 ．通过随机播
第４ １卷 第５期
西 南 师 范 大 学 学 报 （ 自然科学版 ）
１ ６年５月 ２ ０ Ｍ ａ ０ １ ６ ｙ．２
） Ｖ ｏ ｌ ． ４ １ ｏ． ５ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎ ｙ（
图 ７ 数码语音模块电路图 ３ ． ５ 供电模块 供电模块由太阳能电池板 、锂电池 、保护电路和升压电路组成 ．采用 钢 化 玻 璃 及 防 水 树 脂 进 行 封 装 的 单晶硅太阳能电池板两块 ，使用寿命可达 ２ ２×１ ４ ８×４ ． ５ ｍｍ，功 率 为 ６ ５ Ｗ，工 作 电 压 为 ５ 年 ，尺寸为 ３ ６ ． Ｒ １ ８ ６ ５ ０ Ｂ Ｅ 两块 ，并联工作 ，单节容量为 ３ ０ｍＡ ｈ． ５Ｖ．锂电池选用松下公司的 Ｎ Ｃ ２ ０ 太阳能电池板给锂电池充电 ，锂电池没有充放电保护电路 ．升压电路将锂电池输出的 ３ ７Ｖ 直流升 到 ． ５Ｖ，给控制模块和执行模块供电 ．保护电路和升压电路如图 ８、图 ９ 所示 ．
２ 内 ，有效地面面积可达 ２ ０ｍ ． ４
第 ５ 期 张 驰 ，等 ：农田智能驱鸟器设计与试验
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图 ４ 红外检测模块电路原理图 ３ ． ３ 超声波模块 由于鸟类听觉频率范围较人类宽 ，可利用大 功 率 超 声 波 脉 冲 对 鸟 类 听 觉 系 统 进 行 有 效 的 干 扰 和 刺 激 ， 破坏鸟类的神经系统及生理系统 ，使其无法忍受 ，从而将鸟类驱出农田 ． 选用 Ａ Ｉ公司生产的 Ａ ９ ８ ５ ０ 芯片 ， Ａ Ｄ ９ ８ ５ ０ 内含可编程 Ｄ Ｓ 系统和高速比较器 ，能实现全数字编程 Ｄ Ｄ Ｄ 控制的频率合成 ，可输出正弦波和方波 ．采用 １ ５ＭＨ ｚ有源晶振 ，频率输出为 ０～４ ｚ ．原理图如图 ５． ２ ０ ＭＨ 经过功率放大后发射 ９ Ｂ 以上的超声波 ．为了防止长时间使用相同频率超声波鸟类产生适应性 ，本试验 ０ｄ ，在 该 频 率 范 围 内 ８ 通过编程使超 声 波 频 率 从 ２ Ｈ ｚ到 ５ ０ｋ Ｈ ｚ 变 化 ，循 环 １ 次 ５ ｍ ｉ ｎ ２ｋ ０％ 的 鸟 类 无 法 适
７］ 设计 水稀释喷雾 ，可缓慢持久地释放出影响鸟类中枢神经系统的气 味 ，但 该 方 法 会 造 成 残 留 ；丁 月 明 等 ［
的新型智能语音驱鸟器采用红外探测器识别鸟类 ，实现了自动驱赶 ，但检测 范 围 是 半 径 为 ２ 米 的 球 面 ，不
８］ 设计的智能超声波驱鸟器采用多普勒探测 ，探测效果好 ，但成本较 高 ， 适用于大面积农田驱鸟 ；田治富等 ［
２ 总体结构及工作原理
２ ． １ 总体结构及实物图 驱鸟器总体结构如图 １ 所示 ，外观结构如图 ２ 所示 ．
图 １ 驱鸟器结构框图 ２ 工作原理 ２ ．
图 ２ 驱鸟器实物图
当鸟类进入红外传感器探测范围 ，传感器向单片机输入一高电平 ，单 片 机 进 入 工 作 模 式 ，驱 动 驱 鸟 模 块工作 ，交替播放已存储在 Ｔ ３ 解码模块输 Ｆ 存储卡中害鸟天敌鸣叫 、鸟类悲哀或使鸟恐惧的声音等 ，ＭＰ 出的声音信号经功率放大后传到大功率扬声器中播放 ；超声波发生器 同 时 发 射 频 率 为 ２ ０ｋ Ｈ ｚ循 环 变 ２～５ 频的大功率超声波 ．这种变频超声波和随机播放的数码语音结合 ，对鸟类听 觉 系 统 进 行 干 扰 和 刺 激 ，有 效 降低了鸟类的适应性 ，达到驱赶鸟类的目的 ．电源模块选用光伏和锂电池结合 ，适合野外长期时间工作 ．
２ ／套 ，可满足农田的驱鸟需求 ，效果良好 ． 和驱离效率高 ，适合野外长时间工作 ，有效驱鸟范围达 ２ ０～２ ４ ０ｍ ０
关 键 词 ： 红外检测 ；变频超声波 ；数码语音 ；智能驱鸟器 ；农田 （ ） 中图分类号 ：Ｓ ２ ３ ７ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ０ ７ １ ２ ０ １ ６ ０ ５ ８ １ ５ ４ ０ ０ ０ ７ － － －
］ ２， １ ０－１ １ 应［ ．超声波模块电路原理如图 ６．
图 ５ Ａ Ｄ ９ ８ ５ ０ 原理图
图 ６ 超声波模块电路原理图
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／ ／ 西南师范大学学报 （ 自然科学版 ） ｔ ｂ ｂ ． ｓ ｗ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ １卷 ｔ ｘ ｂ 第 ４ ｈ ｐ： ｊ
３ ． ４ 数码语音模块 驱鸟器音频文件为 ＭＰ ３ 格式 ，主控芯片采用泰 科 电 子 公 司 生 产 的 Ｇ Ｄ ２ ８ １ ６．针 对 农 田 主 要 害 鸟 麻 雀 Ｐ 和灰喜鹊 ，选取害鸟天敌苍鹰 、红隼的声音 ，害 鸟 悲 哀 、恐 惧 、求 救 的 声 音 ，猎 枪 、锣 鼓 声 等 高 保 真 声 音 ， 将其存储于 Ｔ Ｆ 卡中 ．所存储的声音信息可以根 据 实 际 害 鸟 种 类 随 时 更 新 ，以 保 证 驱 鸟 效 果 最 佳 ．音 频 文 ／ 件 设为随机播放 ，避免鸟类对声音产生适应性 ．选用８ ０ ２ 功放及３ Ｗ ０ ４Ω 高性能扬声器 ，有效驱鸟距离达 ２ ０ｍ 以上 ．语音模块电路原理如图 ７．
流电供电 ，采用定时播放语音 ，存在需 要 驱 鸟 时 驱 鸟 器 不 工 作 的 情 况 ；超 声 波 作 为 一 种 新 型 的 驱 鸟 技 术 ， 在机场 、高压电线及国外的一些果园得到了普 遍 应 用 ，在 国 内 应 用 较 少 ，现 有 超 声 波 驱 鸟 器 频 率 固 定 ，鸟 类易产生适应性 ；激光驱鸟器采用高亮度激光束照射保护区域 ，长时间使用鸟类会产生适应性 ，效果不佳 ； 电子炮驱鸟器利用电流激发空气爆炸 ，长时间使用鸟类也会产生适应性 ，效 果 减 弱 ；驱 鸟 剂 多 用 化 学 制 剂