嚴(yán)謙捷　史杰函　鐘遠(yuǎn)志　向誠(chéng)

【摘 要】本文設(shè)計(jì)一種以觸摸屏為控制端，以單片機(jī)為核心處理器，能適時(shí)地將各信息采集模塊采集的文本信息傳輸至觸摸屏，并能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)出并發(fā)出語(yǔ)音預(yù)警、在觸摸屏的控制下對(duì)茶刺蛾開(kāi)展誘捕燈捕殺的一種智能型茶刺蛾在線檢測(cè)與捕殺系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有檢測(cè)和捕殺效率高、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，有利于推廣。

【關(guān)鍵詞】茶刺蛾；無(wú)線WIFI；智能檢測(cè)；音頻識(shí)別；在線捕殺

0 前言

茶葉作為我國(guó)種植面積最廣的經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，是農(nóng)民收入的一個(gè)重要來(lái)源。一直以來(lái)，對(duì)茶葉蟲(chóng)害的檢測(cè)主要靠人眼來(lái)發(fā)現(xiàn)與判斷，但這種方式不僅大大地降低了蟲(chóng)害的檢測(cè)出率，畢竟只有在蟲(chóng)害大規(guī)模爆發(fā)時(shí)才能被人眼所發(fā)現(xiàn)；另一方面，當(dāng)前對(duì)茶葉蟲(chóng)害的捕殺是依靠化學(xué)農(nóng)藥為主的害蟲(chóng)防治技術(shù)，農(nóng)藥對(duì)靶標(biāo)害蟲(chóng)進(jìn)行毒殺的同時(shí)，也加深了對(duì)食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)的破壞，農(nóng)藥殘留導(dǎo)致食物和環(huán)境的污染日益突出[1-2]。

由于，在所有茶葉蟲(chóng)害中茶刺蛾對(duì)茶葉的危害最大，為此，我們擬設(shè)計(jì)出一種綠色環(huán)保的蟲(chóng)害防治設(shè)備——茶葉蟲(chóng)害（茶刺蛾）智能檢測(cè)與捕殺系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠解決傳統(tǒng)測(cè)報(bào)工作勞動(dòng)力大、效率低的問(wèn)題，而且節(jié)能環(huán)保。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)當(dāng)前茶葉蟲(chóng)害的檢測(cè)與捕殺主要依靠肉眼查看和農(nóng)藥噴灑來(lái)實(shí)現(xiàn)這一現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)一種綠色環(huán)保的茶葉蟲(chóng)害智能檢測(cè)與捕殺系統(tǒng)。該系統(tǒng)以stm32為核心，以彩色觸摸屏為控制端和顯示端。系統(tǒng)通過(guò)音頻檢測(cè)手段對(duì)茶葉蟲(chóng)害進(jìn)行實(shí)時(shí)在線探測(cè)，并把探測(cè)信息上傳至觸摸屏控制端，以便實(shí)時(shí)查看和后續(xù)分析。當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)到的蟲(chóng)害時(shí)，報(bào)警器及時(shí)預(yù)警，并通過(guò)觸摸屏發(fā)出捕殺指令，驅(qū)動(dòng)誘捕燈等對(duì)害蟲(chóng)進(jìn)行在線捕殺。

基于以上的研究需求，確立了如圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 茶刺蛾檢殺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該探測(cè)車(chē)的硬件主要由電源模塊、MCU控制器模塊、音頻檢測(cè)模塊、語(yǔ)音模塊、觸摸屏、誘捕燈及手機(jī)控制端構(gòu)成。

2.1 電源電路

電源模塊給整個(gè)系統(tǒng)供電，采用太和外接電源混合供電方式，一是，通過(guò)220V AC電源經(jīng)過(guò)12V充電器，給12V鋰電池充電；二是，由太陽(yáng)能供電。

由于本系統(tǒng)需要驅(qū)動(dòng)較多，本設(shè)計(jì)中對(duì)于不同的負(fù)載，供電電壓的會(huì)有所不同，為防止相互干擾，將分開(kāi)供電[3]，并且需要加大容量的濾波電容以及必要的電感等儲(chǔ)能元件。對(duì)控制器等集成電路的供電選用了LM7805三端穩(wěn)壓管；對(duì)傳感器檢測(cè)模塊的供電選用了LM2596開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓管。

2.2 控制器電路

控制器模塊上連無(wú)線路由，下接各檢測(cè)電路，是系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理的核心。本文選取STM32作為主控芯片，STM32內(nèi)置EEPROM和A/D轉(zhuǎn)換器，無(wú)需外加A/D轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片。其內(nèi)部有4路PWM、8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)還集成了MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路、能適用電機(jī)控制、強(qiáng)干擾場(chǎng)合的電路設(shè)計(jì)?？刂破麟娐吩O(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 控制器電路設(shè)計(jì)

2.3 觸摸屏

觸摸屏采用DV-2T的5吋彩色觸摸屏，上設(shè)計(jì)有UI操作界面，用來(lái)顯示傳感器采集的文本信息和控制控制器的工作，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)對(duì)話。

2.4 音頻識(shí)別電路

本文采用LM567鑒頻芯片來(lái)對(duì)害蟲(chóng)進(jìn)行音頻頻率的識(shí)別，當(dāng)外界音源頻率的輸入和電路設(shè)定頻率相同時(shí)，芯片輸出低電平信號(hào)，其他音頻頻率予以濾除。聲源從Mic輸入，一路經(jīng)Q2、R50、R44、R45組成的共射級(jí)放大電路后輸入LM386的IN+用于選頻，調(diào)節(jié)R44即可改變選頻頻率，音頻經(jīng)LM567處理后從VOUT端輸出至主單片機(jī)P1^3，R54、C45用于濾除高頻噪聲。一路經(jīng)Q5、Q3逐步放大后輸入NE555的TRLG，將電平信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖輸出，用于數(shù)字信號(hào)處理，本文采用直接低電平觸發(fā)。

3.6 語(yǔ)音提示電路

語(yǔ)音提示設(shè)計(jì)采用ISD1820語(yǔ)音模塊，ISD1820芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動(dòng)增益控制，防混淆濾波器及FLASH陣列等。該模塊支持10秒語(yǔ)音錄放，通過(guò)設(shè)置可進(jìn)入循環(huán)播放工作模式，工作電壓3-5V，其電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.7 誘捕燈

為降低噴灑農(nóng)藥等防治蟲(chóng)害給食品帶來(lái)安全隱患和環(huán)境污染等問(wèn)題，本文選用誘捕燈來(lái)對(duì)茶刺蛾開(kāi)展在線捕殺。誘捕燈選用常用戶外果園誘蟲(chóng)燈便可，其電路設(shè)計(jì)如圖4所示。該誘捕方式具有無(wú)毒素殘留，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等特點(diǎn)，從而在降低環(huán)境污染的同時(shí)，維持茶葉原有的品質(zhì)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)作為茶刺蛾智能檢測(cè)與捕殺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分較為復(fù)雜，包括觸摸屏UI操作軟件設(shè)計(jì)、基于單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)、傳感器 A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)等，現(xiàn)就這些軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明如下。

3.1 軟件總體設(shè)計(jì)概況

正如上述所說(shuō)，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)其要實(shí)現(xiàn)的功能要分成較多模塊。其中，觸摸屏控制端控制開(kāi)關(guān)誘捕燈、顯示檢測(cè)系統(tǒng)信息等； 單片機(jī)軟件通過(guò)接收來(lái)自觸摸屏的命令，執(zhí)行相應(yīng)操作。

3.2 單片機(jī)工作軟件

茶刺蛾檢測(cè)與捕殺系統(tǒng)以單片機(jī)作為核心，與其它各個(gè)功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換以及操作驅(qū)動(dòng)控制。通過(guò)編寫(xiě)單片機(jī)程序，以達(dá)到控制各個(gè)功能模塊的作用。如圖五所示為未考慮中斷情況下單片軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)單整體流程。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試與性能測(cè)試，該智能檢測(cè)與捕殺系統(tǒng)穩(wěn)定性良好、人機(jī)交互式操作操控的靈敏度高，獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，檢測(cè)茶刺蛾參數(shù)誤報(bào)率低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖六所示。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)單位容積內(nèi)的茶刺蛾捕殺率保持在90%以上，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃安平，包小村.茶刺蛾及其防治研究進(jìn)展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（9）：84-86.

[2]劉三林.茶奕刺蛾生物學(xué)特性及防治[J].湖南林業(yè)科技，2001（1）：26-28.

[3]向誠(chéng)，謝峰粹.基于WiFi和Android的智能探測(cè)車(chē)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013（12）：82-85.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]