鄭悅 胡安平 重慶文理學(xué)院

基于GSM無線通訊的智能捕鼠系統(tǒng)

鄭悅 胡安平 重慶文理學(xué)院

針對目前的捕鼠器如老鼠夾、高壓電捕鼠、捕鼠籠、粘鼠貼等存在風(fēng)險(xiǎn)高成本高甚至無法捕捉老鼠的問題，采用熱釋應(yīng)、障礙、超聲波等多種傳感器實(shí)時(shí)檢測，加上MCU與GSM無線通訊從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。當(dāng)老鼠進(jìn)入捕鼠箱后，觸發(fā)門開關(guān)傳感器關(guān)閉箱體，通過妙用步進(jìn)電機(jī)將老鼠推向儲(chǔ)鼠倉，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)捕鼠與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

傳感器 GSM 步進(jìn)電機(jī)

1 引言

深入了解現(xiàn)有的捕鼠裝置，并對其進(jìn)行性能和應(yīng)用場合的調(diào)查。進(jìn)一步深入的對其特點(diǎn)和目前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，鼠類繁殖快，數(shù)量多，分布廣，適應(yīng)性強(qiáng)可傳播多種疾病，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。在林業(yè)、牧業(yè)、農(nóng)業(yè)方面，鼠會(huì)毀壞植被，啃食農(nóng)作物、咬壞人類辛勤培育的各種植苗。據(jù)調(diào)查，城市不明原因的火災(zāi)約有1/4是由鼠咬電纜造成短路而引起的。大到國家各行各業(yè)，小到每家每戶，都在為鼠的防害傷透腦筋。綜合目前高端捕鼠器的迫切需求和應(yīng)用前景，然后對現(xiàn)有捕鼠設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行比較，提出一種智能連續(xù)捕鼠系統(tǒng)。

2 作品功能與設(shè)計(jì)原理

2.1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)主要由亞力克、步進(jìn)電機(jī)、熱釋應(yīng)傳感器、距離傳感器、MCU、GSM模塊與數(shù)顯示部分構(gòu)成。

其中箱體主要由亞克力制作，它是一種透明的玻璃，在搭建好我們需要大小的捕鼠器后，在有機(jī)玻璃專用膠的粘合作用下，捕鼠籠穩(wěn)定，該材料的優(yōu)點(diǎn)是密度?。ǚ奖阌脩粢苿?dòng)位置）、透明（方便觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)）價(jià)格低廉環(huán)保等。步進(jìn)電機(jī)能夠快速啟動(dòng)或者停止，能夠提供動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，其轉(zhuǎn)換的精度高易于控制正反轉(zhuǎn)，便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)捕鼠過程的循環(huán)過程。HC-SR501熱釋電紅外傳感器負(fù)責(zé)檢測老鼠的捕捉狀態(tài)從而告知用戶端。障礙傳感器主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行，GSM模塊主要實(shí)現(xiàn)用戶端與系統(tǒng)端無線通訊。單向門主要保證老鼠的有進(jìn)無處，本次作品中所使用的單向門主要運(yùn)用了機(jī)械原理，保證了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算

2．2．1 第一道門的關(guān)閉速度

采用直流電機(jī)來控制第一道門的關(guān)閉速度，同時(shí)盡量讓老鼠在籠子的中央的時(shí)候門才關(guān)閉，從而延長老鼠逃跑的距離，給門留更多的時(shí)間。

2．2．2 如何保證老鼠會(huì)進(jìn)入預(yù)定通道

當(dāng)老鼠進(jìn)入籠子以后，為了讓老鼠進(jìn)入收集箱，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)推板，將老鼠往收集箱的方向推，同時(shí)為了防止老鼠卡在擋板與對面擋板的中間所導(dǎo)致的推擋板系統(tǒng)損壞或老鼠未進(jìn)入預(yù)定通道，我們設(shè)計(jì)了三角結(jié)構(gòu)，將老鼠一步步引到“地牢”。

2．2．3 如何保證老鼠對于鼠籠有進(jìn)無出

為了保證鼠籠的有進(jìn)無處，第一道關(guān)卡我們采取了一個(gè)電機(jī)控制，一個(gè)純機(jī)械單向門。第二道關(guān)卡當(dāng)老鼠進(jìn)入第一道門，再由推板推到預(yù)定通道的時(shí)候，利用老鼠前進(jìn)，蹺蹺板位置的改變，依次保證老鼠只能一直前進(jìn)，沒有后路。

2．2．4 如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)捕鼠

第三道關(guān)卡當(dāng)老鼠進(jìn)入收集箱的時(shí)候，進(jìn)入收集箱的門是只能進(jìn)，不能開的；經(jīng)過三重保障，而且層層遞進(jìn)，老鼠一定是有進(jìn)無處的。

2.3 電路與程序的設(shè)定

2．3．1 電源

本次參賽作品中，電源參數(shù)如下：單片機(jī)采用5V、SIM900采用4．8V 2A、電機(jī)采用5V 1A。

2．3．2 熱釋應(yīng)傳感器的原理

當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。菲涅耳透鏡折射式和反射式兩種形式，其作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上；二是將檢測區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號(hào)。

2．3．3 避障傳感器

紅外避障傳感器的功能在該自動(dòng)滅鼠器的系統(tǒng)中，紅外避障傳感器的主要作用就是探測的老鼠是否進(jìn)入老鼠籠的第一道關(guān)卡，如果老鼠進(jìn)入第一道關(guān)卡，那么被紅外探測器感知到以后，第一道門就會(huì)關(guān)閉，推板將會(huì)推動(dòng)老鼠一步步進(jìn)入最后的“天牢”。

2．3．4 SIM900芯片

GPRS連接：

①設(shè)置連接方式是IP地址：AT+CDNSORIP=0

②設(shè)置需要協(xié)議頭：AT+CIPHEAD=1

③ 設(shè) 置 連 接 方 式 和IP地 址：AT+CIPSTART="T CP","124．226．102．172","8080"

④發(fā)送數(shù)據(jù)AT+CIPSEND

⑤收到[＞]響應(yīng)后再發(fā)送

⑥寫入內(nèi)容：SIM300你好

⑦發(fā)送16進(jìn)制數(shù)值0x1A

在該自動(dòng)滅鼠器的系統(tǒng)中，SIM900的作用就是讓用戶知道捕鼠籠已成功捕鼠，而不用隨時(shí)好奇是否捕捉到老鼠常常去看效果。

3 機(jī)械原理

3.1 蹺蹺板的妙用

根據(jù)蹺蹺板受力矩不同，從而導(dǎo)致支點(diǎn)上方的板子的朝向不同的特點(diǎn)，我們采用了蹺蹺板作為一個(gè)“過渡段”將老鼠引入捕鼠籠中，同時(shí)當(dāng)蹺蹺板的朝向改變時(shí)，還能封死老鼠的退路，實(shí)現(xiàn)了讓老鼠有進(jìn)無出的功能。

3.2 單向門的妙用

上了鉸鏈的兩塊有機(jī)玻璃本來是可以在某一個(gè)平面繞某點(diǎn)自由旋轉(zhuǎn)的，但由于在自由旋轉(zhuǎn)的的板子的外圍處某一點(diǎn)加了一個(gè)擋板，所以板子只能單向移動(dòng)，不能夠繞某一個(gè)時(shí)鐘方向一直旋轉(zhuǎn)，因此，通過這樣的方式，我們實(shí)現(xiàn)了機(jī)械的單向門。

3.3 蹺蹺板與單向門的巧妙結(jié)合

在這個(gè)自動(dòng)滅鼠器中，蹺蹺板與單向門的結(jié)合可以說是這個(gè)自動(dòng)滅鼠器中機(jī)械原理最精彩的一部分，僅僅運(yùn)用了機(jī)械原理就讓老鼠有進(jìn)無處，而且在老鼠沒有進(jìn)入下一環(huán)節(jié)時(shí)，蹺蹺板不會(huì)還原為待捕鼠狀態(tài)。

鄭悅（1994—），漢族，重慶武隆人，本科，單位：重慶文理學(xué)院。胡安平（1993—），漢族，重慶奉節(jié)人，本科，單位：重慶文理學(xué)院。

基于GSM無線通訊的智能捕鼠系統(tǒng)。