謝昊軒，徐微微，宋雪月，姚麗麗，安曉峰

（吉林工程技術(shù)師范學(xué)院信息工程學(xué)院，吉林長春，130052）

0 引言

食品安全與健康密切相關(guān)，病媒昆蟲攜帶多種病原微生物通過叮咬污染食物，影響食品安全和危害人類健康[1]。目前市場上主要有兩種防治方法：化學(xué)農(nóng)藥法和物理防治法?；瘜W(xué)農(nóng)藥法涉及范圍廣，無法進行分類治理，不僅影響有益生物與昆蟲天敵，還會使有害生物產(chǎn)生抗性，同時有毒物質(zhì)還會通過食物鏈進入到人體，對人體健康造成危害[2]。物理防治法分為微波防治、聲波防治和光防治幾種。微波防治和聲波防治周期長，見效緩慢，對生態(tài)系統(tǒng)破壞性大[3]。光防治方法中，絕大多數(shù)采用殺蟲燈，針對性差，無法定向驅(qū)蟲，依然影響生物多樣性[4]。而LED具有節(jié)能、壽命長、光效高、體積小等特點，并且光源本身不含鉛、汞等有害物質(zhì)，無紅外線和紫外線，LED可見光光源不含有紫外線，對昆蟲不具有引誘性[5]。因此，我們提出了基于LED光源的智能靶向驅(qū)蟲燈，利用LED可見光光源對昆蟲的驅(qū)光性行為進行分析，設(shè)計開發(fā)不同波長和強度的LED光源，開展有針對性的害蟲驅(qū)逐，在食品安全中可發(fā)揮有力的保障作用，具有良好的應(yīng)用前景。

1 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

本設(shè)計是一種基于ST89C52RC單片機控制的LED光源靶向驅(qū)蟲燈控制系統(tǒng)，LED光源靶向驅(qū)蟲燈控制系統(tǒng)硬件主要由單片機最小系統(tǒng)、電源電路模塊、獨立按鍵電路模塊、LED燈驅(qū)動模塊、光敏傳感器模塊組成，其總體方案設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體方案設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

LED靶向驅(qū)蟲系統(tǒng)通過單片機驅(qū)動不同光色的LED發(fā)光，實現(xiàn)以不同的波長和強度變化驅(qū)逐害蟲。選用單片機STC89C52RC 為控制芯片，通過檢測光照等環(huán)境參數(shù)并輸出相應(yīng)的控制信號，控制LED光源的開關(guān)實現(xiàn)LED光源的亮滅。當(dāng)系統(tǒng)開始工作后完成初始化，STC89C52RC單片機通過P1端口控制LED燈的亮滅，根據(jù)前期實驗結(jié)果表明，白、黃、紅這三色LED光源對于害蟲的防治效果最好[6]，故 LED 光源由白、黃、紅這三色LED構(gòu)成，且白色LED可兼作照明光源。白、黃、紅三種光色的LED各串聯(lián)一個電阻和滑動變阻器,滑動變阻器RV1–RV3起到調(diào)節(jié)LED亮暗的作用。

單片機外接數(shù)碼管和蜂鳴器，數(shù)碼管起到顯示倒計時時間，當(dāng)?shù)褂嫊r時間結(jié)束后，蜂鳴器發(fā)出響聲，通過程序使單片機執(zhí)行定時、計數(shù)等不同功能。光敏傳感器主要實現(xiàn)對周圍環(huán)境光照強度的探測，從而實現(xiàn)LED驅(qū)動電路用于驅(qū)動LED燈的亮滅，通過單片機最小系統(tǒng)將輸入的電源電壓進行變換，輸出恒定的直流電流，供給LED燈使用。獨立按鍵電路設(shè)置共設(shè)置4個電路，分別是控制光色選擇、閃爍頻率，以針對不同的害蟲選擇對應(yīng)的光色選擇和閃爍頻率。通過三個獨立按鍵連接的滑動變阻器不同阻值變化實現(xiàn)控制LED燈的亮滅與強度，另一個獨立按鍵接在P3.5端口上，通過程序控制不同延時，達到控制LED燈的閃爍頻率。

2 控制系統(tǒng)軟件流程設(shè)計

根據(jù)硬件電路設(shè)計結(jié)構(gòu)，各個模塊的功能需要與軟件電路設(shè)計相結(jié)合。本設(shè)計軟件部分采用keil C51編寫程序，主要程序包括光敏傳感器、獨立按鍵等程序構(gòu)成,運行過程中通過主程序調(diào)用功能模塊進行軟件設(shè)計。軟件構(gòu)圖采用proteus7.8進行仿真設(shè)計，人工控制獨立按鍵，使得LED燈的閃爍頻率進行不同頻率的改變。

系統(tǒng)軟件方案主要由初始化程序、光強度檢測程序、LED頻閃調(diào)整程序和計數(shù)程序等構(gòu)成。電路上電啟動后，單片機進行初始化操作，電路控制系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，該系統(tǒng)的工作流程圖如圖2所示。初始化時，LED燈先亮后滅，當(dāng)背景光強度較弱時，LED燈不亮，通過子程序?qū)崿F(xiàn)LED燈頻閃調(diào)整，使光強度達到預(yù)設(shè)值，LED燈點亮。

圖2 控制系統(tǒng)軟件流程圖

該控制系統(tǒng)通過單片機驅(qū)動不同顏色的LED燈，實現(xiàn)以不同的波長驅(qū)逐害蟲的目的。選用單片機ST89C52RC為控制芯片，檢測光照強度不同，滑動變阻器通過按鍵電路輸出相應(yīng)的控制信號控制LED燈的燈光發(fā)生變化。

3 仿真調(diào)試與模擬

為了方便程序的調(diào)試，采用proteus7.8進行針對電路的仿真調(diào)試與模擬，3個獨立按鍵控制每種顏色LED燈的開關(guān)，P3.5引腳控制LED燈的閃爍頻率。當(dāng)光敏傳感器檢測光強低于預(yù)設(shè)值時，總開關(guān)開啟，LED燈開始工作，數(shù)碼管開始倒計時，當(dāng)時間清零時，蜂鳴器發(fā)出響聲，LED燈改變不同顏色，相反，光強大于預(yù)設(shè)值，LED燈不工作，其他元件不作響應(yīng)。其仿真模擬設(shè)計框圖如圖3所示。

圖3 LED智能靶向驅(qū)蟲燈仿真模擬設(shè)計框圖

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試分為兩部分，軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。通過對電路的各模塊進行逐級調(diào)試，單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試，最后將各模塊組合進行整體測試。

硬件調(diào)試中主要調(diào)試LED燈的光亮程度、蜂鳴器能否在LED燈開啟或關(guān)閉時作出響應(yīng)、數(shù)碼顯示器顯示倒計時時間，以及LED燈的頻閃效果是否能夠?qū)崿F(xiàn)。

軟件調(diào)試中采用仿真軟件Proteus7.8，通過keil將程序燒錄到單片機最小系統(tǒng)中運行，檢測keil編程語言中語法是否有誤，定時程序能否實現(xiàn)需求，以及程序在硬件上的可執(zhí)行性。

仿真結(jié)果實現(xiàn)了通過光敏傳感器檢測不同的光照強度，實現(xiàn)控制LED亮滅，以及控制按鍵開關(guān)驅(qū)動LED燈發(fā)出不同的頻閃效果，調(diào)節(jié)滑動變阻器能夠?qū)崿F(xiàn)控制LED燈發(fā)出不同的亮度，從而使LED燈產(chǎn)生不同頻率和強度，倒計時時間結(jié)束后，蜂鳴器發(fā)出響聲，LED燈改變不同顏色，從而通過控制LED燈的不同顏色，對昆蟲起到驅(qū)逐的作用。

4 結(jié)論

基于LED光源靶向驅(qū)蟲系統(tǒng)設(shè)計中使用了LED光源、單片機最小系統(tǒng)、獨立按鍵、光敏傳感器等部分元件，實現(xiàn)LED光源靶向驅(qū)蟲的作用，該設(shè)計節(jié)能、環(huán)保、能夠應(yīng)用于家居、醫(yī)院、食品制造廠等等公共場所。通過單片機控波長、強度、頻率變化的LED可見光光源，從而達到驅(qū)逐特定害蟲的作用，防治害蟲針對性強，真正意義上實現(xiàn)了無污染有害昆蟲的定向驅(qū)逐，根據(jù)不同昆蟲對光強度敏感程度的不同，使得驅(qū)蟲更具有靈活性和高效率性。