一種基于單片機(jī)的智能型多波段LED誘殺蟲(chóng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要 為開(kāi)發(fā)低成本的無(wú)公害滅蟲(chóng)技術(shù),設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能型多波段LED誘殺蟲(chóng)系統(tǒng)。文中給出了單片機(jī)主控電路原理圖的引腳連接。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件,給出了主要程序流程圖,并對(duì)單片機(jī)進(jìn)行了軟硬件測(cè)試,結(jié)果表明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/256543.htm種植農(nóng)作物或多或少都要受到蟲(chóng)害威脅,目前多數(shù)農(nóng)戶都采用噴灑農(nóng)藥的方式進(jìn)行防治,化學(xué)農(nóng)藥在一定時(shí)期內(nèi)能有效地控制農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的危害,但同時(shí)也會(huì)使土壤和農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留超標(biāo),直接威脅人類(lèi)健康。根據(jù)趨光性害蟲(chóng)敏感波長(zhǎng)的不同,應(yīng)用特定波長(zhǎng)的光源進(jìn)行誘殺,是一種物理防治措施。本文設(shè)計(jì)一種智能型多波段太陽(yáng)能LED誘殺蟲(chóng)系統(tǒng),該系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池作為電源、高壓電網(wǎng)作為殺蟲(chóng)手段,通過(guò)單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)、頻閃、溫度及濕度檢測(cè)和高壓調(diào)節(jié)等智能控制,達(dá)到誘殺害蟲(chóng)的目的。該系統(tǒng)具有能源自給、節(jié)能環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),適合在農(nóng)林行業(yè)的害蟲(chóng)防治。
1 多波段LED殺蟲(chóng)燈的硬件設(shè)計(jì)
多波段LED殺蟲(chóng)燈系統(tǒng)電路由太陽(yáng)能電源、高壓電網(wǎng)、多波段LED光源和單片機(jī)主控電路等部分組成,其單片機(jī)主控電路原理如圖1所示。
1.1 LED光源選擇
LED發(fā)光二極管具有節(jié)能、光效高、體積小、高頻率閃爍不易損壞等特點(diǎn),適合作為誘殺昆蟲(chóng)的光源。不同種類(lèi)昆蟲(chóng)的趨光性也不同,與人類(lèi)的可見(jiàn)光區(qū)相比,昆蟲(chóng)的可見(jiàn)光區(qū)更偏向于短波段,只有少數(shù)蝶類(lèi)對(duì)紅色燈光敏感。因此文中選用白色、紫色、藍(lán)色和綠色4種顏色的LED等作為本系統(tǒng)的LED光源。每組LED光源由20個(gè)不同顏色的燈組成,共兩組,每1 s兩組燈輪流閃爍,加強(qiáng)了對(duì)害蟲(chóng)的吸引能力。LED燈采用大功率驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003驅(qū)動(dòng),并按照一定時(shí)間間隔,實(shí)現(xiàn)“4色頻閃”。
1.2 系統(tǒng)電源
太陽(yáng)能供電系統(tǒng)由10 W太陽(yáng)能板、12 V7AH免維護(hù)鉛酸蓄電池、太陽(yáng)能10 A控制器組成。其中太陽(yáng)能電池采用單晶硅材料,由鋼化玻璃以及防水樹(shù)脂進(jìn)行封裝,效率最高可達(dá)24%,太陽(yáng)能控制器控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài),并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。從蓄電池輸出12 V直流電壓,利用LM317可調(diào)穩(wěn)壓芯片及外圍電路,將12 V電壓調(diào)至5 V,供給單片機(jī)控制系統(tǒng)。
1.3 主控電路
系統(tǒng)由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制,單片機(jī)選擇STC公司的STC12C5A60S2作為主控芯片,配以DS1302時(shí)鐘芯片使得計(jì)時(shí)更加可靠準(zhǔn)確。下載模塊由MAX232構(gòu)成,利用RS232接口,通過(guò)TXD、RXD端口及信號(hào)接地3個(gè)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)相連,將控制程序下載到單片機(jī)中從而實(shí)現(xiàn)控制功能。溫濕度控制選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器,將溫度濕度集合在一個(gè)芯片上進(jìn)行采集,且無(wú)需數(shù)模轉(zhuǎn)換和濾波模塊,使得系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔、快速且穩(wěn)定性更高。再利用光敏電阻,通過(guò)對(duì)光照強(qiáng)度、溫度、濕度3個(gè)信息的采集與分析,確定系統(tǒng)啟動(dòng)與關(guān)閉條件。通過(guò)7個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的ULN2003驅(qū)動(dòng)器對(duì)5種波段范圍的LED誘蟲(chóng)燈板和繼電器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。實(shí)時(shí)溫濕度和時(shí)間信息通過(guò)12864LCD液晶屏顯示出來(lái)。
1.4 逆變電路及高壓模塊
利用單片機(jī)通過(guò)ULN2003對(duì)繼電器進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng),經(jīng)過(guò)由NE555芯片組成的占空比為50%的多諧振蕩電路,將5 V的直流信號(hào)逆變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào),經(jīng)變壓器升壓,達(dá)到700 V的高壓,通過(guò)對(duì)一個(gè)1μF的電容不斷地充放電,當(dāng)害蟲(chóng)撲到電網(wǎng)上時(shí),將會(huì)接通回路,使電路中電容中放電,達(dá)到捕殺害蟲(chóng)的效果。具體高壓實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。
如圖2所示,增加了兩個(gè)引導(dǎo)二極管,當(dāng)該芯片內(nèi)部放電管了截止時(shí),電源通過(guò)Ra,D1對(duì)電容C充電,T導(dǎo)通時(shí),電容通過(guò)D2、RB、T進(jìn)行放電。只要調(diào)節(jié)Ra和Rb的值,就能改變輸出方波信號(hào)的占空比。圖中T1=0.693RA+C,T2=0.693RBC,因此輸出脈沖的占空比為
由于所需占空比為50%,由此便可得出各電阻阻值。其中變壓器原、副線圈匝數(shù)比為12:1 000,頻率為30 kHz。但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),NE555芯片輸出的雖然為方波信號(hào),但輸出波形只有正半周沒(méi)有負(fù)半周,這樣直接使得變壓器輸出電壓比理想值低50%。于是在NE555芯片輸出OUT引腳后加上10 μF的獨(dú)石電容,使得當(dāng)輸入為高電平時(shí),給該電容充電,當(dāng)輸入為低電平時(shí),該電容放電,且與之前電壓方向相反,從而構(gòu)成一個(gè)全波信號(hào)送入變壓器。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的控制功能主要由軟件實(shí)現(xiàn),用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。根據(jù)DHT11的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,定義LED燈的端口初始值為0,即為燈滅。當(dāng)溫度檢測(cè)值>5 ℃,濕度檢測(cè)值<90 RH,光敏電阻測(cè)出為白天時(shí),將LED端口置為1,利用delay()延遲程序,完成兩組燈輪流閃爍的效果。反之則置0。繼電器端口初始值為1,即為打開(kāi)高壓電網(wǎng)。當(dāng)溫度檢測(cè)值<5℃,濕度檢測(cè)值>90 RH時(shí),所有輸出端口均置0,整個(gè)系統(tǒng)全部關(guān)閉,節(jié)約能源。讀取DS1302時(shí)鐘芯片的全局變量和溫濕度傳感器DHT11傳送的信號(hào),將當(dāng)前時(shí)間和溫濕度測(cè)量值顯示在128×64液晶屏上。
3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置接通電源,可觀察到LCD液晶顯示屏上有實(shí)時(shí)顯示溫濕度信息以及當(dāng)前的時(shí)間,如圖4所示。光敏電阻測(cè)出為天黑時(shí),20個(gè)LZD燈交替閃亮,此時(shí)用電壓表測(cè)量電網(wǎng)兩端電壓,可得到示數(shù)約為350 V,因?yàn)镹E555輸出的為方波信號(hào),則實(shí)際電壓值約為700 V。當(dāng)光敏電阻測(cè)出為白天時(shí),20個(gè)LED燈全部熄滅,再用電壓表測(cè)量電網(wǎng)兩端電壓,電壓值仍約為350 V,沒(méi)有發(fā)生變化。
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