基于51式單片機的音頻驅鼠器設計

摘要：文章采用仿生學原理、熱釋電紅外感應原理，運用51式單片機，設計并實現了一款新型驅鼠器設計。通過對鼠類生理特點的研究以及現存驅鼠方法的分析與比較，確定了驅鼠器的總體設計。驅鼠器共分為四大模塊--電源模塊、感應模塊、控制模塊和音頻模塊。通過詳細的規劃，最終有效地實現了音頻驅鼠電路。
關鍵詞：仿生學；熱釋電紅外感應：單片機；驅鼠

0 引言
長期以來，老鼠對家庭牛活、農業生產等造成很大困擾。然而，現存的機械法、化學藥物法以及生物防治等，都存在著比較明顯的缺點。機械滅鼠的缺陷體現在，當受到過這種器械傷害之后，老鼠會對這種器械保持很深的記憶，避免傷害再次發生。對于化學藥物的長期使用，不僅會造成環境污染，甚至對人體也存在一定的危害。而對于生物防治，其控制力度難以把握，故而效果不太理想。所以，需要一種更加科學、環保而有效的產品來實現驅鼠功能。市面上現存的電子驅鼠產品電路設計復雜，成本較高，因此，基于51式單片機的音頻驅鼠器應運而生。

1 音頻驅鼠器的總體設計
驅鼠器的設計總體分為四個模塊，即電源模塊、感應模塊、控制模塊和音頻模塊。電源模塊為整個系統提供+5V的直流電源，支撐驅鼠器的整體運作。
熱釋電紅外感應模塊用來感應鼠類的入侵。控制模塊則采用51式單片機編程進行時鐘控制。音頻模塊產生貓叫聲驚嚇鼠類，超聲波使鼠類產生煩躁不安、身體不適等癥狀，在雙重作用下，達到驅鼠效果。
總之，當感應到鼠類入侵時，單片機控制音頻模塊發聲，以達到驅鼠目的。

2 音頻驅鼠器的系統設計
2．1 感應模塊設計
感應模塊是根據熱釋電紅外感應原理來實現的。
由于鼠類是恒溫動物，體溫通常是37℃左右，所以能夠發出特定波長為10 μm左右的紅外線。當老鼠的活動進入檢測區時，其溫度與環境溫度有差別，因此老鼠發射的10 μm左右的紅外線通過菲涅耳透鏡濾光片增強后聚集到紅外感應源(熱釋電元件)上，紅外感應源在接收到紅外輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，進而產生溫度差△T并將△T向外圍電路輸出，后續電路經檢測處理后就能產生報警信號。熱釋電紅外傳感器的工作探測范圍為10-20m，并且，可以在-10℃～+40℃溫度范圍內正常工作。
2．2 控制模塊設計
控制模塊使用51式單片機編程實現。程序代碼如圖3所示。

程序功能：當探測到鼠類入侵時，產生高電平，單片機控制音頻模塊發聲，本程序中設定為5秒時間延遲，之后，單片機復位到低電平。
2．3 音頻模塊設計
音頻模塊的設計分為兩部分：貓叫發聲模塊和超聲波模塊。
貓叫發聲模塊是根據仿生學原理，即通過研究生物的某些特征，研制出與生物器官構造和功能相類似的儀器、機械。在驅鼠器設計中，調節蜂鳴器的頻率，模擬貓的叫聲，驚嚇鼠類，以達到驅鼠的效果。
一定強度的超聲波，會引起身體組織的發熱；當頻率更高時，發熱就會越發厲害，使體內水分子被燒，周圍的組織遭到破壞，長時間如此就有危險。因此較大功率高強度的超聲波持續作用于鼠類，會使鼠類感到不適，甚至死亡。因此，利用超聲波造成鼠類生理組織的不適，來達到驅鼠的目的。

3 音頻驅鼠器的優勢與展望
(1)相較于傳統的驅鼠方法，本驅鼠器更加科學、環保，長期的使用不會對生態環境以及人體自身產生傷害。
(2)對于市面上現存的電子驅鼠設備，本驅鼠器電路設計簡潔、工藝簡單，有效地降低了生產成本。
(3)本品采用的熱釋電紅外感應原理，不會在任何時候都發出超聲波和貓叫聲，只有當感應到鼠類入侵時，才發聲驅鼠，不會造成額外的聲音干擾，方便生產生活。
(4)應用范圍廣泛。可以根據需要防止鼠類入侵的面積和地點的不同，在廚房、倉庫等不同位置放置驅鼠器，廣泛應用于家庭生活和農業生產等。

4 結語
本文設計了一種基于51式單片機的音頻驅鼠器，克服了傳統方法的缺點，營造了一個更加科學、環保和方便的驅鼠氛圍。經過現場調試與試驗，即模擬小白鼠的現場活動，當打開設計的驅鼠器時，小白鼠表現出煩躁、不安等明顯癥狀。經過多次試驗，證明這款驅鼠器具有良好的驅鼠能力。