一種基于單片機的智能型多波段LED誘殺蟲系統設計

　　摘要 為開發低成本的無公害滅蟲技術，設計了一種基于單片機的智能型多波段LED誘殺蟲系統。文中給出了單片機主控電路原理圖的引腳連接。設計了系統軟件，給出了主要程序流程圖，并對單片機進行了軟硬件測試，結果表明系統實現了相應功能。

　　種植農作物或多或少都要受到蟲害威脅，目前多數農戶都采用噴灑農藥的方式進行防治，化學農藥在一定時期內能有效地控制農業害蟲的危害，但同時也會使土壤和農產品中的農藥殘留超標，直接威脅人類健康。根據趨光性害蟲敏感波長的不同，應用特定波長的光源進行誘殺，是一種物理防治措施。本文設計一種智能型多波段太陽能LED誘殺蟲系統，該系統采用太陽能電池作為電源、高壓電網作為殺蟲手段，通過單片機對系統進行定時、頻閃、溫度及濕度檢測和高壓調節等智能控制，達到誘殺害蟲的目的。該系統具有能源自給、節能環保、使用壽命長等特點，適合在農林行業的害蟲防治。

　　1 多波段LED殺蟲燈的硬件設計

　　多波段LED殺蟲燈系統電路由太陽能電源、高壓電網、多波段LED光源和單片機主控電路等部分組成，其單片機主控電路原理如圖1所示。

　　1.1 LED光源選擇

　　LED發光二極管具有節能、光效高、體積小、高頻率閃爍不易損壞等特點，適合作為誘殺昆蟲的光源。不同種類昆蟲的趨光性也不同，與人類的可見光區相比，昆蟲的可見光區更偏向于短波段，只有少數蝶類對紅色燈光敏感。因此文中選用白色、紫色、藍色和綠色4種顏色的LED等作為本系統的LED光源。每組LED光源由20個不同顏色的燈組成，共兩組，每1 s兩組燈輪流閃爍，加強了對害蟲的吸引能力。LED燈采用大功率驅動芯片ULN2003驅動，并按照一定時間間隔，實現“4色頻閃”。

　　1.2 系統電源

　　太陽能供電系統由10 W太陽能板、12 V7AH免維護鉛酸蓄電池、太陽能10 A控制器組成。其中太陽能電池采用單晶硅材料，由鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，效率最高可達24%，太陽能控制器控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。從蓄電池輸出12 V直流電壓，利用LM317可調穩壓芯片及外圍電路，將12 V電壓調至5 V，供給單片機控制系統。

　　1.3 主控電路

　　系統由單片機實現智能控制，單片機選擇STC公司的STC12C5A60S2作為主控芯片，配以DS1302時鐘芯片使得計時更加可靠準確。下載模塊由MAX232構成，利用RS232接口，通過TXD、RXD端口及信號接地3個點與計算機相連，將控制程序下載到單片機中從而實現控制功能。溫濕度控制選用DHT11數字溫濕度傳感器，將溫度濕度集合在一個芯片上進行采集，且無需數模轉換和濾波模塊，使得系統更加簡潔、快速且穩定性更高。再利用光敏電阻，通過對光照強度、溫度、濕度3個信息的采集與分析，確定系統啟動與關閉條件。通過7個硅NPN達林頓管組成的ULN2003驅動器對5種波段范圍的LED誘蟲燈板和繼電器實現驅動。實時溫濕度和時間信息通過12864LCD液晶屏顯示出來。

　　1.4 逆變電路及高壓模塊

　　利用單片機通過ULN2003對繼電器進行控制和驅動，經過由NE555芯片組成的占空比為50%的多諧振蕩電路，將5 V的直流信號逆變為方波信號，經變壓器升壓，達到700 V的高壓，通過對一個1μF的電容不斷地充放電，當害蟲撲到電網上時，將會接通回路，使電路中電容中放電，達到捕殺害蟲的效果。具體高壓實現電路如圖2所示。

　　如圖2所示，增加了兩個引導二極管，當該芯片內部放電管了截止時，電源通過Ra，D1對電容C充電，T導通時，電容通過D2、RB、T進行放電。只要調節Ra和Rb的值，就能改變輸出方波信號的占空比。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、副線圈匝數比為12：1 000，頻率為30 kHz。但實驗中發現，NE555芯片輸出的雖然為方波信號，但輸出波形只有正半周沒有負半周，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的獨石電容，使得當輸入為高電平時，給該電容充電，當輸入為低電平時，該電容放電，且與之前電壓方向相反，從而構成一個全波信號送入變壓器。

　　2 系統軟件設計

　　系統的控制功能主要由軟件實現，用C語言編程實現。根據DHT11的采集數據進行判斷，定義LED燈的端口初始值為0，即為燈滅。當溫度檢測值>5 ℃，濕度檢測值<90 RH，光敏電阻測出為白天時，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，即為打開高壓電網。當溫度檢測值<5℃，濕度檢測值>90 RH時，所有輸出端口均置0，整個系統全部關閉，節約能源。讀取DS1302時鐘芯片的全局變量和溫濕度傳感器DHT11傳送的信號，將當前時間和溫濕度測量值顯示在128×64液晶屏上。

　　3 實驗測試

　　整個實驗裝置接通電源，可觀察到LCD液晶顯示屏上有實時顯示溫濕度信息以及當前的時間，如圖4所示。光敏電阻測出為天黑時，20個LZD燈交替閃亮，此時用電壓表測量電網兩端電壓，可得到示數約為350 V，因為NE555輸出的為方波信號，則實際電壓值約為700 V。當光敏電阻測出為白天時，20個LED燈全部熄滅，再用電壓表測量電網兩端電壓，電壓值仍約為350 V，沒有發生變化。