溫室專用多功能太陽能LED殺蟲燈的設計及應用

摘要 研究了一種溫室專用的多功能太陽能LED殺蟲燈。該殺蟲燈采用太陽能電池作為電源，多色LED燈組成陣列誘導害蟲，并用高壓電網(wǎng)捕殺，同時還設置了多種溫室傳感器，根據(jù)其采集到的數(shù)據(jù)，通過單片機來控制LED燈的工作狀態(tài)及頻閃頻率，以及溫室內供水系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、濕控系統(tǒng)和CO2產生器，從而創(chuàng)造出更利于農作物生長的環(huán)境。

關鍵詞 LED;殺蟲燈;單片機

中圖分類號 S477 "文獻標識碼 A "文章編號 0517-6611（2014）32-11330-02

Design and Application of Solar Insecticidal Multifunction Lamp in Greenhouse

HUANG Meng

（College of Electrical and Information Engineering， Quzhou University， Quzhou， Zhejiang 324000）

Abstract A solar insecticidal multifunction lamp in greenhouse was designed. The insecticidal lamp uses solar battery as power， different color LED group put in order to strobe lights incentive pests and high voltage power grid as a hunting tool. A variety of greenhouse sensor was installed on the insecticidal lamp. The work status of LED， the strobe frequency， and the water supply system， temperature control system， humidity control system， generator of CO2 in greenhouse were controlled by SCM according to the data gathered by greenhouse sensor， thus a more conducive environment for the growth of crops was created.

Key words LED; The insecticidal lamp; SCM

太陽能LED殺蟲燈在農作物病蟲害防治中是一種綠色環(huán)保的物理防治方式，利用害蟲的趨光性，LED光源采用害蟲極具引誘作用的光譜，用高壓電網(wǎng)捕殺的方式，有效地控制了害蟲數(shù)量，降低了農藥的使用量，促進農作物的可持續(xù)生長。同時選用的LED光源具有節(jié)能、壽命長、光效高、體積小、穩(wěn)定性好等特點，并且本身不含有毒物質，不會污染農作物，是一種綠色環(huán)保的光源[1]。

目前市面上使用的太陽能LED殺蟲燈雖然在一定程度上解決了蟲害及有線供電問題，但仍存在很多問題。第一，不同季節(jié)不同農作物的害蟲不同，害蟲的趨光視敏特征曲線不同。目前市面上的殺蟲燈誘捕光源的頻譜單一，吸引害蟲的數(shù)量有限;第二，隨著農作物種植的專業(yè)化水平的提高，農田面積越來越大。對于大面積農田如果殺蟲系統(tǒng)需人為的開啟和關閉，不利于管理者對農田的管理，造成人力資源的極大浪費。同時各種趨光性作物害蟲雖然都趨光，但它們的活動周期是不同的，市場上并沒有針對各種趨光性害蟲的生活習性進行開光控制的殺蟲燈;第三，目前很多農作物都在大棚內種植，特別是一些經(jīng)濟型農作物，溫室環(huán)境下易于農作物的生長也利用害蟲的繁殖，因為溫室內蟲害的防治對于提高農作物的產量起著很大作用。為了適應現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展，加強農田的管理，智能溫室的搭建是發(fā)展趨勢。目前市面上沒有專門適用于溫室環(huán)境下的殺蟲燈，特別是能與智能溫室相配合的殺蟲燈。針對上述問題，筆者研究了一種溫室專用的多功能太陽能LED殺蟲燈，以期為更好地實現(xiàn)溫室環(huán)境下病蟲害防治提供借鑒。

1 溫室專用太陽能LED殺蟲燈的組成

溫室專用太陽能LED殺蟲燈由太陽能電池板、LED光源陣列、高壓電網(wǎng)、單片機主控電路（LED驅動、濕度控制、溫度控制、光照控制、CO2控制）及溫室傳感器組成（圖1）。系統(tǒng)的工作原理是：在單片機主控電路的控制下，溫室各類傳感器實時監(jiān)測溫室環(huán)境下的溫度、濕度和光照強度，判斷合適的天氣及時間，白天太陽能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給殺蟲燈提供電力，如若有雷雨天氣還能自動關閉殺蟲燈的開關以免造成短路。同時單片機主控電路還與溫室的供水系統(tǒng)、溫濕度調控系統(tǒng)、CO2產生器相連，根據(jù)傳感器監(jiān)測到的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，控制溫室內的遮陽系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)、濕窗簾/風扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)，創(chuàng)造更利于農作物生長的環(huán)境。

1.1 太陽能電池板和蓄電池 太陽能電池板是溫室專用太陽能LED殺蟲燈提供電源的核心部分，其作用是將太陽的輻射能轉換成電能，存儲在蓄電池內，克服了農田對有線電網(wǎng)的依賴。太陽能電池中最普遍和實用的主要有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池3種。對于南方多陰雨天氣、光照不是很充足的環(huán)境下，選擇性能較穩(wěn)定的單晶硅太陽能電池較好。太陽能電池板功率和蓄電池容量的選擇除了與燈具、負載、傳感器有關外，還與殺蟲燈安裝的位置、常年的日照長短以及天氣情況有關。蓄電池除了要滿足夜晚照明使用的前提下，還要滿足連續(xù)陰雨夜晚照明的使用。蓄電池的容量不能過小，否則滿足不了使用，也不能過大，否則使蓄電池長期處于虧電的狀態(tài)，影響壽命也造成浪費。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20%～30%，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載耗電高出6倍[2]。

1.2 LED光源陣列 LED光源陣列是溫室專用太陽能LED殺蟲燈系統(tǒng)中最重要的組成部分，是引誘害蟲飛向殺蟲燈從而進行高壓捕殺的最關鍵部件。大棚溫室下種植的農作物種類較多，相應的害蟲也不同，害蟲對應的視敏曲線也不同。大量試驗表明，白色LED誘殺效果最強，藍色、綠色次之，再次是黃色，最差的為紅色[3-4]。為了提高殺蟲燈的適用范圍及殺蟲效率，該殺蟲燈的光源采用寬光譜的LED光源陣列，是由黃、綠、藍、白色4種不同顏色LED所組成的陣列，每種顏色1行，每行5個為1組，4種顏色的LED通過并聯(lián)組成4組陣列。同時為了進一步提高殺蟲數(shù)量，每組顏色通過單片機主控電路控制LED驅動芯片使其每隔一定時間分別導通，實現(xiàn)多色頻閃。

圖1 溫室專用多功能太陽能LED殺蟲燈系統(tǒng)示意

1.3 高壓電網(wǎng) 高壓電路由555定時器、大功率管3DD15、行輸出變壓器、高壓電網(wǎng)及一些電阻、電容、二極管組成。555定時器及附屬電路組成多諧振蕩器，產生高頻率脈沖驅動大功率管導通，大功率管的集電極與行輸出變壓器相連，其次級能感應出高壓脈沖，經(jīng)過整流二極管輸出近千伏的直流電壓。為了避免殺蟲時粘到高壓電網(wǎng)上，該殺蟲燈的高壓電網(wǎng)設計上產生3 000～5 000 V的高壓。同時為了預防雷雨天氣時高壓短路，可通過單片機控制繼電器開關。

1.4 溫室傳感器 該殺蟲燈設計了對農作物生長發(fā)育有關的環(huán)境溫度、濕度、光照強度、CO2含量進行采集的功能，通過溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器對上述環(huán)境因素進行采集，將采集的信號轉換成0～5 V的電壓信號，送入A/D轉換ADC0809，經(jīng)過數(shù)模轉換，供單片機使用。溫度傳感器可選用集成的溫度傳感器、鉑電阻傳感器或是數(shù)字式傳感器。濕度傳感器可采用熱固、聚脂電容式傳感頭，同時內部集成了信號處理功能電路，能將相對濕度值轉換成線性電壓的傳感器。光照傳感器可選用硅太陽電池的感應元件和濾光系統(tǒng)構成的光照傳感器。CO2傳感器選用紅外線氣敏傳感器，該傳感器具有精度高、選擇性好、濃度檢測范圍大等特點。

1.5 單片機主控電路 一個性能優(yōu)越的控制電路是實現(xiàn)殺蟲燈智能化、多功能化的關鍵。單片機主控電路由INTEL公司的89C52單片機、輸出端口控制4組LED燈組、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器等。濕度傳感器測得的電壓值輸入單片機，通過內部電壓比較器比較，從而判斷晴雨天氣，從而控制LED燈組和高壓電網(wǎng)的開關。光照傳感器測得的電壓值輸入單片機，通過內部電壓比較器比較，從而判斷早晚時間，從而控制LED燈組和高壓電網(wǎng)的開關及太陽能電池充放電控制開關。再加上溫度傳感器和CO2傳感器測得的電壓值與內部電壓比較器比較，從而判斷溫室環(huán)境因素的變化，單片機通過控制繼電器、行程開關、電機、控制開關窗、屋頂噴淋、遮陽網(wǎng)、滴灌，達到實時控制要求，使溫室內環(huán)境因素處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，創(chuàng)造出利于農作物生長發(fā)育的環(huán)境。

2 結論

設計了一種溫室專用的多功能太陽能LED殺蟲燈，該裝置采用太陽能電池作為電源，利用害蟲的趨光性，通過單片機驅動4組不同顏色黃、綠、藍、白四色LED實現(xiàn)多色頻閃，誘使害蟲飛向光源，利用高壓電網(wǎng)捕殺。與普通的太陽能LED殺蟲燈相比，該殺蟲燈的光源采用了四色寬光譜光源并能四色頻閃，從而引誘更多的害蟲，提高殺蟲數(shù)量。同時通過采集濕敏傳感器和光照傳感器的數(shù)據(jù)，判斷晴雨天氣和早晚時間，在晴天的早上該裝置會自動開啟太陽能電池向蓄電池充電并關閉LED燈組和高壓電網(wǎng)，而晚上會自動開啟，雷雨天氣則會自動關閉LED燈組和高壓電網(wǎng)，防止殺蟲燈被雷擊造成系統(tǒng)短路。并且，該裝置還添加了溫度傳感器和CO2傳感器，實時監(jiān)測溫室環(huán)境因素，如若溫室環(huán)境發(fā)生變化，該裝置會自動控制溫室的遮陽系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)、濕窗簾/風扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)，使溫室環(huán)境一直處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。該裝置適用于溫室環(huán)境下大片農業(yè)耕種場所，且具有人性化、多功能化、節(jié)能、環(huán)保的