茶刺蛾智能檢殺系統設計

嚴謙捷　史杰函　鐘遠志　向誠

【摘 要】本文設計一種以觸摸屏為控制端，以單片機為核心處理器，能適時地將各信息采集模塊采集的文本信息傳輸至觸摸屏，并能根據檢測結果發出并發出語音預警、在觸摸屏的控制下對茶刺蛾開展誘捕燈捕殺的一種智能型茶刺蛾在線檢測與捕殺系統。該系統具有檢測和捕殺效率高、節能環保等特點，有利于推廣。

【關鍵詞】茶刺蛾；無線WIFI；智能檢測；音頻識別；在線捕殺

0 前言

茶葉作為我國種植面積最廣的經濟農作物，是農民收入的一個重要來源。一直以來，對茶葉蟲害的檢測主要靠人眼來發現與判斷，但這種方式不僅大大地降低了蟲害的檢測出率，畢竟只有在蟲害大規模爆發時才能被人眼所發現；另一方面，當前對茶葉蟲害的捕殺是依靠化學農藥為主的害蟲防治技術，農藥對靶標害蟲進行毒殺的同時，也加深了對食物鏈和生態系統的破壞，農藥殘留導致食物和環境的污染日益突出[1-2]。

由于，在所有茶葉蟲害中茶刺蛾對茶葉的危害最大，為此，我們擬設計出一種綠色環保的蟲害防治設備——茶葉蟲害（茶刺蛾）智能檢測與捕殺系統，該系統不僅能夠解決傳統測報工作勞動力大、效率低的問題，而且節能環保。

1 系統方案設計

針對當前茶葉蟲害的檢測與捕殺主要依靠肉眼查看和農藥噴灑來實現這一現狀，本文設計一種綠色環保的茶葉蟲害智能檢測與捕殺系統。該系統以stm32為核心，以彩色觸摸屏為控制端和顯示端。系統通過音頻檢測手段對茶葉蟲害進行實時在線探測，并把探測信息上傳至觸摸屏控制端，以便實時查看和后續分析。當系統探測到的蟲害時，報警器及時預警，并通過觸摸屏發出捕殺指令，驅動誘捕燈等對害蟲進行在線捕殺。

基于以上的研究需求，確立了如圖1所示的系統結構框圖。

圖1 茶刺蛾檢殺系統結構框圖

2 系統硬件設計

該探測車的硬件主要由電源模塊、MCU控制器模塊、音頻檢測模塊、語音模塊、觸摸屏、誘捕燈及手機控制端構成。

2.1 電源電路

電源模塊給整個系統供電，采用太和外接電源混合供電方式，一是，通過220V AC電源經過12V充電器，給12V鋰電池充電；二是，由太陽能供電。

由于本系統需要驅動較多，本設計中對于不同的負載，供電電壓的會有所不同，為防止相互干擾，將分開供電[3]，并且需要加大容量的濾波電容以及必要的電感等儲能元件。對控制器等集成電路的供電選用了LM7805三端穩壓管；對傳感器檢測模塊的供電選用了LM2596開關型降壓穩壓管。

2.2 控制器電路

控制器模塊上連無線路由，下接各檢測電路，是系統控制與數據處理的核心。本文選取STM32作為主控芯片，STM32內置EEPROM和A/D轉換器，無需外加A/D轉換芯片和數據存儲芯片。其內部有4路PWM、8路高速10位A/D轉換，同時還集成了MAX810專用復位電路、能適用電機控制、強干擾場合的電路設計?？刂破麟娐吩O計如圖2所示。

圖2 控制器電路設計

2.3 觸摸屏

觸摸屏采用DV-2T的5吋彩色觸摸屏，上設計有UI操作界面，用來顯示傳感器采集的文本信息和控制控制器的工作，實現良好的人機對話。

2.4 音頻識別電路

本文采用LM567鑒頻芯片來對害蟲進行音頻頻率的識別，當外界音源頻率的輸入和電路設定頻率相同時，芯片輸出低電平信號，其他音頻頻率予以濾除。聲源從Mic輸入，一路經Q2、R50、R44、R45組成的共射級放大電路后輸入LM386的IN+用于選頻，調節R44即可改變選頻頻率，音頻經LM567處理后從VOUT端輸出至主單片機P1^3，R54、C45用于濾除高頻噪聲。一路經Q5、Q3逐步放大后輸入NE555的TRLG，將電平信號轉化為脈沖輸出，用于數字信號處理，本文采用直接低電平觸發。

3.6 語音提示電路

語音提示設計采用ISD1820語音模塊，ISD1820芯片采用CMOS技術，內含振蕩器，話筒前置放大，自動增益控制，防混淆濾波器及FLASH陣列等。該模塊支持10秒語音錄放，通過設置可進入循環播放工作模式，工作電壓3-5V，其電路設計如圖3所示。

2.7 誘捕燈

為降低噴灑農藥等防治蟲害給食品帶來安全隱患和環境污染等問題，本文選用誘捕燈來對茶刺蛾開展在線捕殺。誘捕燈選用常用戶外果園誘蟲燈便可，其電路設計如圖4所示。該誘捕方式具有無毒素殘留，結構簡單，成本低廉等特點，從而在降低環境污染的同時，維持茶葉原有的品質。

3 系統軟件設計

軟件設計作為茶刺蛾智能檢測與捕殺系統設計的重要組成部分較為復雜，包括觸摸屏UI操作軟件設計、基于單片機的軟件設計、傳感器 A/D轉換軟件設計等，現就這些軟件設計說明如下。

3.1 軟件總體設計概況

正如上述所說，系統的軟件設計根據其要實現的功能要分成較多模塊。其中，觸摸屏控制端控制開關誘捕燈、顯示檢測系統信息等； 單片機軟件通過接收來自觸摸屏的命令，執行相應操作。

3.2 單片機工作軟件

茶刺蛾檢測與捕殺系統以單片機作為核心，與其它各個功能模塊進行數據信息交換以及操作驅動控制。通過編寫單片機程序，以達到控制各個功能模塊的作用。如圖五所示為未考慮中斷情況下單片軟件設計的一個簡單整體流程。

4 結論

經過對整個系統的調試與性能測試，該智能檢測與捕殺系統穩定性良好、人機交互式操作操控的靈敏度高，獲取的實時數據準確，檢測茶刺蛾參數誤報率低，系統設計如圖六所示。經實驗驗證，對單位容積內的茶刺蛾捕殺率保持在90%以上，其各項技術指標符合設計要求。

【參考文獻】

[1]黃安平，包小村.茶刺蛾及其防治研究進展[J].湖南農業科學，2009（9）：84-86.

[2]劉三林.茶奕刺蛾生物學特性及防治[J].湖南林業科技，2001（1）：26-28.

[3]向誠，謝峰粹.基于WiFi和Android的智能探測車設計[J].電子技術應用，2013（12）：82-85.

[責任編輯：朱麗娜]