藏區農田驅鳥設備的設計與實現

馬海龍　李春青　張思遜

摘? 要：農牧業是西藏自治區的傳統產業和支柱產業，在西藏地區農田經常遭受鳥類的影響，極大地危害了種子和莊稼，對此設計一款設備解決本問題。該設備利用紅外線傳感器監測農田中鳥類，監測到鳥類入侵農田后設備會驅動超聲波發生器定向發射特定16～25 kHz頻率超聲波驅趕鳥類，采用驅趕的方式進行工作，這樣的話，保護了種子和幼苗免受鳥類傷害，提高農田的產量，科技的應用對農田保護有很大的促進作用。

關鍵詞：農田保護;超聲驅趕;生態保護;紅外線監測

中圖分類號：TP319;S441? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0043-03

Design and Implementation of Bird Repellent Equipment for Farmland in Tibetan Area

MA Hailong，LI Chunqing，ZHANG Sixun

（School of Information Science and Technology，Tibet University，Lhasa? 850000，China）

Abstract：Farmers industry is a traditional industries and pillar industries of the Tibet autonomous region，in the Tibetan area of farmland is often subjected to the influence of the birds，the great harm of seeds and crops，to design a product to solve this problem，the device using infrared sensors to monitor farmland birds，birds invasion detected after farmland directional emission device drives the ultrasonic generator specific 16～25 kHz frequency ultrasonic drive birds，adopt the way of driving to work，in this way，to protect the seeds and seedlings from bird damage，improve the yield of farmland，the application of science and technology has a great role in promoting the protection of farmland.

Keywords：farmland protection;ultrasonic drive;ecological protection;infrared monitoring

0? 引? 言

青稞是青藏高原特有的糧食農作物，2019年西藏青稞的總種植面積將增至214.17萬畝，產量將突破92萬噸，是西藏種植面積最大、產量最多的農作物，千百年來成為藏族人民主要的生活“口糧”。農田剛播種完或幼苗時，一些鳥類極大地危害了種子和莊稼，而農民由于沒有很好的驅趕鳥群的設備，只能靠鞭炮、田間木偶、捕鳥網來阻止鳥類入侵，這種方法不僅使得農民需要花費大量的人力、物力及財力來驅趕鳥群，而且既不方便也不環保，不僅不能治本，還會破壞生態平衡，增加農民勞作的工作量，所以農民迫切需要一種既能治本，環保系數又高的驅鳥設備。

為了阻止鳥類入侵，保護農田，幫助農民更方便地管理農田，2018年各研究機構在各地區制定了多種措施對鳥類進行防御治理。也研制出了許多防鳥的方法和裝置，諸如：防鳥刺、彩帶、風力反光防鳥器、玩具蛇以及引鳥裝置等，相關設備研究如文獻[1，2]。然而，經過鳥類一段時間適應后，設備的防、驅鳥效果就很差[1]。

西藏大學信息科學技術學院在2019年啟動相關科研項目，助力保護西藏地區農田可持續生態發展，已形成相關科研成果和產品，作者基于該項目的研究成果和在農田保護這領域問題探索的欠缺進行農田保護的研究工作，也為本項目提供了一定的理論基礎。本文基于曹永興[3]的研究成果，得到超聲波可以通過刺激鳥類的神經系統使其生理紊亂，逃離入侵地的研究理論，再結合西藏大學在智能控制領域的研究的成果基礎，將兩者整合成一個設備，使其能應用在西藏地區，保護農田免受鳥類傷害，方便農民的日常勞作，促進地區經濟的發展[4]。

為此利用超聲波技術進行驅趕入侵鳥類，采用物聯網技術方便管理設備，使設備更加智能化，方便服務廣大農民使用。采用驅趕的方式解決鳥類入侵農田的問題，控制客戶端基于Wi-Fi模塊的智能開關系統組成，通過智能移動終端APP，實現用戶對農田設備的遠程控制功能。利用紅外線傳感器計數清點鳥類數量和入侵情況，采用頻率為16～55 kHz的超聲波進行驅趕。

該設備可以保護種子在播種后或剛發芽期間不受鳥類影響，正常發芽生長，提高農田產量，增加農民的收益，為農業的科技防護領域人員提供一定的參考價值，方便他們進行深層次的工作研究。

1? 系統總體方案

為了迎合農民的需求，本文設計了一款電子驅鳥的設備。此設備可實現智能化管理，不僅能實時遠程監控覓食農作物的外部鳥群的活動情況，還能通過參數分析鳥群的動向，而且還可以自動控制超聲波、燈光等設備管理農作物。同時，還可以通過手機、平板等信息終端向管理者推送實時監測信息，實現農作物信息化、智能化的遠程管理，充分發揮互聯網技術設施在農業物生產中的作用且保證農作物在信息化管理下安全生長。

該設備利用安全可靠的超聲波，農田外圍有自動預警系統，能實現智能化、信息化驅趕鳥群，智能監控鳥群，只需設定設備參數便能自動控制電子驅趕鳥群設備。該方式可減少勞動力的輸出，秉承當代我國所推行的可持續發展的政策，緩解農作物保護與環境之間的矛盾，以此實現環保綠色的生態環境的理念。

2? 系統硬件設計與實現

2.1? 系統硬件設計

控制客戶端系統總體設計方案是基于Wi-Fi模塊的智能開關系統組成的，在APP智能移動終端，采用Eclipse編寫移動終端上的程序，程序語言采用Java編寫，通過APP控制軟件實現用戶對農田設備的界面的控制功能。并利用客戶終端自帶Wi-Fi模塊與外界設備進行通信，從而實現利用手機終端來控制農田保護設備的愿景，讓用戶足不出戶就可以管理自己的農田，讓農民的種植途徑更加簡潔、便利;當農田中有大量鳥類時，此客戶端將發出相應的聲音警示，以便農民可以及時了解并采取相應的措施。

2.2? 硬件實現

（1）通信協議的選擇：應用手機Wi-Fi與外部Wi-Fi模塊進行通訊，采用UART接口的符合Wi-Fi無線網絡標準的嵌入式模塊，并引用內置無線網絡協議IEEE 802.11協議棧以及TCP/IP協議棧，實現用戶串口數據到無線網絡之間的轉換。模塊內部采用單片機的串口通信協議及I2C串行總線連接各模塊。

（2）系統的設計：本裝置首先利用太陽能發電，利用蓄電池儲存電能用于夜間使用，輸出電壓為19 V（12 V為蓄電池充電）短路電流為5.4 A;開路電壓為20 V;峰值電流為

5.0 A;轉換效率為18%;外形尺寸為1 200 mm*540 mm;由采用STM32F103C8T6芯片的單片機作為主控制器;利用紅外線傳感器計數清點鳥類數量，采用京西BISS0001熱釋電紅外處理芯片和尼賽拉RE200B-P熱釋電紅外傳感器，蜂窩型菲涅爾透鏡，性能穩定可靠。本裝置最大的特色為超聲波驅趕鳥群裝置，超聲波對這些動物的聽覺神經系統有攻擊性，會使其感到痛苦，進而使其自主離開，超聲波頻率為16～25 kHz;供電方式為蓄電池（太陽能光伏板發電儲蓄在蓄電池）;額定功率為6 W，輸出功率為100 W;本裝置的特點為主動性和智能性，利用入侵檢測技術對有害動物出現的位置進行探測，從而有針對性地實現對有害動物的驅趕。如圖1所示為設備整體效果圖。

2.2.1? 總控處理電路

根據項目和具體的技術指標需求，選擇符合真正能監測農田中鳥類活動周邊數據要求的傳感器，并選擇特定超聲波發生裝置定向驅趕入侵者，從而實現保護農田的功能效果，該設備由超聲波發生器作為整個裝置的驅趕功能實現模塊，用內置的紅外線傳感器作為設備的監控功能模塊，如圖2所示。

2.2.2? 報警預警電路

調節好預定的點位器后，通過外置紅外線傳感器所采集得紅外光譜圖在通過總控的數據概率的累加處理后給出一個信號強度，從主控板輸出給對應的預警電路輸出口OUT1，在經過LM358運算放大器放大后，由IN2-接入蜂鳴器。如圖3所示為報警預警電路的電路圖。

為了能實現更好的人機交互能力，我們采用語音式警告入侵者，為此我們在設備上使用了語音芯片和功率放大電路，來實現在入侵者入侵時自動語音播報提示，如果無果后將警報信息傳送給控制應用。

3? 測試

3.1? 硬件測試

在農田設置一個設備，并且準備完備的所需裝備儀器，進行為期一個月的測試，在電子農田保護設備正常運行的情況下加入動物，對設備的正常運行情況進行檢驗，在測試過程中發現設備的不足，再進行改進，通過多次測試與改進使設備處于優良狀態。

3.2? 總控程序測試

本文擬采用大量實驗來著手對整個項目的實施，首先通過大量對比試驗確定最佳的控制方案，再通過試驗對比選出最佳的符合要求的軟硬件，通過理論與實踐相結合的方式完善整個電子農田保護設備。

4? 結? 論

據調查，一些鳥類極大地危害了莊稼，使得一些農民收入受到了極大的影響。所以本文研究了一種驅鳥設備，使農作物的產量得到極大的提升，還不會影響生態系統。本設備能為西藏農民方便地保護農田，減少農田損失，增加收益，提高農民生活質量。

參考文獻：

[1] 白麗波，李春雷，張智淵.輸電線路鳥害故障原因分析及防范措施 [J].內蒙古科技與經濟，2013（1）：85-86.

[2] 胡樹彬.輸電線路鳥害研究及驅鳥裝置的研制 [J].中國新技術新產品，2015（16）：183.

[3] 曹永興，丁登偉.智能識別和主動驅趕的防鳥害裝置研究 [J].四川電力技術，2013，36（6）：78-80.

[4] 嚴興喜.基于紅外線感應太陽能接觸網驅鳥器 [J].建筑工程技術與設計，2017（30）：1806+1809.

作者簡介：馬海龍（1997—），男，漢族，青海樂都人，本科，學士學位，主要研究方向：智能控制;李春青（1996—），男，漢族，青海互助人，本科，學士學位，主要研究方向：智能控制。