CN101874482B - 一种农作物危害动物的声防系统结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农作物危害动物声防系统结构，尤其涉及一种基于无线传感器网络的典型农田危害动物数字化声防系统结构，其特征在于，该系统由总控制器、执行器节点和热释电无线传感器节点组成。整个系统由三层金字塔式拓扑结构组成。它的第三层即底层，是由热释电无线传感器节点自组织成的热释电无线传感器网络，负责探测危害动物存在；第二层为执行器节点自组织成的执行器网络，负责发出危害动物对应天敌的叫声；第一层是总控制器，负责监控整个网络的运行。执行器节点和总控制器均采用“太阳能-蓄电池”电源子系统供电。整个数字化声防系统结构灵活，使用方便，能较好解决对农作物典型危害动物的无污染驱赶防治问题。

Description

一种农作物危害动物的声防系统结构

技术领域

本发明涉及一种农田危害动物声防系统结构，尤其涉及一种基于无线传感器网络的典型农田危害动物数字化声防系统结构。本发明根据仿生学原理而建立，用农作物危害动物的天敌捕捉猎物时发出的叫声来驱赶以啃咬农作物果实的危害动物，尝试以无污染方式和技术手段解决对农作物典型危害动物的防治问题。

背景技术

农业是国民经济的命脉。农作物危害动物在农田中的肆虐和泛滥，导致农作物减产和农产品价值损失严重。传统的应对方法，有的耗费大量人力物力，但收效很小；有的甚至严重污染环境(包括地下水、土壤、农作物果实)，造成长期的负面效应。

目前常用的农作物危害动物防治方法分为利用化学产品、动物驱赶器及动物恐吓装置两类。利用化学药品防治农作物危害动物，不但污染环境，而且不利于对野生动物的保护(不少农作物有害动物，既吃粮食，也吃危害农作物甚至人类、牲畜等的昆虫)。目前已有的农田动物驱赶器和动物恐吓装置，大多针对鸟类和鼠类，主要有超声驱赶、视觉恐吓、气味驱赶和防栖息等产品。例如，实用新型专利“太阳能驱鸟器”(申请号：200720121501.0)涉及一种由壳体、太阳能接收器部件、电路控制板、电池盒与蜂鸣器构成一种利用太阳能的驱鸟器，太阳能接收器部件固定连接在壳体顶部，电路控制板与电池盒安装在壳体内空间中，太阳能接收器部件、电路控制板、蜂鸣器、电池盒电连接。驱鸟器利用声波驱赶鸟类，对鸟类无伤害，且利用太阳能提供能源，不污染环境，安装方便，不用拉电线，适合于任何地区，任何场合。该装置只针对鸟类，对其他危害农田动物的驱赶作用就不明显，且时间一长，农田中的鸟类对它所发出的声音逐渐有所适应，其驱赶作用也会有所减弱。

现有农田危害动物驱赶工具或装置的主要缺点是不灵活，单个产品有效覆盖面积小，针对的危害动物种类单一，控制方案过于简单，很快被所防危害动物习惯而失去功效等。到目前为止，市场上尚未见灵活、有效的农田危害动物数字化声防产品。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种农田危害动物灵活、有效的驱赶装置的结构。

本发明的技术方案是，一种农作物危害动物的声防系统，其特征在于，是一种基于无线传感器网络和执行器网络的农作物危害动物的声防系统，含有：总控制器、无线传感器网络和执行器网络，其中：

总控制器，含有：计算机、环境信息传感器及其信号调理电路、第一无线通信模块以及电源，其中；

计算机，设有人机交互界面，用于设置声防方案、查询所述声防系统的状态和显示声防控制方案；

环境信息传感器及其信号调理电路，所述环境信息传感器由集成的光照传感器、集成的湿度传感器和集成的温度传感器组成，所述信号调理电路是一个电压变换电路，输入端与所述各集成的光照传感器、集成的湿度传感器和集成的温度传感器的输出端相连，输出端与所述计算机的A/D输入端相连；

第一无线通信模块由连接着存储器的微处理器MCU、以及和该微处理器连接的无线收发器组成，接受控制信号以实现所述总控制器与所述执行器网络之间的无线通信；

电源，是一个“太阳能-蓄电池”组合电源，含有：太阳能极板、太阳能控制器和蓄电池，其中：

太阳能极板输出端与所述太阳能控制器输入端相连；

太阳能控制器，是一个充放电电压控制器，与所述蓄电池互联，该太阳能控制器设有12V电源输出端，向所述计算机、第一无线通信模块和信号调理电路供电；

无线传感器网络由多个分布在农田的热释电无线传感器节点组成，每一个所述热释电无线传感器节点由四个集成热释电红外探测组件、一个第二无线通信模块和一个电池构成，对于每一个所述热释电无线传感器节点，其内部的四个所述集成热释电红外探测组件的输出端均与第二无线通信模块的输入端相连，四个所述集成热释电红外探测组件、第二无线通信模块均由所述电池供电；

执行器网络，由多个分布在农田的执行器节点组成，所述每一个执行器节点由电源、第三无线通信模块、声音播放控制电路、音频功率放大器以及扬声器构成，其中：

电源，是一组独立的“太阳能-蓄电池”组合电源；

第三无线通信模块，无线接收由所述第一无线通信模块发出的控制信号，并由所述独立的“太阳能-蓄电池”组合电源上的12V输出端供电；

声音播放控制电路，与所述第三无线通信模块的输出端互连，所述声音播放控制电路中存储有农作物危害动物天敌的语音信息，根据从所述第三无线通信模块输入的控制信号，选择对应的农作物危害动物天敌的语音输出到连接在该声音播放控制电路输出端上的音频功率放大器；

音频功率放大器，经过功率放大后的语音信号输出到所述扬声器中，以发出所述农作物危害动物天敌的语音，驱赶所述危害动物；

所述声音播放控制电路和音频功率放大器均由所述一组独立的“太阳能-蓄电池”组合电源的12V输出端经逆变器、变压器供电。

所述各热释电无线传感器节点中的各热释电红外探测组件安装在一个箱体的四周，实现全周向探测，而所述箱体安装在一个高度可随农作物的生长高度而调节的支架上。

附图说明

图1总控制器结构连接关系示意图

图2应用于总控制器的“太阳能-蓄电池”组合电源系统一个实施例的连接关系示意图

图3执行器节点结构连接关系示意图

图4应用于执行器节点的“太阳能-蓄电池”组合电源系统一个实施例的连接关系示意图

图5第二无线通信模块的一个实施例的结构连接关系示意图

图6热释电无线传感器节点结构连接关系示意图。

图7传感器节点的一个实施例的组装结构示意图。其中，101是红外探头；102为天线；103是电池、信号调理电路和无线收发功能电路；104为箱体；105是支架高度调节阀；106表示支架；107为底座。

图8执行器节点的一个实施例的组装结构示意图。其中，201为太阳能电池板；202是支架；203为支架高度调节阀；204是全周向扬声器；205是天线；206为声音播放电路、功放电路和无线收发功能电路；207为蓄电池和充放电控制电路；208是箱体；209为底座。

图9总控制器组装结构的一个实施例示意图。其中，301是太阳能电池板；302为支架；303是支架高度调节阀；304为触摸显示屏；305为ARM板；306是天线；307为箱体；308是稳压电路和无线收发功能电路；309为蓄电池和充放电控制功能电路；310是底座。

图10本发明农田布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的描述：

在图1的总控制器的连接关系示意图中，计算机是总控制器的核心部件。通过该计算机上连接的人机交互界面，人们可以方便地对整个声防系统状态的查询和声防方案的制定；在该计算机上还连接有环境传感器及其调理电路、无线通信模块，环境传感器及其调理电路完成周围环境的采集，无线通信模块实现总控制器与执行器节点、传感器节点之间的信息交换；计算机、第一无线通信模块、环境信息传感器及其信号调理电路由电源模块供电。所述总控制器的一个实施例为，计算机采用ARM 9系列开发板，连接该开发板上的环境传感器和环境传感器的信号调理电路；环境传感器采用集成的光照传感器、温度传感器和湿度传感器，其调理电路为通过电阻分压，将信号电压变换到0-1.2V范围内，供ARM 9开发板的A/D输入端口采集。

总控制器电源为“太阳能-蓄电池”组合电源系统，图2为所述“太阳能-蓄电池”组合电源系统的一个实施例。在本实施例中，采用40W太阳能极板将太阳光转化成电能，输入连接到所述太阳能极板上的太阳能控制器。实施例中的太阳能控制器可防止蓄电池过充电和过放电、延长蓄电池使用寿命，太阳能控制器上还连接有铅蓄电池，并提供一个12V的直流电源输出口，太阳能控制器的容量为12V/10A，铅蓄电池的容量为12V/38AH。

如图3所示的执行器节点结构连接关系示意图，其中核心部件为声音播放控制电路，该声音播放控制电路上连接有第三无线通信模块和音频功率放大器。声音播放控制电路中存储有农田危害动物天地的语音库，通过连接在该声音播放控制电路上的第三无线通信模块获取声音的播放控制信息，声音播放控制电路的音频信号输出到其上连接的音频功率放大器，音频功率放大器将能量放大后的音频信号输入到其上连接的扬声器。在本实施例中，声音播放控制电路为通用MP4音频开发板，该开发板上通过其自带的串口与第三无线通信模块完成控制信号的交换，采用的音频功率功率放大器为型号为Lm1876，采用的扬声器为迪士普30W双扬声器(室外型)。

为所述执行器节点供电的电源模块为“太阳能-蓄电池”组合电源系统，图4所示为应用于执行器节点的“太阳能-蓄电池”组合电源系统一个实施例的连接关系示意图，太阳能极板的功率为30W；蓄电池为铅蓄电池，容量为12V/38AH；直流12V由太阳能控制器输出端输出，给无线通信模块和声音播放控制电路供电；通过直流12V输出端上连接的逆变器变为交流220V，并通过该逆变器上连接的18V双变压器转化成交流±18V，为音频功率放大器和扬声器供电。

图5所示为第二无线通信模块的一个实施例的结构连接关系示意图。处理器、存储器等组成数据处理和控制单元，数据处理与控制单元提供传感器信号的输入端口、控制信号的输入与输出端口，无线通信模块输入与输出端口为一个串口和一个A/D输入口，在图6所示的热释电无线传感器节点连接结构实施例中，第二无线通信模块的输入为热释电传感器信号，在图1所示的总控制器结构连接关系中，第一无线通信模块通过串口完成与总控制器中计算机之间控制信号的交换；在图3所示的执行器节点的结构连接关系中，第三无线通信模块通过串口完成与声音播放控制电路之间控制信号的交换。

图6所示为热释电无线传感器节点连接关系示意图。本实施例中，热释电红外探测组件采用市场上常见的集成热释电红外传感器，该集成的热释电红外传感器已将其上的菲涅尔透镜所感应到的信号整理并输出为电平信号，即，当危害动物被热释电传感器感应到时，集成热释电红外探测组件输出一个高电平，否则，热释电红外探测组件输出为低电平。本实施例中，热释电红外探测组件输出端连接到无线通信模块的A/D端口。

图7传感器节点组装结构的一个实施例示意图。它的支撑机构为箱体104、支架106、底座107。支架高度调节阀105保证支架可根据农田中具体农作物种类及生长状况进行高度调整，调节范围在1米～1.5米之间。箱体104内装设有主要功能电路模块及器件。除上、下表面外，箱体104的四周都在中间位置开有直径20毫米的圆孔，圆孔处装设热释电红外探头101，即每个热释电红外传感器节点都装设有4个热释电红外探头，以确保能做到全周向探测。在箱体104内，固定有电池、无线收发功能电路模块103。电池负责向热释电红外传感器和第二无线通信模块等供电；第二无线通信模块通过天线102与其他传感器节点进行通信。

图8为执行器节点组装结构的一个实施例示意图。它的支撑机构与热释电红外无线传感器节点的类似，支架202上部固定有太阳能极板201、扬声器204和箱体208，其底座209安装在地面。支架的高度可通过调节阀203调节，调节范围在1米～1.5米之间。太阳能极板201的倾斜角可调，功率为35瓦。扬声器204为户外型全周向扬声器，其功率为40瓦。箱体208底端装设有蓄电池和充放电控制功能电路模块207，蓄电池的容量为38A H。箱体208的上部装设声音播放控制电路、音频功率放大器和第三无线通信模块206。声音播放控制电路中存储有多种农作物危害动物的天敌的叫声，并能将它们以信号的形式播放出来；音频功率放大器将声音播放电路的信号放大并输送给扬声器204；第三无线通信模块通过天线205完成与其他执行器节点间的通信。

图9为总控制器组装结构的一个实施例示意图。它的支撑机构与执行器节点的类似，由支架302、支架高度调节阀303、底座310和箱体307组成。太阳能极板301固定在支架302上端，其倾斜角可以调节。箱体307固定在支架302上，分为上、下两个部分。下部装设蓄电池和充放电控制电路309、稳压电路和无线收发功能电路模块308；上部装设ARM板305和触摸显示屏304。其中，稳压电路负责将蓄电池供电端电压调整为可供ARM板305使用的电压；无线收发功能电路通过天线306与执行器节点、传感器接点进行通信。ARM板305内存储有农作物危害动物声防决策系统；触摸显示屏304提供人机交互接口，为人们操控本系统使用。

图10为本系统的农田布置示意图。其中，第三层由大量的热释电红外传感器节点组成，负责对危害动物的探测，第二层由若干个执行器组成，第一层为总控制器，应用中，一般只需一个。在本实施例中，每个热释电红外传感器节点的探测半径为10米，均能做到全周向探测；每个执行器节点的控制范围约为6000平方米，在每个执行器节点周围布设约20-30个热释电红外传感器节点；总控制器布置于管理者比较容易达到的地方。

Claims (2)

1.一种农作物危害动物的声防系统，其特征在于，是一种基于无线传感器网络和执行器网络的农作物危害动物的声防系统，含有：总控制器、无线传感器网络和执行器网络，其中：

总控制器，含有：计算机、环境信息传感器及其信号调理电路、第一无线通信模块以及电源，其中：

计算机，设有人机交互界面，用于设置声防方案、查询所述声防系统的状态和显示声防控制方案；

环境信息传感器及其信号调理电路，所述环境信息传感器由集成的光照传感器、集成的湿度传感器和集成的温度传感器组成，所述信号调理电路是一个电压变换电路，输入端与所述各集成的光照传感器、集成的湿度传感器和集成的温度传感器的输出端相连，输出端与所述计算机的A/D输入端相连；

第一无线通信模块由连接着存储器的微处理器MCU、以及和该微处理器连接的无线收发器组成，接受控制信号以实现所述总控制器与所述执行器网络之间的无线通信；

电源，是一个“太阳能-蓄电池”组合电源，含有：太阳能极板、太阳能控制器和蓄电池，其中：

太阳能极板输出端与所述太阳能控制器输入端相连；

太阳能控制器，是一个充放电电压控制器，与所述蓄电池互联，该太阳能控制器设有12V电源输出端，向所述计算机、第一无线通信模块和信号调理电路供电；

无线传感器网络由多个分布在农田的热释电无线传感器节点组成，每一个所述热释电无线传感器节点由四个集成热释电红外探测组件、一个第二无线通信模块和一个电池构成，对于每一个所述热释电无线传感器节点，其内部的四个所述集成热释电红外探测组件的输出端均与第二无线通信模块的输入端相连，各所述集成热释电红外探测组件和第二无线通信模块均由所述电池供电；

执行器网络，由多个分布在农田的执行器节点组成，所述每一个执行器节点由电源、第三无线通信模块、声音播放控制电路、音频功率放大器以及扬声器构成，其中：

电源，是一组独立的“太阳能-蓄电池”组合电源；

第三无线通信模块，无线接收由所述第一无线通信模块发出的控制信号，并由所述独立的“太阳能-蓄电池”组合电源上的12V输出端供电；

声音播放控制电路，与所述第三无线通信模块的输出端互连，所述声音播放控制电路中存储有农作物危害动物天敌的语音信息，根据从所述第三无线通信模块输入的控制信号，选择对应的农作物危害动物天敌的语音输出到连接在该声音播放控制电路输出端上的音频功率放大器；

音频功率放大器，经过功率放大后的语音信号输出到所述扬声器中，以发出所述农作物危害动物天敌的语音，驱赶所述危害动物；

所述声音播放控制电路和音频功率放大器均由所述一组独立的“太阳能-蓄电池”组合电源的12V输出端经逆变器、变压器供电。

2.根据权利要求1所述的一种农作物危害动物的声防系统，其特征在于，所述各热释电无线传感器节点中的各热释电红外探测组件安装在一个箱体的四周，实现全周向探测，而所述箱体安装在一个高度可随农作物的生长高度而调节的支架上。

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