CN105104332B - 固定式智能化蚊虫捕杀系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定式智能化蚊虫捕杀系统，放置在房间角落位置，包括固定机构、诱饵光源、灭蚊设备、定位设备和AT89C51单片机，所述固定机构将所述捕杀系统固定在房间角落位置，所述诱饵光源用于引诱蚊子，所述灭蚊设备用于捕杀蚊虫，所述定位设备采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述灭蚊设备的参考位置，所述AT89C51单片机与所述灭蚊设备和所述定位设备分别连接，基于所述参考位置控制所述灭蚊设备的捕杀蚊虫操作。通过本发明，能够以有效引诱的方式实现房间内各个角落的蚊虫自动捕杀。

Description

固定式智能化蚊虫捕杀系统

技术领域

本发明涉及智能检测领域，尤其涉及一种固定式智能化蚊虫捕杀系统。

背景技术

现有技术中，灭蚊装置一般采用电网杀虫或喷雾剂杀虫，然而喷雾剂杀虫容易给环境带来危害，给人体带来不适，电网杀虫相对而言较为安全，应用也较为广泛。

电网杀虫的实现原理如下：通过两层以上的电网错开放置，造成一个一个蚊虫难以通过、必须接触的狭窄空间，相邻电网之间的电压是正负相反的，这样，当蚊虫碰触电网时，很容易导致电流通过蚊虫，形成瞬时高压，对蚊虫进行伤害甚至杀灭。电网杀虫装置从实现形式上分为立式固定杀虫装置和手动移动式杀虫装置。

但是，现有技术中的立式固定杀虫装置对蚊虫的发现和捕杀完全凭借守株待兔的方式等待蚊虫目标的前往，一方面，缺乏有效的引诱机制；另一方面，缺乏主动的识别捕杀设备。

为此，本发明提出了一种固定式智能化蚊虫捕杀系统，在每一个蚊虫易出没的房间角落，能够自动引诱蚊虫、发现蚊虫、跟踪蚊虫，并自动驱动装置赶赴蚊虫当前位置进行捕杀。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种固定式智能化蚊虫捕杀系统，通过预设波长的光源引诱蚊虫前往，通过声音检测设备检测蚊虫位置，采用有效的图像分割机制，并根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的距离，基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的相对位置，从而驱动电网快速捕杀蚊虫。

根据本发明的一方面，提供了一种固定式智能化蚊虫捕杀系统，放置在房间角落位置，所述捕杀系统包括固定机构、诱饵光源、灭蚊设备、定位设备和AT89C51单片机，所述固定机构将所述捕杀系统固定在房间角落位置，所述诱饵光源用于引诱蚊子，所述灭蚊设备用于捕杀蚊虫，所述定位设备采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述灭蚊设备的参考位置，所述AT89C51单片机与所述灭蚊设备和所述定位设备分别连接，基于所述参考位置控制所述灭蚊设备的捕杀蚊虫操作。

更具体地，在所述固定式智能化蚊虫捕杀系统中，还包括：市电连接接口，设置在所述固定机构上，与市电连接，为所述捕杀系统供电；所述诱饵光源设置在所述固定机构上，发射预设波长的光线，所述光线的预设波长为对蚊虫最有吸引力的波长；声音检测设备，设置在所述固定机构上，用于检测捕杀系统周围的声音以输出检测音频信号；移动硬盘，设置在所述固定机构上，用于预先存储蚊虫灰度阈值范围、基准蚊虫尺寸和基准蚊虫音频信号，所述基准蚊虫音频信号为对蚊虫预先录入的音频信号；所述灭蚊设备被固定在所述固定机构上，包括高压电网、连接弹簧和驱动单元，所述连接弹簧与所述高压电网和所述固定机构分别连接，用于弹性支撑所述高压电网，所述驱动单元根据驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；所述定位设备被设置在所述固定机构上，包括CCD图像传感器、图像预处理设备和蚊虫信息提取设备；所述CCD图像传感器用于对捕杀系统的前方进行图像采集以获得前方图像；所述图像预处理设备与所述CCD图像传感器连接，用于对所述前方图像依次执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理，以输出灰度化图像；所述蚊虫信息提取设备包括阈值选择子设备和目标分割子设备，所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理设备分别连接，用于依次从所述蚊虫灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以背景面积比和目标面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标蚊虫图像；所述AT89C51单片机被设置在所述固定机构上，与所述声音检测设备、所述移动硬盘、所述灭蚊设备和所述定位设备分别连接，用于在接收到的检测音频信号与基准蚊虫音频信号匹配时，进入捕杀模式；其中，所述AT89C51单片机在所述捕杀模式中：所述AT89C51单片机根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的距离，并基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的相对位置，将当前蚊虫距离所述灭蚊设备的距离和当前蚊虫距离所述灭蚊设备的相对位置作为所述参考位置，根据所述参考位置确定所述驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述灭蚊设备的驱动单元，以控制所述驱动单元根据所述驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；所述图像预处理设备包括对比度增强子设备、维纳滤波子设备、中值滤波子设备、均值滤波子设备、图像膨胀子设备、图像腐蚀子设备和灰度化处理子设备，以分别执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理；所述对比度增强子设备、所述维纳滤波子设备、所述中值滤波子设备、所述均值滤波子设备、所述图像膨胀子设备、所述图像腐蚀子设备和所述灰度化处理子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。

更具体地，在所述固定式智能化蚊虫捕杀系统中，所述捕杀系统还包括：输入键盘，用于在用户的操作下，输入所述蚊虫灰度阈值范围。

更具体地，在所述固定式智能化蚊虫捕杀系统中，所述捕杀系统还包括：无线通信接口，与所述AT89C51单片机连接，用于接收并无线发送所述目标蚊虫图像。

更具体地，在所述固定式智能化蚊虫捕杀系统中：所述无线通信接口为3G移动通信接口或4G移动通信接口中的一种。

更具体地，在所述固定式智能化蚊虫捕杀系统中：替换地，所述对比度增强子设备、所述维纳滤波子设备、所述中值滤波子设备、所述均值滤波子设备、所述图像膨胀子设备、所述图像腐蚀子设备和所述灰度化处理子设备被集成在同一块FPGA芯片中。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的固定式智能化蚊虫捕杀系统的结构方框图。

附图标记：1固定机构；2诱饵光源；3灭蚊设备；4定位设备；5AT89C51单片机

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的固定式智能化蚊虫捕杀系统的实施方案进行详细说明。

蚊虫对人身健康影响很大，特别是夏季潮湿的房间内。现有技术中基于电网捕杀原理的固定式灭蚊装置需灭蚊方式过于被动，缺乏有效诱饵和有效的蚊虫寻找、定位、跟踪机制，导致灭蚊过程过于冗长。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种固定式智能化蚊虫捕杀系统，以视觉机器为蚊虫跟踪的主体，采用主动引诱、自动定位和智能化捕杀的主动捕杀方式，缩短灭蚊过程，提高灭蚊效果。

图1为根据本发明实施方案示出的固定式智能化蚊虫捕杀系统的结构方框图，所述捕杀系统放置在房间角落位置，包括固定机构、诱饵光源、灭蚊设备、定位设备和AT89C51单片机，所述固定机构将所述捕杀系统固定在房间角落位置，所述诱饵光源用于引诱蚊子，所述灭蚊设备用于捕杀蚊虫，所述定位设备采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述灭蚊设备的参考位置，所述AT89C51单片机与所述灭蚊设备和所述定位设备分别连接，基于所述参考位置控制所述灭蚊设备的捕杀蚊虫操作。

接着，继续对本发明的固定式智能化蚊虫捕杀系统的具体结构进行进一步的说明。

所述捕杀系统还包括：市电连接接口，设置在所述固定机构上，与市电连接，为所述捕杀系统供电。

所述诱饵光源设置在所述固定机构上，发射预设波长的光线，所述光线的预设波长为对蚊虫最有吸引力的波长。

所述捕杀系统还包括：声音检测设备，设置在所述固定机构上，用于检测捕杀系统周围的声音以输出检测音频信号。

所述捕杀系统还包括：移动硬盘，设置在所述固定机构上，用于预先存储蚊虫灰度阈值范围、基准蚊虫尺寸和基准蚊虫音频信号，所述基准蚊虫音频信号为对蚊虫预先录入的音频信号。

所述灭蚊设备被固定在所述固定机构上，包括高压电网、连接弹簧和驱动单元，所述连接弹簧与所述高压电网和所述固定机构分别连接，用于弹性支撑所述高压电网，所述驱动单元根据驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置。

所述定位设备被设置在所述固定机构上，包括CCD图像传感器、图像预处理设备和蚊虫信息提取设备；所述CCD图像传感器用于对捕杀系统的前方进行图像采集以获得前方图像。

所述图像预处理设备与所述CCD图像传感器连接，用于对所述前方图像依次执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理，以输出灰度化图像。

所述蚊虫信息提取设备包括阈值选择子设备和目标分割子设备，所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理设备分别连接，用于依次从所述蚊虫灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以背景面积比和目标面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值。

所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标蚊虫图像。

所述AT89C51单片机被设置在所述固定机构上，与所述声音检测设备、所述移动硬盘、所述灭蚊设备和所述定位设备分别连接，用于在接收到的检测音频信号与基准蚊虫音频信号匹配时，进入捕杀模式。

其中，所述AT89C51单片机在所述捕杀模式中：所述AT89C51单片机根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的距离，并基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的相对位置，将当前蚊虫距离所述灭蚊设备的距离和当前蚊虫距离所述灭蚊设备的相对位置作为所述参考位置，根据所述参考位置确定所述驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述灭蚊设备的驱动单元，以控制所述驱动单元根据所述驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置。

其中，所述图像预处理设备包括对比度增强子设备、维纳滤波子设备、中值滤波子设备、均值滤波子设备、图像膨胀子设备、图像腐蚀子设备和灰度化处理子设备，以分别执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理；所述对比度增强子设备、所述维纳滤波子设备、所述中值滤波子设备、所述均值滤波子设备、所述图像膨胀子设备、所述图像腐蚀子设备和所述灰度化处理子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。

可选地，在所述捕杀系统中：所述捕杀系统还包括：输入键盘，用于在用户的操作下，输入所述蚊虫灰度阈值范围；所述捕杀系统还包括：无线通信接口，与所述AT89C51单片机连接，用于接收并无线发送所述目标蚊虫图像；所述无线通信接口为3G移动通信接口或4G移动通信接口中的一种；以及，可替换地，所述对比度增强子设备、所述维纳滤波子设备、所述中值滤波子设备、所述均值滤波子设备、所述图像膨胀子设备、所述图像腐蚀子设备和所述灰度化处理子设备被集成在同一块FPGA芯片中。

另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的固定式智能化蚊虫捕杀系统，针对现有技术中固定式灭蚊装置灭蚊过于被动的技术问题，引入容易引诱蚊虫的特定波长的引诱光源，引入适合蚊虫结构和声学特征的传感器和图像处理设备实现对蚊虫的电子捕杀，从而变被动为主动，提高了灭蚊的效率。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种固定式智能化蚊虫捕杀系统，放置在房间角落位置，所述捕杀系统包括固定机构、诱饵光源、灭蚊设备、定位设备和AT89C51单片机，所述固定机构将所述捕杀系统固定在房间角落位置，所述诱饵光源用于引诱蚊子，所述灭蚊设备用于捕杀蚊虫，所述定位设备采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述灭蚊设备的参考位置，所述AT89C51单片机与所述灭蚊设备和所述定位设备分别连接，基于所述参考位置控制所述灭蚊设备的捕杀蚊虫操作；

其特征在于，所述捕杀系统还包括：

市电连接接口，设置在所述固定机构上，与市电连接，为所述捕杀系统供电；

所述诱饵光源设置在所述固定机构上，发射预设波长的光线，所述光线的预设波长为对蚊虫最有吸引力的波长；

声音检测设备，设置在所述固定机构上，用于检测捕杀系统周围的声音以输出检测音频信号；

移动硬盘，设置在所述固定机构上，用于预先存储蚊虫灰度阈值范围、基准蚊虫尺寸和基准蚊虫音频信号，所述基准蚊虫音频信号为对蚊虫预先录入的音频信号；

所述灭蚊设备被固定在所述固定机构上，包括高压电网、连接弹簧和驱动单元，所述连接弹簧与所述高压电网和所述固定机构分别连接，用于弹性支撑所述高压电网，所述驱动单元根据驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；

所述定位设备被设置在所述固定机构上，包括CCD图像传感器、图像预处理设备和蚊虫信息提取设备；所述CCD图像传感器用于对捕杀系统的前方进行图像采集以获得前方图像；所述图像预处理设备与所述CCD图像传感器连接，用于对所述前方图像依次执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理，以输出灰度化图像；所述蚊虫信息提取设备包括阈值选择子设备和目标分割子设备，所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理设备分别连接，用于依次从所述蚊虫灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以背景面积比和目标面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标蚊虫图像；

所述AT89C51单片机被设置在所述固定机构上，与所述声音检测设备、所述移动硬盘、所述灭蚊设备和所述定位设备分别连接，用于在接收到的检测音频信号与基准蚊虫音频信号匹配时，进入捕杀模式；

其中，所述AT89C51单片机在所述捕杀模式中：所述AT89C51单片机根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的距离，并基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述灭蚊设备的相对位置，将当前蚊虫距离所述灭蚊设备的距离和当前蚊虫距离所述灭蚊设备的相对位置作为所述参考位置，根据所述参考位置确定所述驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述灭蚊设备的驱动单元，以控制所述驱动单元根据所述驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；

其中，所述图像预处理设备包括对比度增强子设备、维纳滤波子设备、中值滤波子设备、均值滤波子设备、图像膨胀子设备、图像腐蚀子设备和灰度化处理子设备，以分别执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理；

其中，所述对比度增强子设备、所述维纳滤波子设备、所述中值滤波子设备、所述均值滤波子设备、所述图像膨胀子设备、所述图像腐蚀子设备和所述灰度化处理子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现；

其中，分别实现所述对比度增强子设备、所述维纳滤波子设备、所述中值滤波子设备、所述均值滤波子设备、所述图像膨胀子设备、所述图像腐蚀子设备和所述灰度化处理子设备的FPGA芯片，均采用硬件描述语言完成的电路设计，完成的电路设计经过综合与布局后，快速烧录到对应的FPGA芯片上，以通过可编辑的连接把对应的FPGA芯片内部的逻辑块连接起来，完成对应的FPGA芯片所需完成的功能。

2.如权利要求1所述的固定式智能化蚊虫捕杀系统，其特征在于，所述捕杀系统还包括：

输入键盘，用于在用户的操作下，输入所述蚊虫灰度阈值范围。

3.如权利要求1所述的固定式智能化蚊虫捕杀系统，其特征在于，所述捕杀系统还包括：

无线通信接口，与所述AT89C51单片机连接，用于接收并无线发送所述目标蚊虫图像。

4.如权利要求3所述的固定式智能化蚊虫捕杀系统，其特征在于：

所述无线通信接口为3G移动通信接口或4G移动通信接口中的一种。

5.如权利要求1所述的固定式智能化蚊虫捕杀系统，其特征在于：

替换地，所述对比度增强子设备、所述维纳滤波子设备、所述中值滤波子设备、所述均值滤波子设备、所述图像膨胀子设备、所述图像腐蚀子设备和所述灰度化处理子设备被集成在同一块FPGA芯片中。