RU220753U1

RU220753U1 - LED Insect Trap with Pulse Power Supply

Info

Publication number: RU220753U1
Application number: RU2023119972U
Authority: RU
Inventors: Юлия Александровна Захарова; Александр Александрович Мильцын; Андрей Николаевич Фролов
Filing date: 2023-07-28
Publication date: 2023-10-02

Abstract

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, к портативным ловушкам с использованием светового излучения и предназначена для отлова насекомых. Устройство может быть использовано для мониторинга численности и видового состава вредных насекомых с целью установления сроков их лета и принятия своевременных решений по проведению защитных мероприятий на посевах сельскохозяйственных культур. Техническим результатом является повышение технических характеристик ловушки за счет использования импульсного тока для питания светодиодов. Технический результат достигается за счет того, что в световой ловушке для мониторинга насекомых, содержащей корпус из водостойкого материала, коврик с липким слоем и электронный блок, включающий аккумуляторную батарею, два светодиода и электронный блок управления, предлагается электронный блок управления выполнить с возможность подачи на светодиоды импульсов тока и состоящим из микроконтроллера Attiny 25V и подсоединенных к нему фоторезистора, кнопки программирования освещенностью и электрического дросселя, определяющего величину тока светодиодов. The utility model relates to agriculture, to portable traps using light radiation and is intended for catching insects. The device can be used to monitor the number and species composition of harmful insects in order to determine the timing of their flight and make timely decisions on the implementation of protective measures on crops. The technical result is to increase the technical characteristics of the trap by using pulsed current to power the LEDs. The technical result is achieved due to the fact that in a light trap for monitoring insects, containing a housing made of waterproof material, a mat with an adhesive layer and an electronic unit, including a battery, two LEDs and an electronic control unit, it is proposed that the electronic control unit can be supplied to the LEDs current pulses and consisting of an Attiny 25V microcontroller and a photoresistor connected to it, a lighting programming button and an electric choke that determines the amount of LED current.

Description

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, к портативным ловушкам с использованием светового излучения и предназначена для отлова насекомых.The utility model relates to agriculture, to portable traps using light radiation and is intended for catching insects.

Устройство может быть использовано для мониторинга численности и видового состава вредных насекомых с целью установления сроков их лета и принятия своевременных решений по проведению защитных мероприятий на посевах сельскохозяйственных культур.The device can be used to monitor the number and species composition of harmful insects in order to determine the timing of their flight and make timely decisions on the implementation of protective measures on crops.

Известно много различных конструкций световых ловушек.There are many different designs of light traps known.

Так, известна ловушка для насекомых, содержащая взаимно перпендикулярные пластины, излучатель света, расположенный вдоль оси пересечения пластин, конус, прикрепленный к пластинам, и цилиндрический сосуд для насекомых, в который погружена нижняя часть конуса, отличающийся тем, что в качестве излучателя света используется излучатель на основе сверхярких светодиодов, на пластинах установлена крышка, а цилиндрический сосуд выполнен с прозрачным дном, к которому прикреплен дополнительный излучатель света с направлением излучения вдоль оси цилиндра к боковому конусу лунки, верхний излучатель света помещен в цилиндрическую стеклянную крышку, закрытую снизу, имеющую черную матовую поверхность со стороны нижнего излучателя (RU 129363 U1).Thus, an insect trap is known containing mutually perpendicular plates, a light emitter located along the axis of intersection of the plates, a cone attached to the plates, and a cylindrical insect vessel in which the lower part of the cone is immersed, characterized in that an emitter is used as a light emitter based on ultra-bright LEDs, a lid is installed on the plates, and the cylindrical vessel is made with a transparent bottom, to which an additional light emitter is attached with the radiation direction along the cylinder axis to the side cone of the well, the upper light emitter is placed in a cylindrical glass lid, closed at the bottom, having a black matte surface on the side of the lower emitter (RU 129363 U1).

Известна ловушка для насекомых, содержащая цилиндрический корпус, световой излучатель, осевой вентилятор, а также сетчатый насекомосборник, отличающаяся тем, что световой излучатель выполнен из светодиодной ленты и концентрично закреплен на внутренней поверхности в передней части корпуса, где соосно дополнительно установлен конический светоотражатель, а сетчатый насекомосборник надет на основание формирователя воздушного потока, представляющего собой усеченный перфорированный конус в задней части корпуса (RU 152241 U1).A known insect trap contains a cylindrical body, a light emitter, an axial fan, and a mesh insect collector, characterized in that the light emitter is made of an LED strip and is concentrically fixed on the inner surface in the front part of the body, where a conical light reflector is additionally installed coaxially, and a mesh the insect collector is placed on the base of the air flow former, which is a truncated perforated cone at the rear of the housing (RU 152241 U1).

Известна ловушка для насекомых, содержащая крышку, взаимно перпендикулярные пластины, светоизлучатель на основе сверхъярких светодиодов, расположенный по оси пересечения пластин, конус, прикрепленный к пластинам, цилиндр с дополнительным светоизлучателем в нижней части, размещенным на поперечной планке, закрепленной на стенках цилиндра, и насекомосборник, прикрепленный к цилиндру снизу бандажом, отличающаяся тем, что к светоизлучателю прикреплен радиатор с нижней крышкой, а насекомосборник выполнен из мелкоячеистого материала, в нижней части которого размер ячеек определяется размером целевого вида отлавливаемых насекомых (RU 207814 U1).A known insect trap contains a lid, mutually perpendicular plates, a light emitter based on ultra-bright LEDs located along the axis of intersection of the plates, a cone attached to the plates, a cylinder with an additional light emitter in the lower part placed on a transverse bar mounted on the walls of the cylinder, and an insect collector , attached to the cylinder from below with a bandage, characterized in that a radiator with a bottom cover is attached to the light emitter, and the insect collector is made of fine-mesh material, in the lower part of which the size of the cells is determined by the size of the target species of insects being caught (RU 207814 U1).

Недостатком указанных конструкций ловушек является их громоздкость, низкая мобильность, сложность применения в полевых условиях, обусловленная необходимостью применять мощные источники электропитания.The disadvantages of these trap designs are their bulkiness, low mobility, and difficulty of use in field conditions due to the need to use powerful power sources.

Известна световая ловушка для насекомых, состоящая из корпуса, ограниченного с обеих сторон заглушками, источников света - светодиодов, источника питания - солнечного коллектора, включающего аккумуляторную батарею и солнечный фотоэлемент, отличающаяся тем, что корпус ловушки выполнен в форме полого цилиндра с конусными входными отверстиями, стенки которых являются направляющими для насекомых к источнику света ловушки, солнечный фотоэлемент расположен на кронштейне вне световой ловушки и оснащен автоматическим управлением, а длина волны излучения светодиодов составляет от 350 до 360 нм (RU 85799 U1).A known light trap for insects consists of a body limited on both sides by plugs, light sources - LEDs, a power source - a solar collector, including a battery and a solar photocell, characterized in that the trap body is made in the form of a hollow cylinder with conical inlet holes, the walls of which are guides for insects to the light source of the trap, the solar photocell is located on a bracket outside the light trap and is equipped with automatic control, and the wavelength of the LED radiation is from 350 to 360 nm (RU 85799 U1).

Известна световая ловушка для насекомых, состоящая из корпуса, выполненного в форме полого цилиндра, ограниченного с обеих сторон заглушками, с призматическим входным отверстием, стенки которого направляют насекомых к источнику света; источников света, расположенных внутри корпуса и приманивающих насекомых извне; источника питания; съемных липких картриджей, установленных на внутренней поверхности корпуса и направляющих стенках (RU 110600 U1).A light trap for insects is known, consisting of a body made in the form of a hollow cylinder, limited on both sides by plugs, with a prismatic inlet, the walls of which direct insects to the light source; light sources located inside the housing and attracting insects from the outside; power supply; removable adhesive cartridges installed on the inner surface of the housing and guide walls (RU 110600 U1).

Известна световая ловушка для отлавливания и учета насекомых, которая состоит из корпуса дельтовидной, трапециевидной или цилиндрической формы, выполненного из водостойкого материала, и сменного липкого коврика. Ловушка снабжена одним светодиодным излучателем, расположенным внутри корпуса ловушки, а на внешней поверхности корпуса размещен сумеречный выключатель, состоящий из фотодатчика и блока управления (электронного устройства, управляющего работой светодиодного излучателя). Элементы питания - аккумуляторы размещены отдельно от корпуса ловушки и соединены с блоком управления посредством проводов и разъемов (UA 125678 U).A known light trap for catching and counting insects, which consists of a deltoid, trapezoidal or cylindrical body made of waterproof material, and a replaceable sticky mat. The trap is equipped with one LED emitter located inside the trap body, and on the outer surface of the body there is a twilight switch, consisting of a photosensor and a control unit (an electronic device that controls the operation of the LED emitter). Power elements - batteries are placed separately from the trap body and connected to the control unit via wires and connectors (UA 125678 U).

Известна световая ловушка для мониторинга насекомых, содержащая корпус из водостойкого материала, коврик с липким слоем и электронный блок, включающий элементы питания, фотодатчик, светодиодный излучатель и блок управления. Корпус изготовлен из прозрачного долговечного материала, электронный блок выполнен единым съемным элементом, установлен внутри в верхней средней части, а светодиодный излучатель ультрафиолетового (УФ) света снабжен не менее, чем двумя светодиодами, излучение которых направлено в противоположные стороны друг от друга вдоль корпуса ловушки (RU 195732 U1). Описанная в данном патенте световая ловушка для мониторинга насекомых принята авторами за прототип, как совпадающая с заявляемым техническим решением по большинству существенных признаков.A known light trap for monitoring insects contains a housing made of waterproof material, a mat with an adhesive layer and an electronic unit including batteries, a photosensor, an LED emitter and a control unit. The body is made of transparent durable material, the electronic unit is made of a single removable element, installed inside in the upper middle part, and the LED ultraviolet (UV) light emitter is equipped with at least two LEDs, the radiation of which is directed in opposite directions from each other along the trap body ( RU 195732 U1). The light trap for monitoring insects described in this patent was accepted by the authors as a prototype, as it coincides with the claimed technical solution in most essential features.

Недостатком прототипа является низкая эффективность (КПД) их электропитания, что приводит к необходимости довольно частой смены аккумуляторных батарей для их перезарядки, либо для увеличения продолжительности работы между перезарядками применять более мощные, а, следовательно, более дорогие аккумуляторные батареи, что препятствует массовому применению световых ловушек для мониторинга вредных насекомых.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of their power supply, which leads to the need to change batteries quite frequently to recharge them, or to increase the operating time between recharges, use more powerful, and therefore more expensive, batteries, which prevents the mass use of light traps for monitoring harmful insects.

Технической проблемой, существующей в настоящее время в рассматриваемой сфере, является недостаточная эффективность известных решений. Предлагаемое техническое решение направлено на решение данной технической проблемы. А именно, на создание ловушки, с помощью которой обеспечивается проведение эффективного мониторинга численности вредных насекомых (видового состава и учета динамики численности вредных насекомых как основы для планирования применения средств защиты растений) при невысоких эксплуатационных затратах, связанных с обслуживанием ловушки.The technical problem currently existing in the area under consideration is the insufficient effectiveness of known solutions. The proposed technical solution is aimed at solving this technical problem. Namely, to create a trap, with the help of which effective monitoring of the number of harmful insects is ensured (species composition and taking into account the dynamics of the number of harmful insects as a basis for planning the use of plant protection products) with low operating costs associated with maintaining the trap.

Техническим результатом является повышение технических характеристик ловушки за счет использования импульсного тока для питания светодиодов.The technical result is to increase the technical characteristics of the trap by using pulsed current to power the LEDs.

Технический результат достигается за счет того, что в световой ловушке для мониторинга насекомых, содержащей корпус из водостойкого материала, коврик с липким слоем и электронный блок, включающий аккумуляторную батарею, два светодиода и электронный блок управления, предлагается электронный блок управления выполнить с возможность подачи на светодиоды импульсов постоянного тока и состоящим из микроконтроллера Attiny 25V и подсоединенных к нему фоторезистора, кнопки программирования освещенностью и электрического дросселя, определяющего величину тока светодиодов.The technical result is achieved due to the fact that in a light trap for monitoring insects, containing a housing made of waterproof material, a mat with an adhesive layer and an electronic unit, including a battery, two LEDs and an electronic control unit, it is proposed that the electronic control unit can be supplied to the LEDs DC pulses and consisting of an Attiny 25V microcontroller and a photoresistor connected to it, a lighting programming button and an electric choke that determines the amount of LED current.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется следующими чертежами:The essence of the proposed utility model is illustrated by the following drawings:

фиг. 1, на которой представлена световая ловушка для мониторинга насекомых: а - вид спереди; 6 - вид сбоку;fig. 1, which shows a light trap for monitoring insects: a - front view; 6 - side view;

фиг. 2, на которой представлена электрическая схема электронного блока ловушки;fig. 2, which shows the electrical circuit of the electronic block of the trap;

фиг. 3, на которой представлен график затраченной энергии для питания ловушки постоянным током и импульсным током, где:fig. 3, which shows a graph of the energy expended to power the trap with direct current and pulsed current, where:

1 - корпус, 2 - коврик с липким слоем, 3 - электронный блок, 4 - светодиоды, 5 - фоторезистор, 6 - аккумуляторная батарея, 7 - микроконтроллер Attiny 25V, 8 - кнопка программирования освещенности, 9 - дроссель.1 - housing, 2 - mat with an adhesive layer, 3 - electronic unit, 4 - LEDs, 5 - photoresistor, 6 - rechargeable battery, 7 - Attiny 25V microcontroller, 8 - light programming button, 9 - throttle.

Предлагаемая ловушка состоит из корпуса 1, внутрь которого, в его верхнюю часть, вставляется электронный блок 3 со светодиодами 4, управляющий работой ловушки. Коврик с липким слоем 2, представляющий из себя лист плотного картона с нанесенным на него слоем клея для насекомых типа Пестификс, размещают в нижней части корпуса 1.The proposed trap consists of a housing 1, inside of which, in its upper part, an electronic unit 3 with LEDs 4 is inserted, which controls the operation of the trap. A mat with an adhesive layer 2, which is a sheet of thick cardboard with a layer of Pestifix-type insect glue applied to it, is placed in the lower part of the body 1.

Традиционно, при питании светодиодов ток через них задается токоограничивающим резистором. Но по мере разряда источника питания, ток через светодиод уменьшается и, соответственно, снижается яркость его свечения. Для стабилизации тока через светодиод применяют схему питания с активным регулирующим элементом (транзистором, при питании светодиода от источника тока). Поскольку и на резисторе, и на регулирующем элементе, в виде тепла рассеивается энергия, КПД светодиодной ловушки по энергопотреблению обычно не превышает 60%. Благодаря возможности реализовать питание светодиодов от импульсных источников тока питание диода обеспечивает однополярный генератор прямоугольных импульсов, а регулирующим элементом тока через светодиод служит дроссель. Поскольку дроссель представляет собой реактивное сопротивление, то нагрева его не происходит. Поскольку работают эти устройства на частотах 10-100 кГц, это позволяет реализовывать их в формате микроэлектроники и достигать КПД порядка 98%. Если при питании постоянным током светодиод светит постоянно, то при импульсном питании он зажигается и гаснет в соответствии с последовательностью и частотой питающих его импульсов. При одинаковых затратах энергии за определенное время для обоих вариантов питания, импульсный позволяет использовать эту энергию с большей интенсивностью за время, меньшее, чем наблюдаемое. Другими словами, светодиод вспыхивает и определенное время светит ярче, чем в случае питания постоянным током, но затем гаснет и определенное время не горит. В итоге, с учетом инерционности зрения, у объекта мониторинга возникает зрительное восприятие, что при импульсном питании светодиод светит ярче, чем при питании постоянным током, хотя затраты энергии в обоих случаях одинаковы.Traditionally, when powering LEDs, the current through them is set by a current-limiting resistor. But as the power source discharges, the current through the LED decreases and, accordingly, the brightness of its glow decreases. To stabilize the current through the LED, a power circuit with an active control element (transistor, when the LED is powered from a current source) is used. Since energy is dissipated in the form of heat both on the resistor and on the regulating element, the efficiency of the LED trap in terms of energy consumption usually does not exceed 60%. Due to the ability to power LEDs from pulsed current sources, the diode is powered by a unipolar rectangular pulse generator, and the inductor serves as the regulating element of the current through the LED. Since the inductor is a reactance, it does not heat up. Since these devices operate at frequencies of 10-100 kHz, this allows them to be implemented in microelectronics format and achieve an efficiency of about 98%. If, when powered by direct current, the LED shines constantly, then when powered by pulses, it lights up and goes out in accordance with the sequence and frequency of the pulses feeding it. Given the same energy expenditure over a certain time for both power options, pulsed power allows you to use this energy with greater intensity in a time shorter than the observed one. In other words, the LED flashes and shines brighter for a certain time than in the case of DC power, but then goes out and does not light for a certain time. As a result, taking into account the inertia of vision, the monitored object has a visual perception that with pulsed power the LED shines brighter than with direct current power, although the energy consumption in both cases is the same.

Сказанное поясняют графики на фиг. 3. Закрашенный серым цветом прямоугольник - это затраченная энергия за наблюдаемый период времени Т. В обоих случаях она одинакова. Блок-схема электронного блока ловушки приведена на фиг. 2. Электронный блок управления выполнен с возможность подачи на светодиоды импульсов постоянного тока и состоит из микроконтроллера 7 Attiny 25V и подсоединенных к нему фоторезистора 5, кнопки 8 программирования освещенностью и электрического дросселя 9, определяющего величину тока светодиодов.This is illustrated by the graphs in Fig. 3. The rectangle shaded in gray is the energy expended over the observed time period T. In both cases it is the same. The block diagram of the electronic block of the trap is shown in Fig. 2. The electronic control unit is designed to supply direct current pulses to the LEDs and consists of a microcontroller 7 Attiny 25V and a photoresistor 5 connected to it, a lighting programming button 8 and an electric choke 9 that determines the current value of the LEDs.

Яркость светодиода зависит от протекающего через него тока. При одинаковых затратах энергии за одинаковое время в случае питания светодиодов импульсным током она больше, чем при питании постоянным током, но время свечения меньше. Исходя из вышеизложенных соображений, для реализации светодиодной ловушки с питанием от аккумуляторов был выбран микроконтроллер Attiny 25V. Посредством загруженного в него соответствующего программного обеспечения были реализованы следующие возможности:The brightness of an LED depends on the current flowing through it. With the same energy consumption for the same time, when powering LEDs with pulsed current, it is greater than when powered by direct current, but the glow time is shorter. Based on the above considerations, the Attiny 25V microcontroller was chosen to implement the battery-powered LED trap. The following features were implemented using the appropriate software loaded into it:

питание светодиодов от импульсного источника тока;power supply of LEDs from a pulsed current source;

программная установка яркости свечения светодиодов;software setting of LED brightness;

включение и выключение светодиодов при определенном (перепрограммируемом) уровне освещенности;turning LEDs on and off at a certain (reprogrammable) light level;

минимизация тепловых потерь энергии источников питания;minimizing thermal energy losses of power sources;

отключение аккумуляторов для недопущения их глубокого разряда;disconnecting batteries to prevent them from deep discharge;

определение и индикация степени заряженности аккумуляторов.determination and indication of the battery charge level.

Опытные образцы ловушки прошли полевые испытания в 2023 г. в Ленинградской области в сливовом саду, где подтвердили свою эффективность для мониторинга сливовой плодожорки (см. таблицу 1, приведенную ниже).Prototypes of the trap were field tested in 2023 in the Leningrad region in a plum orchard, where they confirmed their effectiveness for monitoring the plum moth (see Table 1 below).

Где:Where:

варианты:options:

ПТ-ловушки со светодиодными излучателями, питание постоянным током,PT traps with LED emitters, DC power supply,

ИТ-ловушки со светодиодными излучателями, питание импульсным током,IT traps with LED emitters, pulsed current supply,

Испытания проведены в 3 рендомизированных повторениях.Tests were carried out in 3 randomized repetitions.

Таким образом, применение заявленной полезной модели обеспечивает улучшение технических характеристик, а именно, проведение эффективного мониторинга численности вредных насекомых (видового состава и учета динамики численности вредных насекомых как основы для планирования применения средств защиты растений) при невысоких эксплуатационных затратах, связанных с производством и обслуживанием ловушки.Thus, the use of the claimed utility model provides improved technical characteristics, namely, effective monitoring of the number of harmful insects (species composition and taking into account the dynamics of the number of harmful insects as a basis for planning the use of plant protection products) with low operating costs associated with the production and maintenance of the trap .

Claims

A light trap for catching insects, containing a body made of waterproof material, a mat with an adhesive layer and an electronic unit including a battery, two LEDs and an electronic control unit, characterized in that the electronic control unit is designed to supply constant current pulses to the LEDs and consists of Attiny 25V microcontroller and a photoresistor connected to it, a lighting programming button and an electric choke that determines the amount of LED current.