基于LED温室灭虫系统研究_程雪王娟王彬.pdf

基 于 LED 温室灭虫系统研究 程 雪 王 娟 王 彬 河北农业大学 机电学院 河北 保定 071001 摘 要 虫害是影响蔬菜生长的主要因素之一 农药杀灭虫害是当前菜农普遍采用的方法 其后果往往会造成农 药残留在蔬菜上 会食用者健康带来影响 为此 设计了一种基于多光谱 冷光源的 LED 灯光杀虫监控系统 该 系统由上位机 下位灭虫装置组成 同时 介绍了系统设计结构图 系统通信部分软件硬件设计 并给出了光谱 灭虫对照结果分析 关键词 温室 LED 灭虫系统 光谱 中图分类号 S625 5 文献标识码 A 文章编号 1003 188X 2014 05 0115 04 0 引言 随着人们环保意识的增强 无公害蔬菜已成为产 品贸易的基本要求 近年来 农业上经常利用害虫的 趋光性对虫害进行预测预报 发光二极管具有体积 小 光效高 寿命长 光衰小 节能 低碳和环保等特 点 不含红外紫外成分 被称为绿色光源 其不会对作 物产生危害 适用于温室杀虫设备 本文利用发光二 极管的单色光谱引诱害虫 并且研究开发了高压脉冲 式技术有针对性的杀灭害虫 该系统使用计算机网 络对病虫害实时监控 通过高压脉冲信号提取 LED 高 压灭虫灯灭虫信息 如杀虫数量 通过 S485 S422 计算机串口总线传给计算机网络 通过串口控件提取 数据信息 并存入数据库 可实时调取数据信息 进行 病虫害监控 从而指导农业作业的进行 1 系统概述 单片机控制部分以 AT89C51 单片机为核心 主要 由光板电网灯 信号提取电路 显示电路 害虫超限报 警电路 通讯接口电路等组成 其中 光板电网灯通 过高压灭杀害虫 灭虫高压信号通过电阻分压的信号 提取电路转换成低压脉冲信号 送入单片机中断接 口 单片机对灭虫数据实时监控 并存入相应数据单 元 显示于 LED 显示器上 单片机将灭虫值与设定值 进行比较 高于该设定值时 说明该区域虫害高发 系 统可自动报警 单片机与 PC 机可进行通信 每种颜 收稿日期 2013 08 05 基金项目 河北省科技厅支撑项目 12226509 河北农业大学理工基 金 LG20130103 作者简介 程 雪 1982 女 广东中山人 讲师 硕士 E mail snowhitt sina com 色光板对应一个子单片机系统 设有红 蓝 黄 白 绿 光板灭虫子系统 与 PC 机采用主从通信方式进行多 机通信 原理如图 1 所示 图 1 系统结构图 Fig 1 The system structure diagram 2 系统通信接口设计 系统硬件主要包括两部分 上位机端和下位机 端 上位机端为 PC 机 下位机端为灭虫装置子系统 温室中放置多点灭虫子系统装置 各装置之间通过 S485 连接 S485 有效通信距离为几十米到上千 米 采用半双工工作方式 用于多点互连时非常方便 是广泛采用的串行总线标准 上位机采用自主设计 后台软件 可对各点灭虫情况进行实时监控 通过 PC 机主机的 S232 接口 采用 S485 转换芯片和 S485 总线连接组成通信网络 与子系统进行数据交互 硬 件连接示意图 如图 2 所示 2 1 信号转换电路 上位机通过 S232 串口与 485 总线下位机系统 进行数据交换 为增加系统的抗干扰能力 MAX 485 与 S232 之间采用光电隔离 电 路 如 图 3 所 示 MAX485 是通过两个引脚 E 和 DE 来控制数据的输 入和输出 当 E 为低电平时 数据输入有效 当 DE 511 2014 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 为高电平时 数据输出有效 本系统为半双工使用 因此将这两个脚直接相连 然后由单片机或 PC 机输 出的高低电平作为数据状态转换标志 图 2 系统通信结构图 Fig 2 The system communication structure diagra 图 3 信号转换电路 Fig 3 Signal conversion circuit 2 2 上位机软件设计 上位机通过 VB6 0 利用 Mscomm 通信控件与下 位机进行数据交互 采用 VB6 0 不仅可以方便编写 用于多媒体数据等程序 利用 Active 控件还能非常快 捷地开发出用于计算机串口的通信程序 每 个 Mscomm 控件对应于一个串行端口 使用多个串口时 需应用多个控件 上位机主界面包括设置区和功能区两部分 其 中 设置区主要实现端口设置 包括端口以及波特率 选择 打开或关闭端口等动作设置 功能区主要包括 数据采集 结果查询 状态监视等 其中 数据采集包 括分别采集红 绿 蓝 黄 白灯板杀虫情况的控制按 钮 向下位机发起主从控制 结果查询包括读取数据 表格查询及图形查询等 为方便布局 应用 Frame 控件建立区域 建立控件 组的方法可以使编程减少重复避免繁琐工作 通过 软件采集的数据还可通过二级窗体进行保存 即将程 序运行过程中处于内存中的数据保存到硬盘的指定 路径 以便调用查看 2 3 下位机软件设计 下位机是指单片机灭虫装置 该装置可单独工 作 也可受上位 PC 机主从控制 与其进行数据交互 每个装置设置一个地址 发送数据量不大 采用查询 方式 接收数据具有随机性 所以采用中断方式 当下位机收到 PC 机采集命令后 进入接收中断 开始计数统计 控制装置中包括高压脉冲提取电路 电网每杀灭一个害虫 通过脉冲提取可产生 1 脉冲信 号 传给单片机 单片机把该信号回传给 PC 机 PC 机根据不同地址进行数据统计 并可通过软件生成表 格或图形样式便于查阅 为使系统可靠工作 可使数据收发做适当延时 数据发送时延时 0 5ms 发送数据 发送结束再延时 0 5ms 关闭控制端 单片机接收发送子程序流程图如 图 4 和图 5 所示 3 灭虫灯板光谱及对照实验结果 利用 LED 灯板诱杀温室害虫的实验 选用 5 种颜 色的发光二极管做成灯板 光谱如图 6 图 10 所示 横轴表示波长 纵轴表示强度 分别为黄色 白色 绿色 红色 蓝色 放置于杀虫电网装置中 其中 蓝 色发光二极管的波长为 465nm 绿色发光二极管的波 长一般为 560 nm 黄色发光二极管的波长为 585 nm 左右 红色发光二极管的波长为 675nm 白色为全光谱 谱带 5 种颜色的 LED 灯均匀分布在温室中 间隔为 3m 左右 统计连续 2 天的杀虫效果 重复 3 次 通过 连续 5 天对不同颜色 LED 杀虫灯杀虫效果的比对 白 色杀虫数量最多 其次是绿色 蓝色 黄色 红色 前人已有很多关于利用粘虫板色诱昆虫效果的报 道 普遍认为黄色粘虫板对诱杀温室害虫有很好的效 果 并且有效的杀虫高度为黄板下端高于作物 20cm 诱集效果最好 因此 笔者利用黄色 LED 灯板做了多 种对比实验 并且悬挂高度均为作物上方 20cm 处 实验表明 杀虫灯诱杀害虫与灯板光强和环境光 强有关 通过 LED 光板与粘虫黄板光强杀虫对照实 验可以说明 用光强较强的 LED 灯板对射黄色粘虫板 的夜间杀虫效果要高于光强较弱对射的黄色粘虫板 并且远高于没有 LED 灯对射的黄色粘虫板 这说明 在夜间昆虫活动仍很频繁 传统黄色粘虫板由于本身 不发光丧失了夜间诱捕昆虫的能力 尤其是一些昼伏 夜出的昆虫 具体哪些昆虫属于昼伏夜出型以及在不 同生长期夜间活动能力是否更强 有待于下一步继续 研究 因此 利用光强较强的 LED 灯夜间杀虫配合粘 虫黄板白天杀虫可以达到更好的杀虫效果 这里需要 611 2014 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 说明的是 LED 灯板 电网的有效杀虫面积为 188 4cm 2 灯板单面发光 而黄板有效粘虫面积为 1 260 cm 2 因此把 LED 灯板 电网的有效杀虫面积增大到 和黄板等同 其杀虫效果要远高于黄板的杀虫效果 图 4 单片机发送子程序流程图 Fig 4 MCU send subroutine flow chart 图 5 单片机接收子程序流程图 Fig 5 MCU receive subroutine flow chart 图 6 黄色光板谱带 Fig 6 The yellow lamp plate spectrum 图 7 白色光板谱带 Fig 7 The white lamp plate spectrum 图 8 绿色光板谱带 Fig 8 The green lamp plate spectrum 图 9 红色光板谱带 Fig 9 The red lamp plate spectrum 711 2014 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 图 10 蓝色光板谱带 Fig 10 The blue lamp plate spectrum 4 结论 本文设计了一种基于多光谱 冷光源的 LED 灯光 杀虫监控系统 利用昆虫趋光性 实现昆虫诱杀 为害 虫的无公害综合治理提供实用 可靠的技术依据 提 升害虫监控治理水平 参考文献 1 陈宗征 昆虫趋化性及其应用 J 广西林业科学 2000 29 3 119 121 2 冯宜林 黄色粘虫板诱杀斑潜蝇技术研究 J 甘肃农业 科技 2003 15 11 47 48 3 郭艳琼 武宇鹏 李友莲 温室内黄色粘虫卡防治美洲斑 潜蝇的研究 J 山西农业大学学报 2002 22 2 123 126 4 刘立春 顾国华 杨顾新 双波诱虫灯在害虫测报中的应 用观察 J 昆虫知识 1993 30 3 161 166 5 林闽 姚白云 太阳能 LED 杀虫灯的研究 J 可再生能 源 2007 6 3 79 80 Study on Greenhouse Pest Control System Based on LED Cheng Xue Wang Juan Wang Bin College of Mechanical and Electrical Engineering Agricultural University of Hebei Baoding 071001 China Abstract This paper describes the design of a LED light insecticidal monitoring system based on more spectrum cold light source The system consists of host computer control system which is composed of pest control device It introduced the system design structure diagram system software and hardware design of communication and comparative analysis of results of spectral exterminator Key words greenhouse LED insect pest control system spectrum 811 2014 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期