基于物聯(lián)網(wǎng)光伏智能水稻害蟲防治監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張文涵++吳海濤++姜賀++王潤濤

摘 要：在東北水稻害蟲發(fā)生面積和危害程度逐漸增大，嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的狀況下，該文設(shè)計(jì)了一款具有檢測天氣變化、裝置的傾斜角、自動(dòng)清理高壓電網(wǎng)上蟲體，以及采集數(shù)據(jù)并傳送給用戶功能的光伏智能水稻害蟲防治監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由預(yù)警裝置、殺蟲裝置、清潔裝置、供電及電源控制部分組成，合理減少農(nóng)藥使用次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了水稻高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的目的，同時(shí)使系統(tǒng)更加智能化。

關(guān)鍵詞：水稻害蟲防治 光伏發(fā)電 頻振式LED燈 GSM模塊

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（c）-0094-02

東北水稻種植面積逐年擴(kuò)大，隨著全球氣候變暖等因素的變化，其水稻害蟲發(fā)生面積和危害程度逐漸增大，對東北優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)構(gòu)成了較大影響。在此背景下，利用昆蟲的趨光性對其進(jìn)行誘殺防治是目前所采取的主要物理措施。傳統(tǒng)的殺蟲黑光燈受安裝地點(diǎn)、高度以及每天必須人為進(jìn)行開關(guān)的限制，不僅耗電且管理維護(hù)不便；放有毒劑的集蟲箱容易散漏，造成人畜中毒等事故。因此為了節(jié)省大量人力物力，方便管理，防止事故發(fā)生，該文結(jié)合當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——GSM技術(shù)、ZigBee技術(shù)，研究和設(shè)計(jì)一款基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏智能水稻害蟲物理防治監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用光伏發(fā)電技術(shù)，利用太陽能電池板、蓄電池、控制器構(gòu)成的光伏發(fā)電裝置為系統(tǒng)供電，避免使用大量的電纜，減少安全隱患事故的發(fā)生并且節(jié)約能源[1]；采用頻振式LED燈配以紫外燈構(gòu)成寬譜誘蟲光源，具有壽命長、可靠耐用、維護(hù)費(fèi)用極為低廉的優(yōu)點(diǎn)，且針對傳統(tǒng)殺蟲裝置需人工定期清潔電網(wǎng)的問題，增加了清潔裝置與害蟲收集裝置；采用角度傳感器、重量采集模塊、火情采集模塊收集裝置信息，并與GSM模塊和ZigBee模塊結(jié)合，向用戶進(jìn)行多方面預(yù)警。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)

2.1 預(yù)警裝置設(shè)計(jì)

預(yù)警裝置包括角度傳感器、雨水傳感器、重量采集模塊、火情采集模塊、微處理器、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

角度傳感器主要由ADXL335構(gòu)成，利用其測量裝置的角度數(shù)據(jù)，單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行判斷，如若裝置發(fā)生一定的角度偏離后，自動(dòng)發(fā)送至用戶報(bào)警，從而避免毒劑的集蟲箱散漏，造成人畜中毒等事故發(fā)生。

雨水傳感器主要由雨水檢測模塊構(gòu)成，利用其檢測裝置所在環(huán)境檢測是否下雨，當(dāng)下雨時(shí)，其自動(dòng)將裝置高壓電網(wǎng)部分切斷供電，防止發(fā)生漏電、觸電事故。

重量采集模塊主要由高精度壓力傳感器構(gòu)成，通過壓力傳感器測量昆蟲編織袋的重量，進(jìn)而通過多天的累計(jì)測量并記錄數(shù)據(jù)，從而大致判斷害蟲的數(shù)量以及蟲害的強(qiáng)度。

火情采集模塊主要由煙霧傳感器構(gòu)成，通過對裝置周圍環(huán)境煙霧含量的檢測，進(jìn)而判斷該環(huán)境是否發(fā)生火災(zāi)，從而及時(shí)傳輸至用戶端，提醒用戶火災(zāi)的發(fā)生。

微處理器主要由低功耗MSP430單片機(jī)構(gòu)成，其接收重量采集模塊的數(shù)據(jù)以及煙霧傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，傳輸至數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主要由GSM模塊和ZigBee模塊構(gòu)成，GSM模塊接收來自微處理器的信息，并將其轉(zhuǎn)換成短信的形式發(fā)送至用戶端，用戶也可以短信形式向GSM模塊發(fā)出指令控制本系統(tǒng)的部分功能，ZigBee模塊可以和農(nóng)田中其他裝置相互通信。

2.2 殺蟲裝置設(shè)計(jì)

殺蟲裝置包括誘蟲裝置、高壓電網(wǎng)、害蟲收集裝置。

誘蟲裝置主要是由高亮度LED燈以及紫外燈構(gòu)成的寬譜誘蟲光源[2]。由于不同種類的昆蟲對不同波段光潛的敏感性不同，而人類看不見的長波紫外光對數(shù)百種害蟲也具有較強(qiáng)的誘集力[3]。寬譜誘蟲光源誘殺害蟲種類多、效果好、數(shù)量大。其對于鱗翅目類各種成蟲有特效，如菜蛾、棉鈴蟲、地老虎、美國白蛾等；對鞘翅目、雙翅目、同翅目、直翅目等類的多種昆蟲也有顯著誘集效果。據(jù)文獻(xiàn)查閱，根據(jù)各種環(huán)境中的不完全統(tǒng)計(jì)，誘殺害蟲超過1 500種，對于絕大部分常見的各類害蟲都有效。

同時(shí)，與傳統(tǒng)的殺蟲黑光燈及其他光源相比，超高亮LED具有壽命長、可靠耐用、維護(hù)費(fèi)用極為低廉的優(yōu)點(diǎn)。

高壓電網(wǎng)由不銹鋼材料制成，其放置在光源外圍，用以保護(hù)光源免遭外力撞擊，并通以高壓電，對害蟲進(jìn)行滅殺處理。

害蟲收集裝置由收集袋和機(jī)械傳送部分組成，當(dāng)用戶需要更換收集袋或檢查害蟲的種類以及數(shù)量時(shí)，可以控制機(jī)械傳動(dòng)部分升降收集袋，方便用戶的使用。

2.3 清潔裝置設(shè)計(jì)

清潔裝置包括清潔盤以及機(jī)械傳動(dòng)部分。

清潔盤由不銹鋼材料制成，按照高壓電網(wǎng)的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，貼合性較高；機(jī)械傳動(dòng)部分由直流電機(jī)和皮帶構(gòu)成，直流電機(jī)帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶攜帶清潔盤對高壓電網(wǎng)進(jìn)行清理，提高了裝置的殺蟲效果，同時(shí)也避免人工清潔電網(wǎng)的繁瑣過程，減輕了用戶的負(fù)擔(dān)。

2.4 供電裝置與電源控制裝置設(shè)計(jì)

供電裝置主要由太陽能電池板、蓄電池、控制器構(gòu)成的光伏發(fā)電系統(tǒng)。利用太陽能電池板對蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)蓄電池保證對除自身以外的其他裝置進(jìn)行不間斷供電；電源控制裝置主要由電磁繼電器構(gòu)成，利用電磁繼電器，用戶可以在檢查害蟲收集裝置時(shí)將高壓電網(wǎng)的電源關(guān)閉，保證人身安全；在清潔電網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)電源將自動(dòng)關(guān)閉。

3 結(jié)語

該系統(tǒng)結(jié)合了頻振式紫外燈技術(shù)，傳感器檢測技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——GSM技術(shù)、ZigBee技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化害蟲的物理防治監(jiān)控，綠色無污染，以此提高東北水稻高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)，在一定程度上為保持良好的生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)人與自然的和諧統(tǒng)一、減少農(nóng)副產(chǎn)品的農(nóng)藥殘余量上作出了貢獻(xiàn)。同時(shí)，由于農(nóng)電地區(qū)用電不方便，該系統(tǒng)結(jié)合太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，開發(fā)新能源，為裝置提供能源，從而避免使用大量的電纜，減少安全隱患事故的發(fā)生并節(jié)約能源。

但是系統(tǒng)還存在些需要改進(jìn)的地方，由于太陽能電池板的電能轉(zhuǎn)化效率不是很高，而且蓄電池自身容量及使用壽命也有一定的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)在連續(xù)陰雨天氣下無法長期使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 王長貴.太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2] 劉春明，李宏光，等.性誘劑和頻振式殺蟲燈在紅河州烤煙生產(chǎn)中示范應(yīng)用試驗(yàn)[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，60（70）：12-16.

[3] 張純胄，楊捷.害蟲趨光性及其應(yīng)用技術(shù)的研究進(jìn)展[J].華東昆蟲學(xué)報(bào)，2007，16（2）：131-135.