雙層電網高壓殺蟲燈的研制

汪逸飛 張金龍

摘 要：為解決農業(yè)蟲害測報過程中人工計數費時費力的問題，針對現有高壓殺蟲燈電網結構，在傳統(tǒng)單層寬間距電網結構基礎上，改進設計了一種新型雙層高壓電網殺蟲燈，并采用與單片機相結合的擾動電壓感應原理，實現了對滅殺害蟲的分類自動計數。根據蟲害體型與黃金分割原理，殺蟲燈外層電網的網絲間距設置為8mm，內層電網的網絲間距設置為2.5mm。各層電網獨立供電，使用高壓電流互感器分別獨立采集各層電網擾動信號，應用單片機進行擾動信號處理，實現害蟲分類統(tǒng)計功能。

關鍵詞：殺蟲燈;雙層;高壓電流互感器;單片機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.127

0 引? 言

農業(yè)害蟲嚴重影響農作物生長和農產品品質，采取有效的防治措施減少其對農業(yè)生產的危害非常重要[1]。傳統(tǒng)害蟲預測手段存在的弊端主要表現為要定期收取樣品，人工統(tǒng)計，該過程存在勞動強度大、非實時性和效率低等問題[2-6]，已不能滿足當前蟲情預測的需求[7]。

本文研制了一種新型雙層電網殺蟲燈，采用內外雙層不同網絲間距的高壓電網，利用高壓電流互感器檢測害蟲滅殺時的觸網擾動信號，并進行濾波后，使用單片機進行信號處理，實現害蟲的自動分類與計數，通過分類害蟲體型，使所捕害蟲種類范圍由未知縮小到某幾種，實現蟲害預判，簡單快速，對提高蟲情預測自動化具有重要的現實意義。

1 整體結構設計及工作原理

雙層高壓電網殺蟲燈（以下簡稱殺蟲燈）結構示意圖如圖1所示，包括防雨蓋、光源燈體、雙層高壓電網、接蟲裝置、電路控制箱和接蟲口。電網采用逐級加密的雙層高壓電網設計，燈體外圍正方形位置的4個頂點處分別安裝4根絕緣柱，電網絲以雙陽螺旋繞制方式纏繞在絕緣柱上，網絲間距由外向內逐層加密，對害蟲進行逐級過濾，增大了電網與害蟲的接觸機率。電路控制箱內設置有擾動信號采集模塊、單片機控制模塊、信號輸出連接線等裝置，擾動信號采集模塊可以實時采集害蟲觸網擾動信號，上傳至單片機處理，信號連接線將單片機輸出信號傳遞至觸控顯示屏，顯示當前蟲情信息，便于為蟲情測報提供依據。

2 關鍵部件設計

殺蟲燈是通過高壓電網的物理結構設計實現大型害蟲和小型害蟲的區(qū)別捕殺，通過信號采集和控制電路采集觸網擾動信號實現害蟲分類計數功能。雙層電網的結構設計以及網絲間距設置的合理化對提升殺蟲燈的害蟲誘捕效果具有十分重要的影響，同時害蟲觸網擾動信號采集與統(tǒng)計又直接影響蟲量統(tǒng)計的結果。

2.1 雙層高壓電網設計

雙層高壓電網主要是通過逐層加密電網絲間距，使殺蟲燈實現對各種體型害蟲的區(qū)別捕殺和分類統(tǒng)計。外層電網的網絲間距設置最大值，由外向內依次加密，內層電網的網絲間距最窄，工作時，其原理類似于漏篩，對害蟲進行逐級過濾，大型害蟲在外層電網被捕殺，小型害蟲穿越外層寬間隙電網進入內層電網被捕殺。

目前本文設計的殺蟲燈電網層數采用2層結構，運用黃金分割理論來指導確定網絲間距的方法，取蟲體長度的黃金分割。記Dout為外層網絲間距，din為內層網絲間距。

Dout=Lmin×0.618? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

din=lmax×0.618? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：Lmin為大型蟲體最小體長值，lmax為小型蟲體最大體長值，0.618為黃金分割數的近似值。

由此，根據農業(yè)主要害蟲外形尺寸統(tǒng)計數據，常見大型害蟲體型尺寸最小值為10mm—16mm，因此設置外層電網間隙為（13×0.618）mm，約為8mm;常見小型害蟲體型尺寸最小值為2mm—6mm，因此設置內層電網間隙為（4×0.618）mm，約為2.5mm。雙層電網具體設計如圖3所示，殺蟲燈電網俯視圖呈正方形，正方形4個頂點處分別安裝4根絕緣柱，電網分內外兩層，電網絲以雙陽螺旋繞制方式纏繞在絕緣柱上。網絲采用耐弧鍍膜材料，外層間距為Dout，內層間距為din，形狀類似漏篩對害蟲進行逐級過濾。如此的雙層電網布置，在害蟲穿過殺蟲電網時，電網可根據害蟲體型尺寸大小對其進行層層過濾，大型害蟲在外層稀疏電網被捕殺，小型害蟲卻能夠穿過外層進入內層電網的捕捉范圍，在內層電網被誘集，增大了電網與害蟲的接觸機率，增強了殺蟲燈的防治效果，而且通過網絲間距的設置實現害蟲自動分類，為農業(yè)蟲害分類預測提供依據。

2.2 信號采集以及控制電路設計

蟲量統(tǒng)計模塊設計利用高壓電流互感器檢測害蟲觸網擾動信號，實現害蟲分類計數。該雙層電網殺蟲燈穩(wěn)定時為2.3kV直流高壓，正常電路呈斷路狀態(tài)，電流為0;當害蟲觸碰高壓電網，電路形成回路，產生瞬時脈沖電流，幅值為14-16mA。因此信號采集電路高壓電流互感器選型為BH-0.66，電流比為50：5，當害蟲觸網時，在互感器端產生的電流幅值為1.4-1.6mA，通過外接2.5kΩ（R17、R18）電阻，可產生的電壓為3.5-4V。

由于害蟲觸網時的電信號夾雜了大量的低頻雜波，經過雜波分析，設計了一個170Hz的帶通濾波器進行信號濾波，以提高計數的準確性，計算得出相關電路參數C4=C6=31μF，R10=R15=100Ω（圖4）。

計數單片機選用AT89S52，蟲量統(tǒng)計電路原理圖如圖4所示。殺蟲燈穩(wěn)定狀態(tài)時，電流輸出為0，每當殺蟲燈捕捉到害蟲，高壓電路形成回路，產生瞬時電流觸發(fā)電流傳感器，通過電阻輸出電平信號，經濾波器濾除雜波后，輸入到單片機的外部中斷口，單片機計數1次。單片機根據外部中斷口的中斷次數實現蟲量統(tǒng)計功能。由于采用雙層電網布置，外層電網所記蟲量為體型不小于8mm的害蟲，內層電網所記蟲量為體型在2.5mm到8mm之間的害蟲，如此殺蟲燈便可以將不同體型的害蟲實現分類統(tǒng)計，進而根據已知蟲害種類，推測所捕害蟲，將其鎖定在很小的范圍里，達到預測蟲害的目的。

3 結? 論

本研究基于雙層電網設計思想，設計了雙層高壓電網殺蟲燈，得到主要結論如下：

（1）該雙層電網殺蟲燈以逐級加密的雙層電網排布實現對害蟲體型的分類，在誘捕害蟲的同時根據害蟲體型實現分類計數，根據已有害蟲體型數據，將害蟲種類范圍由未知縮小到某幾種，實現蟲害預判。造價低廉，操作簡便，自動化程度高，為蟲情測報系統(tǒng)提供了數據支持。

（2）該雙層電網殺蟲燈采用雙層電網，使用者可根據實際使用情況靈活設定電網間隙與電網層數，實現對蟲害的更精確分類與統(tǒng)計。

參考文獻：

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