基于AT89C51 的太陽能農田防盜智能驅鼠裝置設計

劉 成

（武威職業學院，甘肅 武威 733000）

據相關報道，鼠類攜帶200 多種病原體，每年有20%的糧食會被老鼠毀壞，鼠害是一個嚴重的世界性問題。特別是近年來隨著生態環境的改善，優勢鼠種演替，農區鼠害進入種群密度恢復期，高密度鼠種群點片發生，尤其是西北地區地廣人稀，農田、草原面積大，中華鼢鼠和農舍鼠活動猖獗，給農業草原造成了很大損失。隨著科技發展，傳統的消滅方法已經逐漸朝生態學方向發展，需要一種更加科學、環保且有效的產品來實現驅鼠，對此，文章根據超聲波、電磁波以及音頻信號進行智能融合，以實現驅鼠目標[1]。

1 鼠類的生理特點

西北地區以褐家鼠、高原鼢鼠、中華鼢鼠、小家鼠、灰倉鼠為主要優勢鼠種，甘肅農田的鼠密度最高達12.4%，其中中華鼢鼠最高達24 只/hm2，農舍鼠密度最高達8.3%。中華鼢鼠主要取食于根莖、糧食作物，每天一般有3 個活動時 段，5：00 ～8：00、12：00 ～14：00、18：00 ～22：00，陰天全日活動，雨后活動較多；常晝夜活動，終生在地下生活，怕光、怕風、怕水、怕震，它們的聽覺系統非常發達，對超聲波特別敏感，25 000Hz ～50 000Hz 頻率的超聲波可使其神經系統紊亂，恐慌不安，食欲不振，逃離農田。

2 現有驅鼠方法

現有驅鼠方法有機械法、化學藥物法以及生物防治等。機械滅鼠法如鼠夾，但其滅鼠效率低，具有一次性，難以重復使用，而粘鼠板又不適用于大面積或害鼠密度高的情況。化學藥物法如老鼠藥，若老鼠藥誤落在菜園或田地里，植物便會將其吸收，人或家畜、家禽食用這些植物后，會對人、畜造成危害。生物防治法如電子捕鼠器，其超聲波頻率固定，驅鼠類型單一，鼠類容易識別。并且室內驅鼠產品較為豐富，通過多種方案均能達到驅鼠的效果，但室外的驅鼠產品少見，尤其是針對廣闊草原農田的產品驅鼠效果一般，并不能大面積、遠距離地有效驅鼠[2]。

3 基于AT89C51 的太陽能農田防盜智能驅鼠裝置設計原理

鑒于西北地區地廣人稀、太陽能資源豐富等自然條件，文章設計了一款太陽能農田草原防盜智能驅鼠裝置，產品實物如圖1 所示，該裝置體積小，由太陽能供給電能，AT89C51 單片機作為主控，可從多方面檢測老鼠的活動情況，并通過傳感器將信息反饋至單片機，根據不同鼠類的聽覺頻率自動篩選數據庫，通過計算發射出針對活動鼠類的可變頻超聲波和貓叫聲，主要是利用25 000Hz ～50 000Hz 頻率的超聲波干擾老鼠的神經系統，以此刺激和破壞老鼠的大腦、聽覺系統。

圖1 產品實物

4 基于AT89C51 的太陽能農田防盜智能驅鼠裝置設計

太陽能農田防盜智能驅鼠裝置采用模塊化設計理念，方便客戶對產品后期的維護和升級，且其成本較低，相對于市面上已有的電子驅鼠裝置，節約了50%。整個裝置由主控模塊、太陽能光伏板和蓄電池模塊、貓叫芯片、超聲波模塊、紅外傳感器和聲波傳感器組成。

4.1 電源模塊

該裝置應用在草原或者廣袤的農田，可選用太陽能光伏發電產生電能，通過MPPT 控制器給蓄電池充電，再由蓄電池給主控模塊以及貓叫芯片模塊供電，光照下產生的電壓電流通過降壓恒流電路給蓄電池充電，陽光照射1d 可為該裝置提供工作5d 的電能，夜間亦能正常工作，支撐驅鼠器的整體運作[3-4]。

4.2 超聲波模塊

為了節省電能，給超聲波模塊供電后，設計定時器讓超聲波模塊每10min 工作1 次，發出超聲波，達到驅鼠目的。超聲波模塊有2 個壓電晶片和1 個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發生共振，并帶動共振板振動，以產生超聲波。

4.3 主控模塊

主控模塊采用AT89C51 單片機，AT89C51 具有可靠性高、低電壓、速度快、實時性好、系統掉電后數據不丟失等優點，由太陽能光伏板通過蓄電池供給電能，采集紅外傳感器和聲波傳感器的信號數據，通過運算判斷控制貓叫芯片和超聲波模塊工作。系統原理框圖如圖2 所示。

圖2 系統原理框圖

4.4 紅外傳感器與貓叫芯片模塊

紅外傳感器由發送器、接收器、檢測電路三部分構成，其中，發送器不斷發出光照，接收器接收發送器所發射的光束并將其轉換為電信號，檢測電路用以檢測由接收器輸出的電信號，濾出有效信號發送給主控模板，如果老鼠在紅外傳感器感應范圍內，主控模塊控制語音貓叫芯片發出貓叫聲，直到老鼠離開后停止貓叫聲。

4.5 防盜模塊

該裝置是為了解決其他驅鼠產品不適于農田驅鼠而研制的，除了自動變換超聲波頻率、功率大，還設置了一套防盜系統。在廣闊的農田使用時難免會發生偷竊、人為破壞的情況，因此該裝置選用新型鋁材制成圓錐形的地埋件，下端用水泥澆筑，不會輕易地從農田中被拔出；除此之外，還設置了移位報警功能，當被該裝置移動時，會立即啟動報警功能，起到一定的警示作用[5]。

5 實施效果

在老鼠繁殖高峰期，即4 月至6 月，該裝置在某草原和玉米地分別進行了實驗，按0.067hm2地計算，老鼠破壞玉米面積下降30%，可提高經濟收益約168 元，老鼠破壞草原面積下降20%。實驗效果如圖3、圖4 所示。該裝置一次性安裝好后，系統自動運行，當滅鼠量達到一定數量時，系統將報警并把信息反饋至客戶，進行鼠類尸體清理；該裝置的電源部分具有自動向陽轉動功能，在白天可根據太陽的經緯度進行旋轉，保障最大能源供給，且其功率較小，蓄電池在連續陰雨天可提供5 個工作日的能量供給[6]。

6 結束語

為了更好地與市場對接，文章所研發的產品分為低端、中端和高端三個系列。低端產品采用傳感器作為檢測單位，超聲波頻率固定，功率較小，相對于其他產品，其功能簡單、成本低；中端產品采用了多種傳感器組合檢測，實現無死角驅鼠，并能根據鼠類的活動軌跡進行數據采集并記憶，不定時發出超聲波，起到節能的作用；高端產品采用了微型攝像機，能360°掃描周圍環境，通過圖像抓拍和數據處理，與儲存在數據庫中的各類鼠類基本信息進行有效對比分析，主控能根據此信息精準下達超聲波頻率指令，精準干擾鼠類的神經系統，并有效保護益蟲的正常活動。

圖3 老鼠破壞玉米面積

圖4 老鼠破壞草原面積