基于LED光源靶向驅蟲系統設計與開發

謝昊軒，徐微微，宋雪月，姚麗麗，安曉峰

（吉林工程技術師范學院信息工程學院，吉林長春，130052）

0 引言

食品安全與健康密切相關，病媒昆蟲攜帶多種病原微生物通過叮咬污染食物，影響食品安全和危害人類健康[1]。目前市場上主要有兩種防治方法：化學農藥法和物理防治法。化學農藥法涉及范圍廣，無法進行分類治理，不僅影響有益生物與昆蟲天敵，還會使有害生物產生抗性，同時有毒物質還會通過食物鏈進入到人體，對人體健康造成危害[2]。物理防治法分為微波防治、聲波防治和光防治幾種。微波防治和聲波防治周期長，見效緩慢，對生態系統破壞性大[3]。光防治方法中，絕大多數采用殺蟲燈，針對性差，無法定向驅蟲，依然影響生物多樣性[4]。而LED具有節能、壽命長、光效高、體積小等特點，并且光源本身不含鉛、汞等有害物質，無紅外線和紫外線，LED可見光光源不含有紫外線，對昆蟲不具有引誘性[5]。因此，我們提出了基于LED光源的智能靶向驅蟲燈，利用LED可見光光源對昆蟲的驅光性行為進行分析，設計開發不同波長和強度的LED光源，開展有針對性的害蟲驅逐，在食品安全中可發揮有力的保障作用，具有良好的應用前景。

1 控制系統硬件電路設計

本設計是一種基于ST89C52RC單片機控制的LED光源靶向驅蟲燈控制系統，LED光源靶向驅蟲燈控制系統硬件主要由單片機最小系統、電源電路模塊、獨立按鍵電路模塊、LED燈驅動模塊、光敏傳感器模塊組成，其總體方案設計結構如圖1所示。

圖1 總體方案設計結構圖

LED靶向驅蟲系統通過單片機驅動不同光色的LED發光，實現以不同的波長和強度變化驅逐害蟲。選用單片機STC89C52RC 為控制芯片，通過檢測光照等環境參數并輸出相應的控制信號，控制LED光源的開關實現LED光源的亮滅。當系統開始工作后完成初始化，STC89C52RC單片機通過P1端口控制LED燈的亮滅，根據前期實驗結果表明，白、黃、紅這三色LED光源對于害蟲的防治效果最好[6]，故 LED 光源由白、黃、紅這三色LED構成，且白色LED可兼作照明光源。白、黃、紅三種光色的LED各串聯一個電阻和滑動變阻器,滑動變阻器RV1–RV3起到調節LED亮暗的作用。

單片機外接數碼管和蜂鳴器，數碼管起到顯示倒計時時間，當倒計時時間結束后，蜂鳴器發出響聲，通過程序使單片機執行定時、計數等不同功能。光敏傳感器主要實現對周圍環境光照強度的探測，從而實現LED驅動電路用于驅動LED燈的亮滅，通過單片機最小系統將輸入的電源電壓進行變換，輸出恒定的直流電流，供給LED燈使用。獨立按鍵電路設置共設置4個電路，分別是控制光色選擇、閃爍頻率，以針對不同的害蟲選擇對應的光色選擇和閃爍頻率。通過三個獨立按鍵連接的滑動變阻器不同阻值變化實現控制LED燈的亮滅與強度，另一個獨立按鍵接在P3.5端口上，通過程序控制不同延時，達到控制LED燈的閃爍頻率。

2 控制系統軟件流程設計

根據硬件電路設計結構，各個模塊的功能需要與軟件電路設計相結合。本設計軟件部分采用keil C51編寫程序，主要程序包括光敏傳感器、獨立按鍵等程序構成,運行過程中通過主程序調用功能模塊進行軟件設計。軟件構圖采用proteus7.8進行仿真設計，人工控制獨立按鍵，使得LED燈的閃爍頻率進行不同頻率的改變。

系統軟件方案主要由初始化程序、光強度檢測程序、LED頻閃調整程序和計數程序等構成。電路上電啟動后，單片機進行初始化操作，電路控制系統進入工作狀態，該系統的工作流程圖如圖2所示。初始化時，LED燈先亮后滅，當背景光強度較弱時，LED燈不亮，通過子程序實現LED燈頻閃調整，使光強度達到預設值，LED燈點亮。

圖2 控制系統軟件流程圖

該控制系統通過單片機驅動不同顏色的LED燈，實現以不同的波長驅逐害蟲的目的。選用單片機ST89C52RC為控制芯片，檢測光照強度不同，滑動變阻器通過按鍵電路輸出相應的控制信號控制LED燈的燈光發生變化。

3 仿真調試與模擬

為了方便程序的調試，采用proteus7.8進行針對電路的仿真調試與模擬，3個獨立按鍵控制每種顏色LED燈的開關，P3.5引腳控制LED燈的閃爍頻率。當光敏傳感器檢測光強低于預設值時，總開關開啟，LED燈開始工作，數碼管開始倒計時，當時間清零時，蜂鳴器發出響聲，LED燈改變不同顏色，相反，光強大于預設值，LED燈不工作，其他元件不作響應。其仿真模擬設計框圖如圖3所示。

圖3 LED智能靶向驅蟲燈仿真模擬設計框圖

根據系統設計方案，本系統的調試分為兩部分，軟件調試和硬件調試。通過對電路的各模塊進行逐級調試，單片機最小系統的調試，最后將各模塊組合進行整體測試。

硬件調試中主要調試LED燈的光亮程度、蜂鳴器能否在LED燈開啟或關閉時作出響應、數碼顯示器顯示倒計時時間，以及LED燈的頻閃效果是否能夠實現。

軟件調試中采用仿真軟件Proteus7.8，通過keil將程序燒錄到單片機最小系統中運行，檢測keil編程語言中語法是否有誤，定時程序能否實現需求，以及程序在硬件上的可執行性。

仿真結果實現了通過光敏傳感器檢測不同的光照強度，實現控制LED亮滅，以及控制按鍵開關驅動LED燈發出不同的頻閃效果，調節滑動變阻器能夠實現控制LED燈發出不同的亮度，從而使LED燈產生不同頻率和強度，倒計時時間結束后，蜂鳴器發出響聲，LED燈改變不同顏色，從而通過控制LED燈的不同顏色，對昆蟲起到驅逐的作用。

4 結論

基于LED光源靶向驅蟲系統設計中使用了LED光源、單片機最小系統、獨立按鍵、光敏傳感器等部分元件，實現LED光源靶向驅蟲的作用，該設計節能、環保、能夠應用于家居、醫院、食品制造廠等等公共場所。通過單片機控波長、強度、頻率變化的LED可見光光源，從而達到驅逐特定害蟲的作用，防治害蟲針對性強，真正意義上實現了無污染有害昆蟲的定向驅逐，根據不同昆蟲對光強度敏感程度的不同，使得驅蟲更具有靈活性和高效率性。