新能源賦能型沙棘鳥害監測與智能防護系統研發

摘要：隨著沙棘營養以及多種功效的揭秘，全球種植沙棘的個人和企業數量明顯增加。但與此同時，果農在種植過程中需要花費大量的時間和精力來防止鳥害，例如，敲打金屬盆底、語音驅鳥、綁彩帶等，但效果都不明顯。國際上，驅鳥方式多種方法，且向綜合、生態方向發展，我國驅鳥裝置的研發雖然起步晚但發展快，現有驅鳥方式仍存在諸多問題。為此，研發了智能驅鳥系統，該系統包括若干驅鳥裝置及遠程終端，驅鳥裝置含激光模組、雙電源供電模塊等，是一款可以利用太陽能發電，驅動語音播放器和激光模組協同驅鳥的新型綜合裝置。該系統電路原理明確，其應用前景廣闊，可在世界多地沙棘種植區推廣。

關鍵詞：沙棘；鳥害；智能防護

被譽為“長壽果”的沙棘，富含200多種微量元素和活性物質，相關產品有保健品、護膚品、果醬、飲料和沙棘果油等。沙棘的果實可以入藥，具有活血化瘀、止咳化痰的功效，可以提高血清中補體水平，增強巨噬細胞的吞噬功能，是一種保健佳品[1]，因此，備受大眾青睞。世界沙棘林總面積240.33萬hm2，主要分布于歐亞大陸，沙棘鮮果當年總產量約為1 070萬t，其中，鳥害損失達310萬t。我國是目前世界上種植沙棘面積最大的國家，總面積達200萬hm2，約占世界的90%以上，主要種植地位于內蒙古、山西、甘肅等省區。而在蒙古國、俄羅斯和哈薩克斯坦等國家，因為惡劣的氣候和殘酷的生態環境，沙棘成為最適合種植的樹種。再加上沙棘系列產品具有非常可觀的經濟價值，所以，在這些地區種植沙棘具有廣闊前景。

沙棘的生長包括幼苗期、掛果期、旺果期和衰果期等四個階段。從掛果到最后的采摘近6個月的時間里，麻雀、烏鴉和喜鵲等鳥類會時常光臨破壞沙棘果。特別是沙棘果成熟階段散發出獨特的香味，口感香甜，更是擋不住鳥類的覓食。以蒙古國為例，從萌芽到成熟期每年被麻雀、烏鴉等鳥類吃掉或破壞的沙棘果約占40%，導致當地果農的收入并不可觀，沙棘種植面積也沒有明顯增高，如圖1所示。

1 國內外沙棘果鳥害防控現狀

近年來，人們針對鳥類生活習性及聽覺、視覺特點研制出一系列驅鳥裝置[2]。國際上采用的驅鳥方式有語音驅鳥、視覺驅鳥、超聲波驅鳥、生物驅鳥、猛禽驅鳥和無人機驅鳥等多種。根據應用場合不同、成本不同其選擇的方式也有所不同。驅鳥不再采用獵殺等手段，逐漸向綜合驅鳥和生態驅鳥方向發展，也涌現了很多新的驅鳥方式。美國科學家已經證明激光反射的驅鳥方式在農作物保護方面切實可行，并且已經開發了用于驅趕鳥類的新激光技術。它是一種新興技術，目前在美國、德國等國家的農業領域有所應用。

蒙古國、俄羅斯和哈薩克斯坦等國家的驅鳥方式還比較傳統，多采用立稻草人、敲打金屬盆底、猛禽驅趕等，效果不顯著。

我國作為沙棘種植的大國，雖然驅鳥裝置的研發起步比較晚，但發展很快。語音驅鳥從早期的簡單噪聲、單音向多語音驅鳥模式轉變，還利用太陽光、生物制劑和超聲波等使鳥類遠離保護區域。目前，在沙棘種植中應用比較廣的驅鳥方式為鋪設驅鳥網、聲音驅鳥和超聲波驅鳥等。驅鳥網價格低廉，驅鳥效果較好，深受果農的歡迎，但沙棘樹屬于落葉灌木，刺非常多，用完摘的時候比較麻煩，容易將沙棘果帶下，并且網的纖維易進入土壤中會對其造成二次污染。而后兩種普遍存在鳥類易適應、有工作難度要求和成本高等問題。因此，急需研發一種適合中外沙棘種植環境的智能驅鳥系統。

2 智能驅鳥系統結構

2.1 總體設計

本系統包括若干驅鳥裝置，每個驅鳥裝置包括激光模組、雙電源供電模塊、微控制模塊、定時模塊、驅動模塊、第一無線通信模塊和語音播放模塊，微控制模塊分別與激光模組、定時模塊、驅動模塊和語音播放模塊電連接，雙電源供電模塊與微控制模塊電連接。還包括與微控制模塊進行無線通信的遠程終端，遠程終端又包括輸入模塊、第二無線通信模塊和顯示模塊，而第二無線通信模塊與第一無線通信模塊通信連接，如圖2所示。

如圖3所示，智能驅鳥系統采用一種雙電源供電模塊，該雙電源供電模塊用于為驅鳥裝置各個模塊提供所需電源電壓。雙電源供電模塊包括太陽能供電模塊、市電供電模塊、電源切換模塊和蓄電池。

通過在微控制模塊內設置參數，在微控制模塊內設置可充電電池最低值，當白天光線充足時，太陽能供電模塊為蓄電池充電，當太陽能光線不足時微控制模塊控制電源切換模塊停止太陽能對蓄電池充電，轉換為市電供電模塊工作，當市電供電模塊通過市電進行供電，從而實現市電與太陽能共同對驅鳥裝置進行供電，當白天太陽光充足時，太陽能供電模塊達到環保節能的目的。

2.2 核心部件

驅鳥裝置包括激光模組、雙電源供電模塊、微控制模塊、定時模塊、驅動模塊、第一無線通信模塊、語音播放模塊和監視模塊等，其核心部件如圖4所示。

激光模組用于發出激光刺激鳥類，激光模組的輸入端與微控制模塊的輸出端電連接。激光模組采用垂直可伸縮軸式激光模組，可根據需要進行調整激光模組的高度，且激光模組頭部設有滿天星和防水罩，激光燈位于軸的最高點。滿天星由兩片光柵組成，實現無死角輻射，射程較遠。激光采用波長為520 nm的綠色激光，該綠色激光為鳥類最敏感的波長，以實現較好的驅鳥效果，同時防水防潮，性能可靠。

語音播放模塊用于通過語音方式驅鳥，語音播放模塊包括語音芯片和揚聲器，語音芯片和揚聲器電連接。通過在語音芯片內存儲鳥類驚恐的語音庫，微控制模塊控制語音芯片進而控制揚聲器發出鳥類驚恐的語音，實現語音驅鳥。

微控制模塊用于控制定時模塊、激光模組、第一無線通信模塊、語音播放模塊和監視模塊工作。包括控制器，控制器設置在垂直軸頂端娃往下20 cm處。

定時模塊用于設定間隔時長，定時模塊與微控制模塊電連接。包括定時器。通過定時器可設置激光模組和語音播放模塊的間隔時長，以便達到較好的驅鳥效果。

驅動模塊用于驅動激光模組工作，驅動模塊的輸入端與微控制模塊的輸出端電連接。包括電機，通過電機驅動激光模組工作。

監視模塊用于監視鳥類，再通過微控制模塊控制激光模組工作發出激光。同時，微控制模塊控制語音播放模塊發出鳥類驚恐的語音叫聲，給予鳥類視覺和聽覺上共同刺激，達到驅鳥的目的。

太陽能供電模塊包括太陽能光伏板和太陽能管理模塊，太陽能光伏板通過太陽能管理模塊為蓄電池充電。太陽能光伏板設置在控制器下方20 cm處，便于收集太陽能。

市電供電模塊包括市電電源和整流穩壓模塊，市電電源和整流穩壓模塊電連接，整流穩壓模塊與蓄電池充電。蓄電池包括可充電電池組。

通過太陽能和市電雙電源共同為驅鳥裝置供電，不僅彌補了太陽光光線不足時不足以供電的問題，還解決了在偏遠地區市電供電不方便的問題，同時還節省了資源，達到了環保的目的。

第一無線通信模塊和第二無線通信模塊均包括GPRS無線通信模塊、紅外模塊和Wi-Fi無線通信模塊。通過第一無線通信模塊和第二無線通信模塊之間通信，實現了驅鳥裝置和遠程終端之間的通信。

2.3 電路原理

如圖5所示，包括市電供電模塊、驅動模塊和激光模組，市電供電模塊為驅動模塊提供電源，驅動模塊驅動激光模組發射激光。

3 應用前景

天然沙棘主要分布在歐亞大陸溫帶氣候區的45個國家，后經人工引種到亞洲的朝鮮，北美洲的加拿大，南美洲的秘魯、玻利維亞和非洲的南非等地。俄羅斯、其他歐洲國家、中亞等地區沙棘種植面積都很廣，有著很好的推廣應用條件。并且我國在沙棘種植領域應用綜合驅鳥的方式比較少，該裝置也能為我國智能驅鳥方式的開發提供堅實的理論和實踐基礎。后續還可以被推廣應用于農業，機場，加油站和高壓線路等多個領域的驅鳥。

參考文獻

[1] 曹玉輝.最完美的植物——沙棘[J].中國食品，2024（23）：127.

[2] 袁佳煒，谷芳.驅鳥裝置的種類及應用分析[J].科技與創新，2019（12）：154-155.