茶刺蛾智能检杀系统设计

严谦捷　史杰函　钟远志　向诚

【摘 要】本文设计一种以触摸屏为控制端，以单片机为核心处理器，能适时地将各信息采集模块采集的文本信息传输至触摸屏，并能根据检测结果发出并发出语音预警、在触摸屏的控制下对茶刺蛾开展诱捕灯捕杀的一种智能型茶刺蛾在线检测与捕杀系统。该系统具有检测和捕杀效率高、节能环保等特点，有利于推广。

【关键词】茶刺蛾；无线WIFI；智能检测；音频识别；在线捕杀

0 前言

茶叶作为我国种植面积最广的经济农作物，是农民收入的一个重要来源。一直以来，对茶叶虫害的检测主要靠人眼来发现与判断，但这种方式不仅大大地降低了虫害的检测出率，毕竟只有在虫害大规模爆发时才能被人眼所发现；另一方面，当前对茶叶虫害的捕杀是依靠化学农药为主的害虫防治技术，农药对靶标害虫进行毒杀的同时，也加深了对食物链和生态系统的破坏，农药残留导致食物和环境的污染日益突出[1-2]。

由于，在所有茶叶虫害中茶刺蛾对茶叶的危害最大，为此，我们拟设计出一种绿色环保的虫害防治设备——茶叶虫害（茶刺蛾）智能检测与捕杀系统，该系统不仅能够解决传统测报工作劳动力大、效率低的问题，而且节能环保。

1 系统方案设计

针对当前茶叶虫害的检测与捕杀主要依靠肉眼查看和农药喷洒来实现这一现状，本文设计一种绿色环保的茶叶虫害智能检测与捕杀系统。该系统以stm32为核心，以彩色触摸屏为控制端和显示端。系统通过音频检测手段对茶叶虫害进行实时在线探测，并把探测信息上传至触摸屏控制端，以便实时查看和后续分析。当系统探测到的虫害时，报警器及时预警，并通过触摸屏发出捕杀指令，驱动诱捕灯等对害虫进行在线捕杀。

基于以上的研究需求，确立了如图1所示的系统结构框图。

图1 茶刺蛾检杀系统结构框图

2 系统硬件设计

该探测车的硬件主要由电源模块、MCU控制器模块、音频检测模块、语音模块、触摸屏、诱捕灯及手机控制端构成。

2.1 电源电路

电源模块给整个系统供电，采用太和外接电源混合供电方式，一是，通过220V AC电源经过12V充电器，给12V锂电池充電；二是，由太阳能供电。

由于本系统需要驱动较多，本设计中对于不同的负载，供电电压的会有所不同，为防止相互干扰，将分开供电[3]，并且需要加大容量的滤波电容以及必要的电感等储能元件。对控制器等集成电路的供电选用了LM7805三端稳压管；对传感器检测模块的供电选用了LM2596开关型降压稳压管。

2.2 控制器电路

控制器模块上连无线路由，下接各检测电路，是系统控制与数据处理的核心。本文选取STM32作为主控芯片，STM32内置EEPROM和A/D转换器，无需外加A/D转换芯片和数据存储芯片。其内部有4路PWM、8路高速10位A/D转换，同时还集成了MAX810专用复位电路、能适用电机控制、强干扰场合的电路设计。控制器电路设计如图2所示。

图2 控制器电路设计

2.3 触摸屏

触摸屏采用DV-2T的5吋彩色触摸屏，上设计有UI操作界面，用来显示传感器采集的文本信息和控制控制器的工作，实现良好的人机对话。

2.4 音频识别电路

本文采用LM567鉴频芯片来对害虫进行音频频率的识别，当外界音源频率的输入和电路设定频率相同时，芯片输出低电平信号，其他音频频率予以滤除。声源从Mic输入，一路经Q2、R50、R44、R45组成的共射级放大电路后输入LM386的IN+用于选频，调节R44即可改变选频频率，音频经LM567处理后从VOUT端输出至主单片机P1^3，R54、C45用于滤除高频噪声。一路经Q5、Q3逐步放大后输入NE555的TRLG，将电平信号转化为脉冲输出，用于数字信号处理，本文采用直接低电平触发。

3.6 语音提示电路

语音提示设计采用ISD1820语音模块，ISD1820芯片采用CMOS技术，内含振荡器，话筒前置放大，自动增益控制，防混淆滤波器及FLASH阵列等。该模块支持10秒语音录放，通过设置可进入循环播放工作模式，工作电压3-5V，其电路设计如图3所示。

2.7 诱捕灯

为降低喷洒农药等防治虫害给食品带来安全隐患和环境污染等问题，本文选用诱捕灯来对茶刺蛾开展在线捕杀。诱捕灯选用常用户外果园诱虫灯便可，其电路设计如图4所示。该诱捕方式具有无毒素残留，结构简单，成本低廉等特点，从而在降低环境污染的同时，维持茶叶原有的品质。

3 系统软件设计

软件设计作为茶刺蛾智能检测与捕杀系统设计的重要组成部分较为复杂，包括触摸屏UI操作软件设计、基于单片机的软件设计、传感器 A/D转换软件设计等，现就这些软件设计说明如下。

3.1 软件总体设计概况

正如上述所说，系统的软件设计根据其要实现的功能要分成较多模块。其中，触摸屏控制端控制开关诱捕灯、显示检测系统信息等； 单片机软件通过接收来自触摸屏的命令，执行相应操作。

3.2 单片机工作软件

茶刺蛾检测与捕杀系统以单片机作为核心，与其它各个功能模块进行数据信息交换以及操作驱动控制。通过编写单片机程序，以达到控制各个功能模块的作用。如图五所示为未考虑中断情况下单片软件设计的一个简单整体流程。

4 结论

经过对整个系统的调试与性能测试，该智能检测与捕杀系统稳定性良好、人机交互式操作操控的灵敏度高，获取的实时数据准确，检测茶刺蛾参数误报率低，系统设计如图六所示。经实验验证，对单位容积内的茶刺蛾捕杀率保持在90%以上，其各项技术指标符合设计要求。

【参考文献】

[1]黄安平，包小村.茶刺蛾及其防治研究进展[J].湖南农业科学，2009（9）：84-86.

[2]刘三林.茶奕刺蛾生物学特性及防治[J].湖南林业科技，2001（1）：26-28.

[3]向诚，谢峰粹.基于WiFi和Android的智能探测车设计[J].电子技术应用，2013（12）：82-85.

[责任编辑：朱丽娜]