專利名稱：一種農作物危害動物的聲防系統結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種農田危害動物聲防系統結構，尤其涉及一種基于無線傳感器網絡 的典型農田危害動物數字化聲防系統結構。本發明根據仿生學原理而建立，用農作物危害 動物的天敵捕捉獵物時發出的叫聲來驅趕以啃咬農作物果實的危害動物，嘗試以無污染方 式和技術手段解決對農作物典型危害動物的防治問題。
背景技術：
農業是國民經濟的命脈。農作物危害動物在農田中的肆虐和泛濫，導致農作物減 產和農產品價值損失嚴重。傳統的應對方法，有的耗費大量人力物力，但收效很小；有的甚 至嚴重污染環境(包括地下水、土壤、農作物果實)，造成長期的負面效應。目前常用的農作物危害動物防治方法分為利用化學產品、動物驅趕器及動物恐嚇 裝置兩類。利用化學藥品防治農作物危害動物，不但污染環境，而且不利于對野生動物的保 護(不少農作物有害動物，既吃糧食，也吃危害農作物甚至人類、牲畜等的昆蟲)。 目前已有的農田動物驅趕器和動物恐嚇裝置，大多針對鳥類和鼠類，主要有超聲驅趕、 視覺恐嚇、氣味驅趕和防棲息等產品。例如，實用新型專利“太陽能驅鳥器”(申請號 200720121501.0)涉及一種由殼體、太陽能接收器部件、電路控制板、電池盒與蜂鳴器構成 一種利用太陽能的驅鳥器，太陽能接收器部件固定連接在殼體頂部，電路控制板與電池盒 安裝在殼體內空間中，太陽能接收器部件、電路控制板、蜂鳴器、電池盒電連接。驅鳥器利 用聲波驅趕鳥類，對鳥類無傷害，且利用太陽能提供能源，不污染環境，安裝方便，不用拉電 線，適合于任何地區，任何場合。該裝置只針對鳥類，對其他危害農田動物的驅趕作用就不 明顯，且時間一長，農田中的鳥類對它所發出的聲音逐漸有所適應，其驅趕作用也會有所減 弱。現有農田危害動物驅趕工具或裝置的主要缺點是不靈活，單個產品有效覆蓋面積 小，針對的危害動物種類單一，控制方案過于簡單，很快被所防危害動物習慣而失去功效 等。到目前為止，市場上尚未見靈活、有效的農田危害動物數字化聲防產品。
發明內容
本發明克服了現有技術的不足，提供了一種農田危害動物靈活、有效的驅趕裝置 的結構。本發明的技術方案是，一種農作物危害動物的聲防系統，其特征在于，是一種基于 無線傳感器網絡和執行器網絡的農作物危害動物的聲防系統，含有總控制器、無線傳感器 網絡和執行器網絡，其中總控制器，含有計算機、環境傳感器及其信號調理電路、無線通信電路以及電源， 其中；計算機，設有人及交互界面，用于設置聲防方案、查詢所述聲防系統的狀態和顯示聲防控制方案；環境信息傳感器及其信號調理電路，所述環境信息傳感器由集成的光照傳感器、 集成的濕度傳感器和集成的溫度傳感器組成，所述信號調理電路是一個電壓變換電路，輸 入端與所述各環境傳感器的輸出端相連，輸出端與所述計算機的A/D輸入端相連；第一無線通信模塊由連接著存儲器的微處理器MCU、以及和該微處理器連接的無 線收發器組成，接受控制信號以實現所述總控制器與所述各執行器節點之間的無線通信；電源，是一個“太陽能-蓄電池”組合電源，含有太陽能極板、太陽能控制器和蓄 電池，其中太陽能極板輸出端與所述太陽能控制器輸入端相連；太陽能控制器，是一個充放電電壓控制器，與所述蓄電池互聯，該太陽能控制器設 有12V電源輸出端，向所述計算機、無線通信模塊和信號調理電路供電；無線傳感器網絡由多個分布在農田的熱釋電無線傳感器節點組成，每一個所述熱 釋電無線傳感器節點由四個集成熱釋電紅外探測組件、一個無線通信模塊和一個電池構 成，所述各傳感器的輸出端與各自對應的所述無線傳感器用的第二無線通信模塊的輸入端 相連，所述各集成熱釋電紅外探測組件、各無線傳感器用的第二通信模塊均由所述電源供 電；執行器網絡，由多個分布在農田的執行器節點組成，所述每一個執行器節點由電 源、第三無線通信模塊、聲音播放控制電路、音頻功率放大器以及揚聲器構成，其中電源，是一組獨立的“太陽能-蓄電池”組合電源；第三無線通信模塊，無線接收由所述第一無線通信模塊發出的控制信號，并由所 述獨立的“太陽能-蓄電池”組合電源上的12V輸出端供電；聲音播放控制電路，與所述第三無線通信模塊的輸出端互連，所述聲音播放控制 電路中存儲有農作物危害動物天敵的語音信息，根據從所述第三無線通信模塊輸入的控制 信號，選擇對應的農作物危害動物天敵的語音輸出到連接在該聲音播放控制電路輸出端上 的音頻功率放大器；音頻功率放大器，經過功率放大后的語音信號輸出到所述揚聲器中，以發出所述 農作物危害動物天敵的語音，驅趕所述危害動物；所述聲音播放控制電路和音頻功率放大器均由所述一組獨立的“太陽能-蓄電 池”組合電源的12V輸出端經逆變器、變壓器供電。所述各熱釋電無線傳感器節點中的各熱釋電紅外檢測組件安裝在一個箱體的四 周，實現全周向檢測，而所述箱體安裝在一個高度可隨農作物的生長高度而調節的支架上。
圖1總控制器結構連接關系示意2應用于總控制器的“太陽能_蓄電池”組合電源系統一個實施例的連接關系 示意3執行器節點結構連接關系示意4應用于執行器節點的“太陽能-蓄電池”組合電源系統一個實施例的連接關 系示意圖
圖5無線通信模塊的一個實施例的結構連接關系示意6熱釋電無線傳感器節點結構連接關系示意圖。圖7傳感器節點的一個實施例的組裝結構示意圖。其中，101是紅外探頭；102為天 線；103是電池、信號調理電路和無線收發功能電路；104為箱體；105是支架高度調節閥； 106表示支架；107為底座。圖8執行器節點的一個實施例的組裝結構示意圖。其中，201為太陽能電池板；202 是支架；203為支架高度調節閥；204是全周向揚聲器；205是天線；206為聲音播放電路、功 放電路和無線收發功能電路；207為蓄電池和充放電控制電路；208是箱體；209為底座。圖9總控制器組裝結構的一個實施例示意圖。其中，301是太陽能電池板；302為 支架；303是支架高度調節閥；304為觸摸顯示屏；305為ARM板；306是天線；307為箱體； 308是穩壓電路和無線收發功能電路；309為蓄電池和充放電控制功能電路；310是底座。圖10本發明農田布置示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例對本發明作進一步的描述在圖1的總控制器的連接關系示意圖中，計算機是總控制器的核心部件。通過該 計算機上連接的人機交互界面，人們可以方便地對整個聲防系統狀態的查詢和聲防方案的 制定；在該計算機上還連接有環境傳感器及其調理電路、無線通信模塊，環境傳感器及其調 理電路完成周圍環境的采集，無線通信模塊實現總控制器與執行器節點、傳感器節點之間 的信息交換；計算機、無線通信模塊、環境傳感器及其信號調理電路由電源模塊供電。所述 總控制器的一個實施例為，計算機采用ARM 9系列開發板，連接該開發板上的環境傳感器 和環境傳感器的信號調理電路；環境傳感器采用集成的光照傳感器、溫度傳感器和濕度傳 感器，其調理電路為通過電阻分壓，將信號電壓變換到0-1. 2V范圍內，供ARM 9開發板的A/ D輸入端口采集。總控制器電源為“太陽能_蓄電池”組合電源系統，圖2為所述“太陽能_蓄電池” 組合電源系統的一個實施例。在本實施例中，采用40W太陽能極板將太陽光轉化成電能，輸 入連接到所述太陽能極板上的太陽能控制器。實施例中的太陽能控制器可防止蓄電池過充 電和過放電、延長蓄電池使用壽命，太陽能控制器上還連接有鉛蓄電池，并提供一個12V的 直流電源輸出口，太陽能控制器的容量為12V/10A，鉛蓄電池的容量為12V/38AH。如圖3所示的執行器節點結構連接關系示意圖，其中核心部件為聲音播放控制電 路，該聲音播放控制電路上連接有無線通信模塊和音頻功率放大器。聲音播放控制電路中 存儲有農田危害動物天地的語音庫，通過連接在該聲音播放控制電路上的無線通信模塊獲 取聲音的播放控制信息，聲音播放控制電路的音頻信號輸出到其上連接的音頻功率放大 器，音頻功率放大器將能量放大后的音頻信號輸入到其上連接的揚聲器。在本實施例中，聲 音播放控制電路為通用MP4音頻開發板，該開發板上通過其自帶的串口與無線通信模塊完 成控制信號的交換，采用的音頻功率功率放大器為型號為Lml876，采用的揚聲器為迪士普 30W雙揚聲器(室外型)。為所述執行器節點供電的電源模塊為“太陽能_蓄電池”組合電源系統，圖4所示 為應用于執行器節點的“太陽能-蓄電池”組合電源系統一個實施例的連接關系示意圖，太陽能極板的功率為30W ；蓄電池為鉛蓄電池，容量為12V/38AH ；直流12V由太陽能控制器輸 出端輸出，給無線通信模塊和聲音播放控制電路供電；通過直流12V輸出端上連接的逆變 器變為交流220V，并通過該逆變器上連接的18V雙變壓器轉化成交流士 18V，為音頻功率放 大器和揚聲器供電。圖5所示為無線通信模塊的一個實施例的結構連接關系示意圖。處理器、存儲器 等組成數據處理和控制單元，數據處理與控制單元提供傳感器信號的輸入端口、控制信號 的輸入與輸出端口，無線通信模塊輸入與輸出端口為一個串口和一個A/D輸入口，在圖6 所示的熱釋電無線傳感器節點連接結構實施例中，無線通信模塊的輸入為熱釋電傳感器信 號，在圖1所示的總控制器結構連接關系中，無線通信模塊通過串口完成與總控制器中計 算機之間控制信號的交換；在圖3所示的執行器節點的結構連接關系中，無線通信模塊通 過串口完成與聲音播放控制電路之間控制信號的交換。圖6所示為熱釋電無線傳感器節點連接關系示意圖。本實施例中，熱釋電紅外檢 測組件采用市場上常見的集成熱釋電紅外傳感器，該集成的熱釋電紅外傳感器已將其上的 菲涅爾透鏡所感應到的信號整理并輸出為電平信號，即，當危害動物被熱釋電傳感器感應 到時，集成熱釋電紅外檢測組件輸出一個高電平，否則，熱釋電紅外檢測組件輸出為低電 平。本實施例中，熱釋電紅外檢測組件輸出端連接到無線通信模塊的A/D端口。圖7傳感器節點組裝結構的一個實施例示意圖。它的支撐機構為箱體104、支架 106、底座107。支架高度調節閥105保證支架可根據農田中具體農作物種類及生長狀況進 行高度調整，調節范圍在1米 1. 5米之間。箱體104內裝設有主要功能電路模塊及器件。 除上、下表面外，箱體104的四周都在中間位置開有直徑20毫米的圓孔，圓孔處裝設熱釋電 紅外探頭101，即每個熱釋電紅外傳感器節點都裝設有4個熱釋電紅外探頭，以確保能做到 全周向探測。在箱體104內，固定有電池、無線收發功能電路模塊103。電池負責向熱釋電 紅外傳感器和無線通訊模塊等供電；無線模塊通過天線102與其他傳感器節點進行通信。圖8為執行器節點組裝結構的一個實施例示意圖。它的支撐機構與熱釋電紅外無 線傳感器節點的類似，支架202上部固定有太陽能極板201、揚聲器204和箱體208，其底座 209安裝在地面。支架的高度可通過調節閥203調節，調節范圍在1米 1.5米之間。太陽 能極板201的傾斜角可調，功率為35瓦。揚聲器204為戶外型全周向揚聲器，其功率為40 瓦。箱體208底端裝設有蓄電池和充放電控制功能電路模塊207，蓄電池的容量為38A H。 箱體208的上部裝設聲音播放控制電路、音頻功率放大器和無線通訊模塊206。聲音播放控 制電路中存儲有多種農作物危害動物的天敵的叫聲，并能將它們以信號的形式播放出來； 音頻功率放大器將聲音播放電路的信號放大并輸送給揚聲器204 ；無線通信模塊通過天線 205完成與其他執行器節點間的通信。圖9為總控制器組裝結構的一個實施例示意圖。它的支撐機構與執行器節點的類 似，由支架302、支架高度調節閥303、底座310和箱體307組成。太陽能極板301固定在支 架302上端，其傾斜角可以調節。箱體307固定在支架302上，分為上、下兩個部分。下部 裝設蓄電池和充放電控制電路309、穩壓電路和無線收發功能電路模塊308 ；上部裝設ARM 板305和觸摸顯示屏304。其中，穩壓電路負責將蓄電池供電端電壓調整為可供ARM板305 使用的電壓；無線收發功能電路通過天線306與執行器節點、傳感器接點進行通信。ARM板 305內存儲有農作物危害動物聲防決策系統；觸摸顯示屏304提供人機交互接口，為人們操控本系統使用。 圖10為本系統的農田布置示意圖。其中，第三層由大量的熱釋電紅外傳感器節 點組成，負責對危害動物的探測，第二層由若干個執行器組成，第一層為總控制器，應用中， 一般只需一個。在本實施例中，每個熱釋電紅外傳感器節點的探測半徑為10米，均能做到 全周向探測；每個執行器節點的控制范圍約為6000平方米，在每個執行器節點周圍布設約 20-30個熱釋電紅外傳感器節點；總控制器布置于管理者比較容易達到的地方。
權利要求
一種農作物危害動物的聲防系統，其特征在于，是一種基于無線傳感器網絡和執行器網絡的農作物危害動物的聲防系統，含有總控制器、無線傳感器網絡和執行器網絡，其中總控制器，含有計算機、環境傳感器及其信號調理電路、無線通信電路以及電源，其中計算機，設有人機交互界面，用于設置聲防方案、查詢所述聲防系統的狀態和顯示聲防控制方案；環境信息傳感器及其信號調理電路，所述環境信息傳感器由集成的光照傳感器、集成的濕度傳感器和集成的溫度傳感器組成，所述信號調理電路是一個電壓變換電路，輸入端與所述各環境傳感器的輸出端相連，輸出端與所述計算機的A/D輸入端相連；第一無線通信模塊由連接著存儲器的微處理器MCU、以及和該微處理器連接的無線收發器組成，接受控制信號以實現所述總控制器與所述各執行器節點之間的無線通信；電源，是一個“太陽能-蓄電池”組合電源，含有太陽能極板、太陽能控制器和蓄電池，其中太陽能極板輸出端與所述太陽能控制器輸入端相連；太陽能控制器，是一個充放電電壓控制器，與所述蓄電池互聯，該太陽能控制器設有12V電源輸出端，向所述計算機、無線通信模塊和信號調理電路供電；無線傳感器網絡由多個分布在農田的熱釋電無線傳感器節點組成，每一個所述熱釋電無線傳感器節點由四個集成熱釋電紅外探測組件、一個無線通信模塊和一個電池構成，所述各傳感器的輸出端與各自對應的所述無線傳感器用的第二無線通信模塊的輸入端相連，所述各集成熱釋電紅外探測組件、各無線傳感器用的第二通信模塊均由所述電池供電；執行器網絡，由多個分布在農田的執行器節點組成，所述每一個執行器節點由電源、第三無線通信模塊、聲音播放控制電路、音頻功率放大器以及揚聲器構成，其中電源，是一組獨立的“太陽能-蓄電池”組合電源；第三無線通信模塊，無線接收由所述第一無線通信模塊發出的控制信號，并由所述獨立的“太陽能-蓄電池”組合電源上的12V輸出端供電；聲音播放控制電路，與所述第三無線通信模塊的輸出端互連，所述聲音播放控制電路中存儲有農作物危害動物天敵的語音信息，根據從所述第三無線通信模塊輸入的控制信號，選擇對應的農作物危害動物天敵的語音輸出到連接在該聲音播放控制電路輸出端上的音頻功率放大器；音頻功率放大器，經過功率放大后的語音信號輸出到所述揚聲器中，以發出所述農作物危害動物天敵的語音，驅趕所述危害動物；所述聲音播放控制電路和音頻功率放大器均由所述一組獨立的“太陽能-蓄電池”組合電源的12V輸出端經逆變器、變壓器供電。
2.根據權利要求1所述的一種農作物危害動物的聲防系統，其特征在于，所述各熱釋 電無線傳感器節點中的各熱釋電紅外檢測組件安裝在一個箱體的四周，實現全周向檢測， 而所述箱體安裝在一個高度可隨農作物的生長高度而調節的支架上。
全文摘要
本發明涉及一種農作物危害動物聲防系統結構，尤其涉及一種基于無線傳感器網絡的典型農田危害動物數字化聲防系統結構，其特征在于，該系統由總控制器、執行器節點和熱釋電無線傳感器節點組成。整個系統由三層金字塔式拓撲結構組成。它的第三層即底層，是由熱釋電無線傳感器節點自組織成的熱釋電無線傳感器網絡，負責探測危害動物存在；第二層為執行器節點自組織成的執行器網絡，負責發出危害動物對應天敵的叫聲；第一層是總控制器，負責監控整個網絡的運行。執行器節點和總控制器均采用“太陽能-蓄電池”電源子系統供電。整個數字化聲防系統結構靈活，使用方便，能較好解決對農作物典型危害動物的無污染驅趕防治問題。
文檔編號A01M29/02GK101874482SQ200910237618
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月13日 優先權日2009年11月13日
發明者崔愛芳, 張新榮, 張 林, 徐保國, 楊靖, 董甲瑞, 藺通, 趙偉, 郭建全, 黃松嶺, 黃翀鵬 申請人:清華大學;江南大學