一种基于单片机的智能型多波段LED诱杀虫系统设计

摘要 为开发低成本的无公害灭虫技术，设计了一种基于单片机的智能型多波段LED诱杀虫系统。文中给出了单片机主控电路原理图的引脚连接。设计了系统软件，给出了主要程序流程图，并对单片机进行了软硬件测试，结果表明系统实现了相应功能。

种植农作物或多或少都要受到虫害威胁，目前多数农户都采用喷洒农药的方式进行防治，化学农药在一定时期内能有效地控制农业害虫的危害，但同时也会使土壤和农产品中的农药残留超标，直接威胁人类健康。根据趋光性害虫敏感波长的不同，应用特定波长的光源进行诱杀，是一种物理防治措施。本文设计一种智能型多波段太阳能LED诱杀虫系统，该系统采用太阳能电池作为电源、高压电网作为杀虫手段，通过单片机对系统进行定时、频闪、温度及湿度检测和高压调节等智能控制，达到诱杀害虫的目的。该系统具有能源自给、节能环保、使用寿命长等特点，适合在农林行业的害虫防治。

1 多波段LED杀虫灯的硬件设计

多波段LED杀虫灯系统电路由太阳能电源、高压电网、多波段LED光源和单片机主控电路等部分组成，其单片机主控电路原理如图1所示。

1.1 LED光源选择

LED发光二极管具有节能、光效高、体积小、高频率闪烁不易损坏等特点，适合作为诱杀昆虫的光源。不同种类昆虫的趋光性也不同，与人类的可见光区相比，昆虫的可见光区更偏向于短波段，只有少数蝶类对红色灯光敏感。因此文中选用白色、紫色、蓝色和绿色4种颜色的LED等作为本系统的LED光源。每组LED光源由20个不同颜色的灯组成，共两组，每1 s两组灯轮流闪烁，加强了对害虫的吸引能力。LED灯采用大功率驱动芯片ULN2003驱动，并按照一定时间间隔，实现“4色频闪”。

1.2 系统电源

太阳能供电系统由10 W太阳能板、12 V7AH免维护铅酸蓄电池、太阳能10 A控制器组成。其中太阳能电池采用单晶硅材料，由钢化玻璃以及防水树脂进行封装，效率最高可达24%，太阳能控制器控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。从蓄电池输出12 V直流电压，利用LM317可调稳压芯片及外围电路，将12 V电压调至5 V，供给单片机控制系统。

1.3 主控电路

系统由单片机实现智能控制，单片机选择STC公司的STC12C5A60S2作为主控芯片，配以DS1302时钟芯片使得计时更加可靠准确。下载模块由MAX232构成，利用RS232接口，通过TXD、RXD端口及信号接地3个点与计算机相连，将控制程序下载到单片机中从而实现控制功能。温湿度控制选用DHT11数字温湿度传感器，将温度湿度集合在一个芯片上进行采集，且无需数模转换和滤波模块，使得系统更加简洁、快速且稳定性更高。再利用光敏电阻，通过对光照强度、温度、湿度3个信息的采集与分析，确定系统启动与关闭条件。通过7个硅NPN达林顿管组成的ULN2003驱动器对5种波段范围的LED诱虫灯板和继电器实现驱动。实时温湿度和时间信息通过12864LCD液晶屏显示出来。

1.4 逆变电路及高压模块

利用单片机通过ULN2003对继电器进行控制和驱动，经过由NE555芯片组成的占空比为50%的多谐振荡电路，将5 V的直流信号逆变为方波信号，经变压器升压，达到700 V的高压，通过对一个1μF的电容不断地充放电，当害虫扑到电网上时，将会接通回路，使电路中电容中放电，达到捕杀害虫的效果。具体高压实现电路如图2所示。

如图2所示，增加了两个引导二极管，当该芯片内部放电管了截止时，电源通过Ra，D1对电容C充电，T导通时，电容通过D2、RB、T进行放电。只要调节Ra和Rb的值，就能改变输出方波信号的占空比。图中T1=0.693RA+C，T2=0.693RBC，因此输出脉冲的占空比为

由于所需占空比为50%，由此便可得出各电阻阻值。其中变压器原、副线圈匝数比为12：1 000，频率为30 kHz。但实验中发现，NE555芯片输出的虽然为方波信号，但输出波形只有正半周没有负半周，这样直接使得变压器输出电压比理想值低50%。于是在NE555芯片输出OUT引脚后加上10 μF的独石电容，使得当输入为高电平时，给该电容充电，当输入为低电平时，该电容放电，且与之前电压方向相反，从而构成一个全波信号送入变压器。

2 系统软件设计

系统的控制功能主要由软件实现，用C语言编程实现。根据DHT11的采集数据进行判断，定义LED灯的端口初始值为0，即为灯灭。当温度检测值>5 ℃，湿度检测值<90 RH，光敏电阻测出为白天时，将LED端口置为1，利用delay()延迟程序，完成两组灯轮流闪烁的效果。反之则置0。继电器端口初始值为1，即为打开高压电网。当温度检测值<5℃，湿度检测值>90 RH时，所有输出端口均