基 于 LED 溫室滅蟲系統(tǒng)研究 程 雪 王 娟 王 彬 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 河北 保定 071001 摘 要 蟲害是影響蔬菜生長的主要因素之一 農(nóng)藥殺滅蟲害是當(dāng)前菜農(nóng)普遍采用的方法 其后果往往會(huì)造成農(nóng) 藥殘留在蔬菜上 會(huì)食用者健康帶來影響 為此 設(shè)計(jì)了一種基于多光譜 冷光源的 LED 燈光殺蟲監(jiān)控系統(tǒng) 該 系統(tǒng)由上位機(jī) 下位滅蟲裝置組成 同時(shí) 介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)通信部分軟件硬件設(shè)計(jì) 并給出了光譜 滅蟲對(duì)照結(jié)果分析 關(guān)鍵詞 溫室 LED 滅蟲系統(tǒng) 光譜 中圖分類號(hào) S625 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1003 188X 2014 05 0115 04 0 引言 隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng) 無公害蔬菜已成為產(chǎn) 品貿(mào)易的基本要求 近年來 農(nóng)業(yè)上經(jīng)常利用害蟲的 趨光性對(duì)蟲害進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 發(fā)光二極管具有體積 小 光效高 壽命長 光衰小 節(jié)能 低碳和環(huán)保等特 點(diǎn) 不含紅外紫外成分 被稱為綠色光源 其不會(huì)對(duì)作 物產(chǎn)生危害 適用于溫室殺蟲設(shè)備 本文利用發(fā)光二 極管的單色光譜引誘害蟲 并且研究開發(fā)了高壓脈沖 式技術(shù)有針對(duì)性的殺滅害蟲 該系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)對(duì)病蟲害實(shí)時(shí)監(jiān)控 通過高壓脈沖信號(hào)提取 LED 高 壓滅蟲燈滅蟲信息 如殺蟲數(shù)量 通過 S485 S422 計(jì)算機(jī)串口總線傳給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 通過串口控件提取 數(shù)據(jù)信息 并存入數(shù)據(jù)庫 可實(shí)時(shí)調(diào)取數(shù)據(jù)信息 進(jìn)行 病蟲害監(jiān)控 從而指導(dǎo)農(nóng)業(yè)作業(yè)的進(jìn)行 1 系統(tǒng)概述 單片機(jī)控制部分以 AT89C51 單片機(jī)為核心 主要 由光板電網(wǎng)燈 信號(hào)提取電路 顯示電路 害蟲超限報(bào) 警電路 通訊接口電路等組成 其中 光板電網(wǎng)燈通 過高壓滅殺害蟲 滅蟲高壓信號(hào)通過電阻分壓的信號(hào) 提取電路轉(zhuǎn)換成低壓脈沖信號(hào) 送入單片機(jī)中斷接 口 單片機(jī)對(duì)滅蟲數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控 并存入相應(yīng)數(shù)據(jù)單 元 顯示于 LED 顯示器上 單片機(jī)將滅蟲值與設(shè)定值 進(jìn)行比較 高于該設(shè)定值時(shí) 說明該區(qū)域蟲害高發(fā) 系 統(tǒng)可自動(dòng)報(bào)警 單片機(jī)與 PC 機(jī)可進(jìn)行通信 每種顏 收稿日期 2013 08 05 基金項(xiàng)目 河北省科技廳支撐項(xiàng)目 12226509 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工基 金 LG20130103 作者簡(jiǎn)介 程 雪 1982 女 廣東中山人 講師 碩士 E mail snowhitt sina com 色光板對(duì)應(yīng)一個(gè)子單片機(jī)系統(tǒng) 設(shè)有紅 藍(lán) 黃 白 綠 光板滅蟲子系統(tǒng) 與 PC 機(jī)采用主從通信方式進(jìn)行多 機(jī)通信 原理如圖 1 所示 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Fig 1 The system structure diagram 2 系統(tǒng)通信接口設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件主要包括兩部分 上位機(jī)端和下位機(jī) 端 上位機(jī)端為 PC 機(jī) 下位機(jī)端為滅蟲裝置子系統(tǒng) 溫室中放置多點(diǎn)滅蟲子系統(tǒng)裝置 各裝置之間通過 S485 連接 S485 有效通信距離為幾十米到上千 米 采用半雙工工作方式 用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便 是廣泛采用的串行總線標(biāo)準(zhǔn) 上位機(jī)采用自主設(shè)計(jì) 后臺(tái)軟件 可對(duì)各點(diǎn)滅蟲情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 通過 PC 機(jī)主機(jī)的 S232 接口 采用 S485 轉(zhuǎn)換芯片和 S485 總線連接組成通信網(wǎng)絡(luò) 與子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 硬 件連接示意圖 如圖 2 所示 2 1 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 上位機(jī)通過 S232 串口與 485 總線下位機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 為增加系統(tǒng)的抗干擾能力 MAX 485 與 S232 之間采用光電隔離 電 路 如 圖 3 所 示 MAX485 是通過兩個(gè)引腳 E 和 DE 來控制數(shù)據(jù)的輸 入和輸出 當(dāng) E 為低電平時(shí) 數(shù)據(jù)輸入有效 當(dāng) DE 511 2014 年 5 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 5 期 為高電平時(shí) 數(shù)據(jù)輸出有效 本系統(tǒng)為半雙工使用 因此將這兩個(gè)腳直接相連 然后由單片機(jī)或 PC 機(jī)輸 出的高低電平作為數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換標(biāo)志 圖 2 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖 Fig 2 The system communication structure diagra 圖 3 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 Fig 3 Signal conversion circuit 2 2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)通過 VB6 0 利用 Mscomm 通信控件與下 位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 采用 VB6 0 不僅可以方便編寫 用于多媒體數(shù)據(jù)等程序 利用 Active 控件還能非?？?捷地開發(fā)出用于計(jì)算機(jī)串口的通信程序 每 個(gè) Mscomm 控件對(duì)應(yīng)于一個(gè)串行端口 使用多個(gè)串口時(shí) 需應(yīng)用多個(gè)控件 上位機(jī)主界面包括設(shè)置區(qū)和功能區(qū)兩部分 其 中 設(shè)置區(qū)主要實(shí)現(xiàn)端口設(shè)置 包括端口以及波特率 選擇 打開或關(guān)閉端口等動(dòng)作設(shè)置 功能區(qū)主要包括 數(shù)據(jù)采集 結(jié)果查詢 狀態(tài)監(jiān)視等 其中 數(shù)據(jù)采集包 括分別采集紅 綠 藍(lán) 黃 白燈板殺蟲情況的控制按 鈕 向下位機(jī)發(fā)起主從控制 結(jié)果查詢包括讀取數(shù)據(jù) 表格查詢及圖形查詢等 為方便布局 應(yīng)用 Frame 控件建立區(qū)域 建立控件 組的方法可以使編程減少重復(fù)避免繁瑣工作 通過 軟件采集的數(shù)據(jù)還可通過二級(jí)窗體進(jìn)行保存 即將程 序運(yùn)行過程中處于內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存到硬盤的指定 路徑 以便調(diào)用查看 2 3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)是指單片機(jī)滅蟲裝置 該裝置可單獨(dú)工 作 也可受上位 PC 機(jī)主從控制 與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 每個(gè)裝置設(shè)置一個(gè)地址 發(fā)送數(shù)據(jù)量不大 采用查詢 方式 接收數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性 所以采用中斷方式 當(dāng)下位機(jī)收到 PC 機(jī)采集命令后 進(jìn)入接收中斷 開始計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) 控制裝置中包括高壓脈沖提取電路 電網(wǎng)每殺滅一個(gè)害蟲 通過脈沖提取可產(chǎn)生 1 脈沖信 號(hào) 傳給單片機(jī) 單片機(jī)把該信號(hào)回傳給 PC 機(jī) PC 機(jī)根據(jù)不同地址進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 并可通過軟件生成表 格或圖形樣式便于查閱 為使系統(tǒng)可靠工作 可使數(shù)據(jù)收發(fā)做適當(dāng)延時(shí) 數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)延時(shí) 0 5ms 發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送結(jié)束再延時(shí) 0 5ms 關(guān)閉控制端 單片機(jī)接收發(fā)送子程序流程圖如 圖 4 和圖 5 所示 3 滅蟲燈板光譜及對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果 利用 LED 燈板誘殺溫室害蟲的實(shí)驗(yàn) 選用 5 種顏 色的發(fā)光二極管做成燈板 光譜如圖 6 圖 10 所示 橫軸表示波長 縱軸表示強(qiáng)度 分別為黃色 白色 綠色 紅色 藍(lán)色 放置于殺蟲電網(wǎng)裝置中 其中 藍(lán) 色發(fā)光二極管的波長為 465nm 綠色發(fā)光二極管的波 長一般為 560 nm 黃色發(fā)光二極管的波長為 585 nm 左右 紅色發(fā)光二極管的波長為 675nm 白色為全光譜 譜帶 5 種顏色的 LED 燈均勻分布在溫室中 間隔為 3m 左右 統(tǒng)計(jì)連續(xù) 2 天的殺蟲效果 重復(fù) 3 次 通過 連續(xù) 5 天對(duì)不同顏色 LED 殺蟲燈殺蟲效果的比對(duì) 白 色殺蟲數(shù)量最多 其次是綠色 藍(lán)色 黃色 紅色 前人已有很多關(guān)于利用粘蟲板色誘昆蟲效果的報(bào) 道 普遍認(rèn)為黃色粘蟲板對(duì)誘殺溫室害蟲有很好的效 果 并且有效的殺蟲高度為黃板下端高于作物 20cm 誘集效果最好 因此 筆者利用黃色 LED 燈板做了多 種對(duì)比實(shí)驗(yàn) 并且懸掛高度均為作物上方 20cm 處 實(shí)驗(yàn)表明 殺蟲燈誘殺害蟲與燈板光強(qiáng)和環(huán)境光 強(qiáng)有關(guān) 通過 LED 光板與粘蟲黃板光強(qiáng)殺蟲對(duì)照實(shí) 驗(yàn)可以說明 用光強(qiáng)較強(qiáng)的 LED 燈板對(duì)射黃色粘蟲板 的夜間殺蟲效果要高于光強(qiáng)較弱對(duì)射的黃色粘蟲板 并且遠(yuǎn)高于沒有 LED 燈對(duì)射的黃色粘蟲板 這說明 在夜間昆蟲活動(dòng)仍很頻繁 傳統(tǒng)黃色粘蟲板由于本身 不發(fā)光喪失了夜間誘捕昆蟲的能力 尤其是一些晝伏 夜出的昆蟲 具體哪些昆蟲屬于晝伏夜出型以及在不 同生長期夜間活動(dòng)能力是否更強(qiáng) 有待于下一步繼續(xù) 研究 因此 利用光強(qiáng)較強(qiáng)的 LED 燈夜間殺蟲配合粘 蟲黃板白天殺蟲可以達(dá)到更好的殺蟲效果 這里需要 611 2014 年 5 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 5 期 說明的是 LED 燈板 電網(wǎng)的有效殺蟲面積為 188 4cm 2 燈板單面發(fā)光 而黃板有效粘蟲面積為 1 260 cm 2 因此把 LED 燈板 電網(wǎng)的有效殺蟲面積增大到 和黃板等同 其殺蟲效果要遠(yuǎn)高于黃板的殺蟲效果 圖 4 單片機(jī)發(fā)送子程序流程圖 Fig 4 MCU send subroutine flow chart 圖 5 單片機(jī)接收子程序流程圖 Fig 5 MCU receive subroutine flow chart 圖 6 黃色光板譜帶 Fig 6 The yellow lamp plate spectrum 圖 7 白色光板譜帶 Fig 7 The white lamp plate spectrum 圖 8 綠色光板譜帶 Fig 8 The green lamp plate spectrum 圖 9 紅色光板譜帶 Fig 9 The red lamp plate spectrum 711 2014 年 5 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 5 期 圖 10 藍(lán)色光板譜帶 Fig 10 The blue lamp plate spectrum 4 結(jié)論 本文設(shè)計(jì)了一種基于多光譜 冷光源的 LED 燈光 殺蟲監(jiān)控系統(tǒng) 利用昆蟲趨光性 實(shí)現(xiàn)昆蟲誘殺 為害 蟲的無公害綜合治理提供實(shí)用 可靠的技術(shù)依據(jù) 提 升害蟲監(jiān)控治理水平 參考文獻(xiàn) 1 陳宗征 昆蟲趨化性及其應(yīng)用 J 廣西林業(yè)科學(xué) 2000 29 3 119 121 2 馮宜林 黃色粘蟲板誘殺斑潛蠅技術(shù)研究 J 甘肅農(nóng)業(yè) 科技 2003 15 11 47 48 3 郭艷瓊 武宇鵬 李友蓮 溫室內(nèi)黃色粘蟲卡防治美洲斑 潛蠅的研究 J 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2002 22 2 123 126 4 劉立春 顧國華 楊顧新 雙波誘蟲燈在害蟲測(cè)報(bào)中的應(yīng) 用觀察 J 昆蟲知識(shí) 1993 30 3 161 166 5 林閩 姚白云 太陽能 LED 殺蟲燈的研究 J 可再生能 源 2007 6 3 79 80 Study on Greenhouse Pest Control System Based on LED Cheng Xue Wang Juan Wang Bin College of Mechanical and Electrical Engineering Agricultural University of Hebei Baoding 071001 China Abstract This paper describes the design of a LED light insecticidal monitoring system based on more spectrum cold light source The system consists of host computer control system which is composed of pest control device It introduced the system design structure diagram system software and hardware design of communication and comparative analysis of results of spectral exterminator Key words greenhouse LED insect pest control system spectrum 811 2014 年 5 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 5 期