茶刺蛾智能检测与捕杀系统设计

向 诚，史杰函，严谦捷，钟远志，刘钦标

（中南林业科技大学 涉外学院，湖南 长沙 410004）

茶刺蛾智能检测与捕杀系统设计

向 诚，史杰函，严谦捷，钟远志，刘钦标

（中南林业科技大学 涉外学院，湖南 长沙 410004）

设计一种以移动手机为控制端，以单片机为核心处理器、通过无线通信模块传输操作指令、视频、文本信息，能实时地将各信息采集模块拍摄到的图像、文本信息传输至手机等移动终端，并能根据检测结果发出语音预警、在手机控制端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。

茶刺蛾；WIFI；智能检测；音频识别；在线捕杀

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。

由于，在所有茶叶虫害中茶刺蛾对茶叶的危害最大，为此，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，以智能手机为控制端和显示端。系统通过音频检测、红外摄像等多种手段对茶叶虫害进行实时在线探测，并把探测各类信息上传至云端，以便通过手机等工具查看虫害的现时情况及其具体方位等。当系统探测到的虫害时，手机上的报警系统及时预警，并通过控制端发出指令，驱动诱捕灯等对害虫进行在线捕杀。红外摄像头在手机的控制下实现全方位无死角监控。

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、控制器模块、音频检测模块、语音模块、无线信息传输模块、诱捕灯及手机控制端构成。

（1）电源电路。由于本系统需要驱动车体直流电机、摄像头转向舵机，所以选择了一个最低容量为10C的可充电锂电池，其输出电压为12V。

本设计中对于不同的负载，供电电压的会有所不同，为防止机电类负载对单片机和其它集成芯片造成干扰，需要分开供电，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，电源模块电路设计如图2所示。驱动摄像头伺服电机，选用LM317稳压芯片输出的5V电压；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。

图2 电源电路原理图

（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。文章选取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。

（3）驱动电路。伺服电机本身自带驱动电路，只需要通过单片机提供PWM信号以调节其角度即可，不需要设计专门的驱动电路，但需要设计诱捕灯驱动电路。为实现手机无线方式控制诱捕灯的开关，采用继电器控制方式以连通与断开驱动芯片。则在单片机控制I/O口与继电器K1间接入一个ULN2003用于驱动继电器。

（4）音频识别电路。文章采用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。电路设计如图3所示。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，文章采用直接低电平触发。

图3 音频频率检测电路图

（5）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10s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。

（6）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。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。

（7）无线通信和图像采集模块。无线通信和图像采集模块由摄像头和路由器构成。图像采集选择能满足上下左右0°～180°旋转的、可实现远距离打开或关闭的高质量高清的天敏S605型摄像机，通讯接口为USB协议。路由器采用支持OpenWrt、工作电压为5V的TP-LINK全新推出的TL-WR703N型迷你3G无线路由器,它与通过UART与单片机及通信，与手机控制端则通过WIFI传递图像和文本数据。

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，包括手机控制端的操作软件设计、无线路由软件设计、基于单片机的软件设计等。下面仅就软件总体设计和单片机工作流程作说明。

（1）软件总体设计概况。正如所述所说，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，路由操作系统采用OpenWrt，此部分在路由器刷机部分完成，主要完成图像采集、文本信息传输和操作指令传输等功能；手机控制端控制摄像头运行、开关诱捕灯和显示检测系统信息等；单片机软件通过接收来自上位机的命令，执行相应操作；而连接上位机和下位机之间的纽带就是通信协议。软件系统总体设计流程如图4所示，表明了通过软件控制的从手机控制端到无线路由器再到单片机与具体电路的数据流向。

图4 软件设计整体流程图

图5 单片机设计流程图

（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5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 结语

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、无线交互式操作操控的灵敏度高，伺服电机能带动摄像头左右旋转180°和仰、俯视90°全方位地采集图像信息，获取的实时视频信息清晰、流畅，检测茶刺蛾参数误报率低，做实验验证，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。

［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.

［4］候国照.基于OpenWrt的无线传感器网络协议研究与实现［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

Design and Research on Intelligent Detection and Catching System for Iragoides Fasciata Moore

XIANG Cheng，SHI Jie-han，YAN Qian-jie，ZHONG Yuan-zhi，LIU Qin-biao
（School of Foreign Affair，Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410004，China）

The design of a mobile phone as the control end，the microcontroller as the core processor，which transfers operational instructions，video，text information through the wireless communication module，transmits the image，text information captured by real-time information acquisition module to the phone and other mobile terminals，and according to issues voice warning according to the test results.It is an intelligent iragoides fasciata moore on-line detection and killing system under the control of the mobile phone.The system has high detection and killing efficiency，energy saving and environmental protection and other characteristics，and is conducive to the promotion.

tea moth；WIFI；intelligent detection；audio recognition；online hunting

TN92

A

2095-980X（2017）02-0054-02

2017-02-07

2016年度湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目：茶叶虫害（茶刺蛾）智能检测与捕杀系统设计（2016-957）。

向诚（1973-），男，湖南洞口人，硕士，副教授，主要研究方向：检测技术与自动化控制。