基于AT89C51 的太阳能农田防盗智能驱鼠装置设计

刘 成

（武威职业学院，甘肃 武威 733000）

据相关报道，鼠类携带200 多种病原体，每年有20%的粮食会被老鼠毁坏，鼠害是一个严重的世界性问题。特别是近年来随着生态环境的改善，优势鼠种演替，农区鼠害进入种群密度恢复期，高密度鼠种群点片发生，尤其是西北地区地广人稀，农田、草原面积大，中华鼢鼠和农舍鼠活动猖獗，给农业草原造成了很大损失。随着科技发展，传统的消灭方法已经逐渐朝生态学方向发展，需要一种更加科学、环保且有效的产品来实现驱鼠，对此，文章根据超声波、电磁波以及音频信号进行智能融合，以实现驱鼠目标[1]。

1 鼠类的生理特点

西北地区以褐家鼠、高原鼢鼠、中华鼢鼠、小家鼠、灰仓鼠为主要优势鼠种，甘肃农田的鼠密度最高达12.4%，其中中华鼢鼠最高达24 只/hm2，农舍鼠密度最高达8.3%。中华鼢鼠主要取食于根茎、粮食作物，每天一般有3 个活动时 段，5：00 ～8：00、12：00 ～14：00、18：00 ～22：00，阴天全日活动，雨后活动较多；常昼夜活动，终生在地下生活，怕光、怕风、怕水、怕震，它们的听觉系统非常发达，对超声波特别敏感，25 000Hz ～50 000Hz 频率的超声波可使其神经系统紊乱，恐慌不安，食欲不振，逃离农田。

2 现有驱鼠方法

现有驱鼠方法有机械法、化学药物法以及生物防治等。机械灭鼠法如鼠夹，但其灭鼠效率低，具有一次性，难以重复使用，而粘鼠板又不适用于大面积或害鼠密度高的情况。化学药物法如老鼠药，若老鼠药误落在菜园或田地里，植物便会将其吸收，人或家畜、家禽食用这些植物后，会对人、畜造成危害。生物防治法如电子捕鼠器，其超声波频率固定，驱鼠类型单一，鼠类容易识别。并且室内驱鼠产品较为丰富，通过多种方案均能达到驱鼠的效果，但室外的驱鼠产品少见，尤其是针对广阔草原农田的产品驱鼠效果一般，并不能大面积、远距离地有效驱鼠[2]。

3 基于AT89C51 的太阳能农田防盗智能驱鼠装置设计原理

鉴于西北地区地广人稀、太阳能资源丰富等自然条件，文章设计了一款太阳能农田草原防盗智能驱鼠装置，产品实物如图1 所示，该装置体积小，由太阳能供给电能，AT89C51 单片机作为主控，可从多方面检测老鼠的活动情况，并通过传感器将信息反馈至单片机，根据不同鼠类的听觉频率自动筛选数据库，通过计算发射出针对活动鼠类的可变频超声波和猫叫声，主要是利用25 000Hz ～50 000Hz 频率的超声波干扰老鼠的神经系统，以此刺激和破坏老鼠的大脑、听觉系统。

图1 产品实物

4 基于AT89C51 的太阳能农田防盗智能驱鼠装置设计

太阳能农田防盗智能驱鼠装置采用模块化设计理念，方便客户对产品后期的维护和升级，且其成本较低，相对于市面上已有的电子驱鼠装置，节约了50%。整个装置由主控模块、太阳能光伏板和蓄电池模块、猫叫芯片、超声波模块、红外传感器和声波传感器组成。

4.1 电源模块

该装置应用在草原或者广袤的农田，可选用太阳能光伏发电产生电能，通过MPPT 控制器给蓄电池充电，再由蓄电池给主控模块以及猫叫芯片模块供电，光照下产生的电压电流通过降压恒流电路给蓄电池充电，阳光照射1d 可为该装置提供工作5d 的电能，夜间亦能正常工作，支撑驱鼠器的整体运作[3-4]。

4.2 超声波模块

为了节省电能，给超声波模块供电后，设计定时器让超声波模块每10min 工作1 次，发出超声波，达到驱鼠目的。超声波模块有2 个压电晶片和1 个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，以产生超声波。

4.3 主控模块

主控模块采用AT89C51 单片机，AT89C51 具有可靠性高、低电压、速度快、实时性好、系统掉电后数据不丢失等优点，由太阳能光伏板通过蓄电池供给电能，采集红外传感器和声波传感器的信号数据，通过运算判断控制猫叫芯片和超声波模块工作。系统原理框图如图2 所示。

图2 系统原理框图

4.4 红外传感器与猫叫芯片模块

红外传感器由发送器、接收器、检测电路三部分构成，其中，发送器不断发出光照，接收器接收发送器所发射的光束并将其转换为电信号，检测电路用以检测由接收器输出的电信号，滤出有效信号发送给主控模板，如果老鼠在红外传感器感应范围内，主控模块控制语音猫叫芯片发出猫叫声，直到老鼠离开后停止猫叫声。

4.5 防盗模块

该装置是为了解决其他驱鼠产品不适于农田驱鼠而研制的，除了自动变换超声波频率、功率大，还设置了一套防盗系统。在广阔的农田使用时难免会发生偷窃、人为破坏的情况，因此该装置选用新型铝材制成圆锥形的地埋件，下端用水泥浇筑，不会轻易地从农田中被拔出；除此之外，还设置了移位报警功能，当被该装置移动时，会立即启动报警功能，起到一定的警示作用[5]。

5 实施效果

在老鼠繁殖高峰期，即4 月至6 月，该装置在某草原和玉米地分别进行了实验，按0.067hm2地计算，老鼠破坏玉米面积下降30%，可提高经济收益约168 元，老鼠破坏草原面积下降20%。实验效果如图3、图4 所示。该装置一次性安装好后，系统自动运行，当灭鼠量达到一定数量时，系统将报警并把信息反馈至客户，进行鼠类尸体清理；该装置的电源部分具有自动向阳转动功能，在白天可根据太阳的经纬度进行旋转，保障最大能源供给，且其功率较小，蓄电池在连续阴雨天可提供5 个工作日的能量供给[6]。

6 结束语

为了更好地与市场对接，文章所研发的产品分为低端、中端和高端三个系列。低端产品采用传感器作为检测单位，超声波频率固定，功率较小，相对于其他产品，其功能简单、成本低；中端产品采用了多种传感器组合检测，实现无死角驱鼠，并能根据鼠类的活动轨迹进行数据采集并记忆，不定时发出超声波，起到节能的作用；高端产品采用了微型摄像机，能360°扫描周围环境，通过图像抓拍和数据处理，与储存在数据库中的各类鼠类基本信息进行有效对比分析，主控能根据此信息精准下达超声波频率指令，精准干扰鼠类的神经系统，并有效保护益虫的正常活动。

图3 老鼠破坏玉米面积

图4 老鼠破坏草原面积