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基于物联网的农田智能驱鸟系统的设计

更新时间:2009-03-28

随着现代农业种植的规模化发展,鸟类对农田作物的危害已经成为让农户们比较烦心的重要问题。鸟类对农作物的影响不仅是对其产量和质量的影响,而且会导致一些传播病的间接性感染,使农作物发生病变,从而使得农作物的质量受到严重影响。据北京果树产业协会提供的数据,全市果品每年因为鸟害造成的损失达到4000~8000万kg。而其他水果种植主产区的调查数据显示,鸟类啄食导致果园产量的损失达10%~15%,个别地区达30%[1]。传统情况下,针对该问题,农民们采取的是果穗套袋、架设防鸟网、恐吓性驱逐、化学防治、培育抗鸟害品种等方法进行驱鸟作业。这些方法或多或少都存在着如成本过高、效果不显著、损害农产品品质、破坏生态环境等问题。因此,寻找一种实用且环保绿色的驱鸟方法,已成为当前农业种植上一个亟待解决的问题。

目前国内外针对鸟类对农作物的侵害问题,所采用的主要防治方法有:对鸟类听觉、视觉、味觉以及三种方式相结合的液化气炮、语音、超声波、激光、象形物、飞击式和电子炮等复合式的驱鸟器。这些驱鸟器都有各自的缺点存在,比如液化气炮驱鸟器再驱鸟时采用间歇爆破声,需要更换液化瓶,而且不方便、不环保。目前研发的智能语音驱鸟器都采用以一定的时间间隔不断的播放语音,存在有鸟入侵时驱鸟器并没有工作的情况。超声波作为一种新型的驱鸟技术,在民航、电力系统以及农业领域得到了普遍的应用,然而超声波频率固定,易让鸟类产生适应性;激光束和电子炮驱鸟器利,在长时间使用时都同样易使得鸟类产生适应性,驱鸟效果大大减弱;味觉式的驱鸟器大多数采用化学制剂水驱鸟,但喷出的化学剂会造成在农作物上的残留[2-4]。如今已有一些新型的智能驱鸟器问世,这些智能语音驱鸟器采用红外探测器或多普勒雷达识别鸟类入侵,实现了自动驱赶,但检测范围是有限以及成本较高等缺点制约着其性能,且不适用于大面积农田驱鸟[5-6]

针对现有驱鸟器存在的以上问题,并结合农田种植业中对于驱赶鸟类入侵的实际需求,本文研究设计了一套太阳能光伏电池板供电,利用多普勒雷达传感器和图像传感器实现农田鸟害侵入的自动检测。从而根据具体检测情况实现应用变频超声波与语音播放相结合来播放驱鸟声音实现驱鸟的智能化驱鸟装置。该装置可以根据农田面积进行合理布局,并实现动态组网,实现一对多的控制,达到农田驱鸟的全覆盖,无禁区。

1 系统总体架构设计

系统采用一对多的控制方式,根据农田的面积可以实现控制多个驱鸟器的分布式布局。每个驱鸟器都可以上传信息到控制终端,控制终端可以实现对不同编号驱鸟器的控制和监测。本系统中的控制终端既可以是PC平台也可以智能手机,方便农户实现移动式监控。系统的总体架构如图1所示。

  

1 系统总体结构图

1)单个驱鸟器装置可以根据农田面积布局在实际的农田中。

对科莱恩新型催化剂的活性的分析中,测试了维持64%的转化率所需的入口温度(T64),且与对标催化剂(见图3)进行比对。如果所需温度降低,则表明催化剂活性更高。

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5)无线模块利3G/4G网络实现驱鸟器装置检测信息传输到控制终端和控制终端信息到驱鸟器的传输。

3)驱鸟器可以实现自动组网设置。

2 驱鸟器的设计

该驱鸟器装置可以实现农田环境信息的多功能实时监测,如土壤温湿度、农田环境图像信息传输、鸟类飞入的主动检测等。当正常工作时,驱鸟器装置会不断的通过图像传感器和土壤温湿度传感器把农田环境信息的传输到控制终端。而当有鸟类入侵时,驱鸟器装置不仅实现环境信息的传输而且可以驱动扩音器播放存储于语音芯片的鸟害语音和变频超声波,实现鸟类的驱赶。该驱鸟器的声音不断交替变化,不再是单一化声源从而降低鸟类的适应性,达到了最佳驱鸟的目的。驱鸟器装置功能设计如图2所示。

  

2 驱鸟器装置功能图

1)电源模块:采用太阳能电池板和蓄电池供电,适用于野外田地的长时间工作。

2)采用多普勒雷达传感器实现对鸟类进行实时监测,当鸟飞入传感器有效探测范围内时,驱鸟器进入工作模式。传感器有效探测距离超过9m,空间全方位探测,受天气影响小。

图3是驱鸟器控制系统程序流程图。整个系统通过调用子程序和接受中断服务来完成工作。系统启动后,无驱赶任务时,先初始化各个硬件模块,并使系统进入低功耗休眠模式.当红外探测模块检测到有鸟进入时,输出一个高电平,作为中断信号唤醒微控制器,并开始工作,进而驱动超声波模块及数码语音模块工作,当判断驱鸟成功,系统在延时工作5秒后关闭超声波模块和数码语音模块,并使系统进入低功耗模式;若不成功则继续执行驱鸟动作,直到检测到鸟类已经离开为止。

2)在监控中心通过监控终端实现对农田中驱鸟器的控制和农田环境的监测,也可以通过智能手机实现便携式移动监控。

3)图像传感器实现对农田作物等生长环境的实时监测,并且根据终端的入侵检测算法实现鸟害入侵的检测和驱鸟。

4)运用超声波和语音结合驱鸟,通过随机播放驱鸟语音、随机变换超声波频率降低鸟类的适应性;并通过扩音器实现语音的放大。

4)通过控制终端实现一对多的控制模式。

3 控制软件设计

3.1 驱鸟器装置控制系统设计

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3 驱鸟器系统流程图

3.2 系统控制终端设计

控制终端主要实现对农田多个驱鸟器的分布式控制。该驱鸟器的控制终端主要实现以下功能,如图4所示。

1.变量选取。土地综合承载力反映了城市土地人口、资源环境、经济社会、科技文化的综合承载能力,故选取土地综合承载力(LCCC)作为系统内生变量。同时,对区域经济增长、区域经济空间结构展开分析。区域经济发展要素的内涵在于增长、协调,增长包括一定阶段内的经济总量、经济发展速度等,协调包括体现区域经济空间结构的第二、第三产业增加值、第二、第三产业协同程度等。[21]因此,区域经济发展可分为水平和质量,水平反映区域经济发展的人均总量,选取人均GDP(Pgdp)作为系统内生变量,质量反映区域经济发展的结构优化,选取地均第二、第三产业增加值(LIIV)做为系统内生变量。

  

4 控制终端系统功能图

3)组网设置:根据农田布局的驱鸟器数量进行动态组网设置,实现驱鸟器互相之间的信息传递和信息上传。

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2)环境参数信息:查看农田的土壤温湿度信息,供农户进行参考。控制命令下传:如果驱鸟器装置出现故障不能实现驱鸟时,可以通过设置控制命令下发到驱鸟器装置实现驱鸟控制。

1)图像信息:可以动态实时的监测驱鸟器装置通过图像传感器上传上来的农作物环境信息,并通过图像入侵检测算法实现对鸟害的入侵检测,一旦有鸟类进去设定的检测范围,控制终端会根据检测信息下发送启动驱鸟命令到相对应编号的驱鸟器,进行驱鸟。实现了双重控制,增加了系统的可靠性。

4)优化布局方案:系统开发了基于遗传算法的布局优化方案,通过农田面积大小实现一个驱鸟器数量和在田地布局的最优方案供农户选择。

4 结束语

整套系统通过无网络化控制实现了一对多的控制,自动化程度较高。其中驱鸟器装置由太阳能电池板和蓄电池供电,实现了对鸟类入侵的实时自动化检测和驱离。采用变频超声波和语音相结合的方式综合驱鸟,使鸟类不易产生适应性。该驱鸟器装置适用于野外长时间工作,成本较低,性能可靠,使用维护方便,能够满足农田实时驱鸟的需求。

参考文献

[1] 张 驰,李光林,等.农田智能驱鸟器设计与试验[J].西南师范大学学报, 2016,41(5):81-87.

[2] 胡灿实,李海洋,等.不同驱鸟情景模式对果园害鸟行为的影响[J].生态学杂志,2012,31(9):236-237.

[3] 明 莉,胡 伟.物理驱鸟技术概况[J].农业工程,2013,3(S1):26-28.

[4] 丁月明,高超飞,等.一种基于单片机的新型智能语音驱鸟器[J].价值工程,2012(25):206-207.

[5] 田治富,叶明树,等.智能超声波驱鸟装置的设计与实现[J].电力电子技术,2011,45(4):106-108.

[6] 李 坤,李成攻.基于多普勒检测技术的智能驱鸟器[J].电子技术,2012(4):35-37.

 
陈鹏
《兰州石化职业技术学院学报》2018年第01期文献

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