藏区农田驱鸟设备的设计与实现

马海龙　李春青　张思逊

摘  要：农牧业是西藏自治区的传统产业和支柱产业，在西藏地区农田经常遭受鸟类的影响，极大地危害了种子和庄稼，对此设计一款设备解决本问题。该设备利用红外线传感器监测农田中鸟类，监测到鸟类入侵农田后设备会驱动超声波发生器定向发射特定16～25 kHz频率超声波驱赶鸟类，采用驱赶的方式进行工作，这样的话，保护了种子和幼苗免受鸟类伤害，提高农田的产量，科技的应用对农田保护有很大的促进作用。

关键词：农田保护;超声驱赶;生态保护;红外线监测

中图分类号：TP319;S441       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）09-0043-03

Design and Implementation of Bird Repellent Equipment for Farmland in Tibetan Area

MA Hailong，LI Chunqing，ZHANG Sixun

（School of Information Science and Technology，Tibet University，Lhasa  850000，China）

Abstract：Farmers industry is a traditional industries and pillar industries of the Tibet autonomous region，in the Tibetan area of farmland is often subjected to the influence of the birds，the great harm of seeds and crops，to design a product to solve this problem，the device using infrared sensors to monitor farmland birds，birds invasion detected after farmland directional emission device drives the ultrasonic generator specific 16～25 kHz frequency ultrasonic drive birds，adopt the way of driving to work，in this way，to protect the seeds and seedlings from bird damage，improve the yield of farmland，the application of science and technology has a great role in promoting the protection of farmland.

Keywords：farmland protection;ultrasonic drive;ecological protection;infrared monitoring

0  引  言

青稞是青藏高原特有的粮食农作物，2019年西藏青稞的总种植面积将增至214.17万亩，产量将突破92万吨，是西藏种植面积最大、产量最多的农作物，千百年来成为藏族人民主要的生活“口粮”。农田刚播种完或幼苗时，一些鸟类极大地危害了种子和庄稼，而农民由于没有很好的驱赶鸟群的设备，只能靠鞭炮、田间木偶、捕鸟网来阻止鸟类入侵，这种方法不仅使得农民需要花费大量的人力、物力及财力来驱赶鸟群，而且既不方便也不环保，不仅不能治本，还会破坏生态平衡，增加农民劳作的工作量，所以农民迫切需要一种既能治本，环保系数又高的驱鸟设备。

为了阻止鸟类入侵，保护农田，帮助农民更方便地管理农田，2018年各研究机构在各地区制定了多种措施对鸟类进行防御治理。也研制出了许多防鸟的方法和装置，诸如：防鸟刺、彩带、风力反光防鸟器、玩具蛇以及引鸟装置等，相关设备研究如文献[1，2]。然而，经过鸟类一段时间适应后，设备的防、驱鸟效果就很差[1]。

西藏大学信息科学技术学院在2019年启动相关科研项目，助力保护西藏地区农田可持续生态发展，已形成相关科研成果和产品，作者基于该项目的研究成果和在农田保护这领域问题探索的欠缺进行农田保护的研究工作，也为本项目提供了一定的理论基础。本文基于曹永兴[3]的研究成果，得到超声波可以通过刺激鸟类的神经系统使其生理紊乱，逃離入侵地的研究理论，再结合西藏大学在智能控制领域的研究的成果基础，将两者整合成一个设备，使其能应用在西藏地区，保护农田免受鸟类伤害，方便农民的日常劳作，促进地区经济的发展[4]。

为此利用超声波技术进行驱赶入侵鸟类，采用物联网技术方便管理设备，使设备更加智能化，方便服务广大农民使用。采用驱赶的方式解决鸟类入侵农田的问题，控制客户端基于Wi-Fi模块的智能开关系统组成，通过智能移动终端APP，实现用户对农田设备的远程控制功能。利用红外线传感器计数清点鸟类数量和入侵情况，采用频率为16～55 kHz的超声波进行驱赶。

该设备可以保护种子在播种后或刚发芽期间不受鸟类影响，正常发芽生长，提高农田产量，增加农民的收益，为农业的科技防护领域人员提供一定的参考价值，方便他们进行深层次的工作研究。

1  系统总体方案

为了迎合农民的需求，本文设计了一款电子驱鸟的设备。此设备可实现智能化管理，不仅能实时远程监控觅食农作物的外部鸟群的活动情况，还能通过参数分析鸟群的动向，而且还可以自动控制超声波、灯光等设备管理农作物。同时，还可以通过手机、平板等信息终端向管理者推送实时监测信息，实现农作物信息化、智能化的远程管理，充分发挥互联网技术设施在农业物生产中的作用且保证农作物在信息化管理下安全生长。

该设备利用安全可靠的超声波，农田外围有自动预警系统，能实现智能化、信息化驱赶鸟群，智能监控鸟群，只需设定设备参数便能自动控制电子驱赶鸟群设备。该方式可减少劳动力的输出，秉承当代我国所推行的可持续发展的政策，缓解农作物保护与环境之间的矛盾，以此实现环保绿色的生态环境的理念。

2  系统硬件设计与实现

2.1  系统硬件设计

控制客户端系统总体设计方案是基于Wi-Fi模块的智能开关系统组成的，在APP智能移动终端，采用Eclipse编写移动终端上的程序，程序语言采用Java编写，通过APP控制软件实现用户对农田设备的界面的控制功能。并利用客户终端自带Wi-Fi模块与外界设备进行通信，从而实现利用手机终端来控制农田保护设备的愿景，让用户足不出户就可以管理自己的农田，让农民的种植途径更加简洁、便利;当农田中有大量鸟类时，此客户端将发出相应的声音警示，以便农民可以及时了解并采取相应的措施。

2.2  硬件实现

（1）通信协议的选择：应用手机Wi-Fi与外部Wi-Fi模块进行通讯，采用UART接口的符合Wi-Fi无线网络标准的嵌入式模块，并引用内置无线网络协议IEEE 802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，实现用户串口数据到无线网络之间的转换。模块内部采用单片机的串口通信协议及I2C串行总线连接各模块。

（2）系统的设计：本装置首先利用太阳能发电，利用蓄电池储存电能用于夜间使用，输出电压为19 V（12 V为蓄电池充电）短路电流为5.4 A;开路电压为20 V;峰值电流为

5.0 A;转换效率为18%;外形尺寸为1 200 mm*540 mm;由采用STM32F103C8T6芯片的单片机作为主控制器;利用红外线传感器计数清点鸟类数量，采用京西BISS0001热释电红外处理芯片和尼赛拉RE200B-P热释电红外传感器，蜂窝型菲涅尔透镜，性能稳定可靠。本装置最大的特色为超声波驱赶鸟群装置，超声波对这些动物的听觉神经系统有攻击性，会使其感到痛苦，进而使其自主离开，超声波频率为16～25 kHz;供电方式为蓄电池（太阳能光伏板发电储蓄在蓄电池）;额定功率为6 W，输出功率为100 W;本装置的特点为主动性和智能性，利用入侵检测技术对有害动物出现的位置进行探测，从而有针对性地实现对有害动物的驱赶。如图1所示为设备整体效果图。

2.2.1  总控处理电路

根据项目和具体的技术指标需求，选择符合真正能监测农田中鸟类活动周边数据要求的传感器，并选择特定超声波发生装置定向驱赶入侵者，从而实现保护农田的功能效果，该设备由超声波发生器作为整个装置的驱赶功能实现模块，用内置的红外线传感器作为设备的监控功能模块，如图2所示。

2.2.2  报警预警电路

调节好预定的点位器后，通过外置红外线传感器所采集得红外光谱图在通过总控的数据概率的累加处理后给出一个信号强度，从主控板输出给对应的预警电路输出口OUT1，在经过LM358运算放大器放大后，由IN2-接入蜂鸣器。如图3所示为报警预警电路的电路图。

为了能实现更好的人机交互能力，我们采用语音式警告入侵者，为此我们在设备上使用了语音芯片和功率放大电路，来实现在入侵者入侵时自动语音播报提示，如果无果后将警报信息传送给控制应用。

3  测试

3.1  硬件测试

在农田设置一个设备，并且准备完备的所需装备仪器，进行为期一个月的测试，在电子农田保护设备正常运行的情况下加入动物，对设备的正常运行情况进行检验，在测试过程中发现设备的不足，再进行改进，通过多次测试与改进使设备处于优良状态。

3.2  总控程序测试

本文拟采用大量实验来着手对整个项目的实施，首先通过大量对比试验确定最佳的控制方案，再通过试验对比选出最佳的符合要求的软硬件，通过理论与实践相结合的方式完善整个电子农田保护设备。

4  结  论

据调查，一些鸟类极大地危害了庄稼，使得一些农民收入受到了极大的影响。所以本文研究了一种驱鸟设备，使农作物的产量得到极大的提升，还不会影响生态系统。本设备能为西藏农民方便地保护农田，减少农田损失，增加收益，提高农民生活质量。

参考文献：

[1] 白丽波，李春雷，张智渊.输电线路鸟害故障原因分析及防范措施 [J].内蒙古科技与经济，2013（1）：85-86.

[2] 胡树彬.输电线路鸟害研究及驱鸟装置的研制 [J].中国新技术新产品，2015（16）：183.

[3] 曹永兴，丁登伟.智能识别和主动驱赶的防鸟害装置研究 [J].四川电力技术，2013，36（6）：78-80.

[4] 严兴喜.基于红外線感应太阳能接触网驱鸟器 [J].建筑工程技术与设计，2017（30）：1806+1809.

作者简介：马海龙（1997—），男，汉族，青海乐都人，本科，学士学位，主要研究方向：智能控制;李春青（1996—），男，汉族，青海互助人，本科，学士学位，主要研究方向：智能控制。