一种智能捕鼠装置的研究

史杨，任宇翔，刘淋淋，高琦恒，周波，徐永良

（牡丹江医学院 医学影像学院，黑龙江 牡丹江 157011）

0 引言

随着人们生活水平提高，老鼠经常出现在人们的生活中。传统的捕鼠器和老鼠药会造成很大的环境污染。据调查，现有市场上没有一款老鼠药能在几分钟内使老鼠致死。通常情况下，老鼠在中毒的2到8小时内仍然具有行动能力，并且行动范围不受限制；如果行动至水库或人类生活用水区域，尸体的腐烂和药物的残留会对周围的水源造成二次污染，反而加速了病菌微生物的传播[1]。现如今人们主要采用陷阱物理方法消灭老鼠，但是成效不明显，后续打包处理工作繁琐。

基于以上两种情况，市场需要一款既不污染环境又能独立运行的智能捕鼠装置。

1 智能捕鼠装置总体设计思路

智能捕鼠装置主要由诱捕装置和智能捕鼠器两个部分构成，前者由诱捕丸和墙角模拟外壳组成。智能捕鼠器依靠驱动装置提供动力，且包含红外检测和打包装置系统。

（1）诱捕装置：诱捕装置中有粘板和诱捕丸。将诱捕丸放在圆形粘板上方，我们利用它的香味可引诱老鼠前来觅食。老鼠一旦触碰到诱捕丸，就会掉落在下方的粘板，以限制老鼠行动，这为诱捕丸上含有的药效强劲的溴敌隆致毒提供时间，也方便捕鼠器对老鼠的追踪。

图1 智能捕鼠器

（2）红外检测装置：当老鼠掉入粘板，会触动红外线开启系统，红外检测装置将会把老鼠出现的信号发送给驱动装置。

（3）驱动装置：驱动装置接收到信号后，滑轮装置可根据信号进行快速自由移动的功能。

（4）打包装置：打包装置将储藏室里丧失行动能力的老鼠真空抽气并将其密封装袋。

2 智能捕鼠装置设计理论依据

（1）H∞滤波器执行红外运动预测并跟踪：所有不处于绝对零度的物体，均会发出不同波长的电磁辐射，物体的温度越高，分子或原子的热运动越剧烈，红外辐射越强，且辐射的频谱分布和波长与物体的性质和温度有关。为了对体积小的老鼠进行滤波和预测，H∞滤波器以预测目标的一个领域作为匹配的搜索范围，实现对红外微小目标对象的跟踪[2-4]。图2中方形小矩形框是H∞滤波器的预测位置，要跟踪的目标就是方框附近的白色小目标。从图中能看出，背景的变化不会产生明显干扰，滤波器能预测目标的位置；我们也可以看出只要选择合适的跟踪邻域，是能快速地找到目标点的。只要预测位置与实际目标的位置比较接近，目标的相关匹配就相对容易。

图2 第9、69、109 以及159 帧目标的预测位置和实际位置图示

（2）控制系统设计移动：运动装置内部通过各种类型的传感器收集外部环境数据，计算机接收这些环境数据，并结合来自人机界面的任务命令进行任务分解处理。同时运动控制器接收来自编码器等设备的反馈信号，这些反馈信号将用于监测运动控制结果，发送给计算机，形成一个闭环控制[5-6]。

根据上述的工作流程分析，结合本轮式移动装置的实际情况，最终得出具体的控制系统命令传递图。

图3 控制系统命令传递图

（3）复杂环境下路径规划：经过红外探测感知周边环境，利用启发式搜索算法（A＊算法）在环境信息已知情况下的全局路径规划。通过修改启发函数h(n)在评价函数f(n)中的权值，找到一条从起始点到目标点的全局最优路径，并通过仿真实验验证了该算法具有减少计算复杂度和减少移动机器人运动复杂度等优点。

（4）老鼠尸体自动打包：根据老鼠储存室的功能要求，我们运用基于齿轮和同步传送带组合传动方式的开盖和打包机械结构；采用了发热芯作为热熔断的装置；采用了真空吸气式自动套装垃圾袋的方式；设计了基于单片机的自动感应开盖、自动封口和热熔断的控制系统，以便实施对老鼠尸体密封打包。

3 系统实验

（1）准备阶段。了解市场背景，该产品对女性顾客的需求匹配度更高，避免传统捕鼠方法带来的麻烦和危害。分析现有各类捕鼠器的优缺点，将该产品定位为安全、便捷、干净的捕鼠器，设计出基本理论模型。并用电脑绘出具体装置，购买材料。

（2）实施阶段。预实验：提前三天在实验室内放入10只老鼠，实验人员将装置放在墙壁角落，处于阴暗环境中。实验人员离开后开始观察记录。从第1只老鼠触碰诱捕丸开始计时，老鼠掉入粘板后，智能捕鼠器依据红外线准确追踪到老鼠位置，通过传送带到达储藏室，接着进入打包室，通过真空臭气和热塑处理，老鼠已被打包处理完成并送出。整个过程仅花费6分28秒。24小时后已成功打包7只并且死亡率和密闭性达到100%。

对照实验：我们把智能捕鼠装置，粘鼠板和普通老鼠药分别放在同样的模拟环境中，每个环境中分别投放20只老鼠，并每隔一天统计捕鼠成果并重复实验共五天，分为1，2，3，4，5组。记录实验数据，绘制表格。

图4 实验数据和表格

（3）总结。通过预实验，验证了产品完全满足我们设想的要求能捕捉并打包好老鼠，之后的对照实验，证明了，在排除老鼠活动不确定的干扰下，在相同环境下我们的产品相对传统的捕鼠装置更高效。

4 结语

本产品采用热红外成像能辅助仪器更好地完成后续工作的进行。除此之外，本文还对图像处理过程中的分辨力进行算法处理，提高图像分辨率，比单纯的可见光更加可靠，并对两者进行有机结合。本文所设计的装置对环境的适应力更强。设计与使用方法较传统的捕鼠器具有明显的创新，使用简单且高效，且不需清扫，可以重复使用。符合现代社会对保护环境，节约资源的要求。