基于红外传感器的灰茶尺蠖智能监测装置的设计.pdf
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1、现代电子技术Modern Electronics TechniqueSep.2023Vol.46 No.182023年9月15日第46卷第18期0 引 言灰茶尺蠖是危害我国茶叶的主要害虫之一1。由于其繁殖力强,年发生世代数多,易产生抗性,严重影响茶叶的产量与品质,造成严重经济损失23。国家“十三五”期间提出的“双减”目标是农药减量25%,因此有害生物综合治理(IPM)是当下茶园害虫防治的要求。病虫害的预测预报,特别是针对具体地块具体害虫的实时动态监测,是准确制定害虫防治策略、提高防治效果的重要依据。对灰茶尺蠖的预测预报通常采用诱集成虫技术DOI:10.16652/j.issn.1004373x
2、.2023.18.027引用格式:胡锦召,陈华才,季慧华,等.基于红外传感器的灰茶尺蠖智能监测装置的设计J.现代电子技术,2023,46(18):157161.基于红外传感器的灰茶尺蠖智能监测装置的设计胡锦召1,陈华才1,季慧华2,边 磊3(1.中国计量大学 光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018;2.杭州益昊农业科技有限公司,浙江 杭州 310018;3.中国农业科学院茶叶研究所,浙江 杭州 310008)摘 要:针对灰茶尺蠖田间监测存在的统计害虫数量不完全、监测难度大等问题,文中将红外传感器技术、计算机技术和高压电源电击技术相结合,研制一种灰茶尺蠖智能监测系统,研究灰茶尺蠖成虫在茶园
3、的发生动态,实现对灰茶尺蠖成虫田间种群动态的实时监测。提出一种基于红外计数的灰茶尺蠖智能监测装置及平台设计方案,完成单片机主控模块、电源电路模块、高压网电源控制模块、红外传感器监测模块等的设计。田间测试结果表明:高压电源电流阈值设置为 80 mA,能防止雨滴、树叶等外在因素造成的计数误差;虫情监测装置对灰茶尺蠖的监测准确率为98.2%,可实时监测田间灰茶尺蠖的种群密度变化趋势。用户通过所设计装置可实时掌握茶园灰茶尺蠖种群数量的动态变化,合理制定综合防治方案,实现茶叶的优质高产。关键词:灰茶尺蠖;智能监测装置;红外传感器技术;高压电源;实时监测;种群密度;PC端程序;红外计数中图分类号:TN93
4、1+.334;TN216 文献标识码:A 文章编号:1004373X(2023)18015705Design of intelligent monitoring device for Ectropis grisescens based on infrared sensorHU Jinzhao1,CHEN Huacai1,JI Huihua2,BIAN Lei3(1.College of Optics and Electronic Technology,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China;2.HangzhouYihao Agricultu
5、ral Technology Limited Company,Hangzhou 310018,China;3.Tea Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310008,China)Abstract:There are some problems in the field monitoring of the Ectropis grisescens,such as incomplete statistics of the number of pests and difficult monitori
6、ng.In combination of the infrared sensor technology,computer technology and highvoltage power shock technology,the intelligent monitoring system of ectropis grisescens is researched,and the occurrence dynamics of Ectropis grisescens adults in the tea garden is studied,so as to realize the realtime m
7、onitoring of the population dynamics of Ectropis grisescens adults in the field.The infrared counting based intelligent monitoring device and platform design scheme of Ectropis grisescens are designed to complete the design of main control module,power circuit module,highvoltage network power contro
8、l module and infrared sensor monitoring module.The field test results show that setting the current threshold of the highvoltage power supply to 80 mA can prevent counting errors caused by external factors such as raindrops and leaves.The accuracy of the insect monitoring device for monitoring Ectro
9、pis grisescens is 98.2%,which can realtime monitor the population density change trend of Ectropis grisescens in the field.By means of this device,users can realtime grasp the dynamic change of the population of Ectropis grisescens in tea gardens,formulate a comprehensive prevention and control plan
10、s,and achieve high quality and high yield of tea.Keywords:Ectropis grisescens;intelligent monitoring device;infrared sensor technology;highvoltage power supply;realtime monitoring;population density;PC program;infrared count收稿日期:20230215 修回日期:20230331基金项目:中国计量大学产学研合作项目(03114211098)157157现代电子技术2023年第
11、46卷方法,灰茶尺蠖活动期间,在茶园放置粘虫板,人工定期统计灰茶尺蠖成虫数量。该方法耗时费力,且数据有滞后性,无法对茶园虫情进行实时监测,准确指导田间防治。农业害虫自动识别与监测技术主要有基于机器视觉识别4、声纹识别5、电磁波传感器识别6、红外传感器监测等78。基于机器视觉的智能识别技术是采用工业相机在田间拍照,通过无线网络将图片传输到控制后台,后台软件中的智能算法对害虫进行特征提取、识别并计数,但该方法设备成本高,外界环境因素对识别影响大,操作步骤复杂,准确率和可靠性不高9。田冉等将红外传感器和机器视觉结合10,监测苹小卷叶蛾、桃蛀螟的准确率为92%、94%。而灯诱和色板诱捕诱集虫谱广,适合
12、生物多样性的调查,不适合监测单一害虫的种群数量1112。梁勇等人利用红外传感器的食蝇类害虫实时监测装置在室内以投放食蝇方式进行监测,得到监测率为98%,但未能应用在田间复杂环境下。因此需要一款应用于大田环境、操作简单、计数精确的虫情测报装置13。本研究采用灰茶尺蠖性信息素的诱捕器诱捕灰茶尺蠖,该装置包括低功耗高压电网、双通道红外传感器、远程数据传输平台等。设计灰茶尺蠖触碰高压电网时,工作电流要高于高压检测电路的空载电流才开始计数,防止雨滴、落叶、小昆虫等因素误入引起计数误差,实时监测田间灰茶尺蠖种群动态,为灰茶尺蠖的田间防控提供技术支持。1 系统方案设计基于红外传感器的灰茶尺蠖智能虫情监测系统
13、主要包括单片机主控制模块、电源电路模块、高压网电源控制模块、脉冲检测模块、电流检测模块、LED屏显示模块、倾倒模块、4G 通信模块和云服务器。其主要原理是:利用雌性灰茶尺蠖性信息素在空气中的传播,使得雄性灰茶尺蠖个体产生一定的生理效应,从而引诱灰茶尺蠖触碰高压电网,高压电网发出电信号后红外传感器开始工作,当灰茶尺蠖通过双通道红外监测层后触发计数,通过 4G传输模块将数据上传到服务器。通过后端开发中的数据接收和处理,将结果显示在前端页面上,采用PC端和微信小程序来实时监测灰茶尺蠖虫情变化趋势。系统总体架构如图1所示。2 系统硬件设计2.1 单片机系统实现高精准监测虫害,需要运算能力较高的主控模块
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