双层电网高压杀虫灯的研制

汪逸飞 张金龙

摘 要：为解决农业虫害测报过程中人工计数费时费力的问题，针对现有高压杀虫灯电网结构，在传统单层宽间距电网结构基础上，改进设计了一种新型双层高压电网杀虫灯，并采用与单片机相结合的扰动电压感应原理，实现了对灭杀害虫的分类自动计数。根据虫害体型与黄金分割原理，杀虫灯外层电网的网丝间距设置为8mm，内层电网的网丝间距设置为2.5mm。各层电网独立供电，使用高压电流互感器分别独立采集各层电网扰动信号，应用单片机进行扰动信号处理，实现害虫分类统计功能。

关键词：杀虫灯;双层;高压电流互感器;单片机

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.127

0 引  言

农业害虫严重影响农作物生长和农产品品质，采取有效的防治措施减少其对农业生产的危害非常重要[1]。传统害虫预测手段存在的弊端主要表现为要定期收取样品，人工统计，该过程存在劳动强度大、非实时性和效率低等问题[2-6]，已不能满足当前虫情预测的需求[7]。

本文研制了一种新型双层电网杀虫灯，采用内外双层不同网丝间距的高压电网，利用高压电流互感器检测害虫灭杀时的触网扰动信号，并进行滤波后，使用单片机进行信号处理，实现害虫的自动分类与计数，通过分类害虫体型，使所捕害虫种类范围由未知缩小到某几种，实现虫害预判，简单快速，对提高虫情预测自动化具有重要的现实意义。

1 整体结构设计及工作原理

双层高压电网杀虫灯（以下简称杀虫灯）结构示意图如图1所示，包括防雨盖、光源灯体、双层高压电网、接虫装置、电路控制箱和接虫口。电网采用逐级加密的双层高压电网设计，灯体外围正方形位置的4个顶点处分别安装4根绝缘柱，电网丝以双阳螺旋绕制方式缠绕在绝缘柱上，网丝间距由外向内逐层加密，对害虫进行逐级过滤，增大了电网与害虫的接触机率。电路控制箱内设置有扰动信号采集模块、单片机控制模块、信号输出连接线等装置，扰动信号采集模块可以实时采集害虫触网扰动信号，上传至单片机处理，信号连接线将单片机输出信号传递至触控显示屏，显示当前虫情信息，便于为虫情测报提供依据。

2 关键部件设计

杀虫灯是通过高压电网的物理结构设计实现大型害虫和小型害虫的区别捕杀，通过信号采集和控制电路采集触网扰动信号实现害虫分类计数功能。双层电网的结构设计以及网丝间距设置的合理化对提升杀虫灯的害虫诱捕效果具有十分重要的影响，同时害虫触网扰动信号采集与统计又直接影响虫量统计的结果。

2.1 双层高压电网设计

双层高压电网主要是通过逐层加密电网丝间距，使杀虫灯实现对各种体型害虫的区别捕杀和分类统计。外层电网的网丝间距设置最大值，由外向内依次加密，内层电网的网丝间距最窄，工作时，其原理类似于漏筛，对害虫进行逐级过滤，大型害虫在外层电网被捕杀，小型害虫穿越外层宽间隙电网进入内层电网被捕杀。

目前本文设计的杀虫灯电网层数采用2层结构，运用黄金分割理论来指导确定网丝间距的方法，取虫体长度的黄金分割。记Dout为外层网丝间距，din为内层网丝间距。

Dout=Lmin×0.618                                     （1）

din=lmax×0.618                                          （2）

式中：Lmin為大型虫体最小体长值，lmax为小型虫体最大体长值，0.618为黄金分割数的近似值。

由此，根据农业主要害虫外形尺寸统计数据，常见大型害虫体型尺寸最小值为10mm—16mm，因此设置外层电网间隙为（13×0.618）mm，约为8mm;常见小型害虫体型尺寸最小值为2mm—6mm，因此设置内层电网间隙为（4×0.618）mm，约为2.5mm。双层电网具体设计如图3所示，杀虫灯电网俯视图呈正方形，正方形4个顶点处分别安装4根绝缘柱，电网分内外两层，电网丝以双阳螺旋绕制方式缠绕在绝缘柱上。网丝采用耐弧镀膜材料，外层间距为Dout，内层间距为din，形状类似漏筛对害虫进行逐级过滤。如此的双层电网布置，在害虫穿过杀虫电网时，电网可根据害虫体型尺寸大小对其进行层层过滤，大型害虫在外层稀疏电网被捕杀，小型害虫却能够穿过外层进入内层电网的捕捉范围，在内层电网被诱集，增大了电网与害虫的接触机率，增强了杀虫灯的防治效果，而且通过网丝间距的设置实现害虫自动分类，为农业虫害分类预测提供依据。

2.2 信号采集以及控制电路设计

虫量统计模块设计利用高压电流互感器检测害虫触网扰动信号，实现害虫分类计数。该双层电网杀虫灯稳定时为2.3kV直流高压，正常电路呈断路状态，电流为0;当害虫触碰高压电网，电路形成回路，产生瞬时脉冲电流，幅值为14-16mA。因此信号采集电路高压电流互感器选型为BH-0.66，电流比为50：5，当害虫触网时，在互感器端产生的电流幅值为1.4-1.6mA，通过外接2.5kΩ（R17、R18）电阻，可产生的电压为3.5-4V。

由于害虫触网时的电信号夹杂了大量的低频杂波，经过杂波分析，设计了一个170Hz的带通滤波器进行信号滤波，以提高计数的准确性，计算得出相关电路参数C4=C6=31μF，R10=R15=100Ω（图4）。

计数单片机选用AT89S52，虫量统计电路原理图如图4所示。杀虫灯稳定状态时，电流输出为0，每当杀虫灯捕捉到害虫，高压电路形成回路，产生瞬时电流触发电流传感器，通过电阻输出电平信号，经滤波器滤除杂波后，输入到单片机的外部中断口，单片机计数1次。单片机根据外部中断口的中断次数实现虫量统计功能。由于采用双层电网布置，外层电网所记虫量为体型不小于8mm的害虫，内层电网所记虫量为体型在2.5mm到8mm之间的害虫，如此杀虫灯便可以将不同体型的害虫实现分类统计，进而根据已知虫害种类，推测所捕害虫，将其锁定在很小的范围里，达到预测虫害的目的。

3 结  论

本研究基于双层电网设计思想，设计了双层高压电网杀虫灯，得到主要结论如下：

（1）该双层电网杀虫灯以逐级加密的双层电网排布实现对害虫体型的分类，在诱捕害虫的同时根据害虫体型实现分类计数，根据已有害虫体型数据，将害虫种类范围由未知缩小到某几种，实现虫害预判。造价低廉，操作简便，自动化程度高，为虫情测报系统提供了数据支持。

（2）该双层电网杀虫灯采用双层电网，使用者可根据实际使用情况灵活设定电网间隙与电网层数，实现对虫害的更精确分类与统计。

参考文献：

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