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摘要 研究了一种温室专用的多功能太阳能LED杀虫灯。该杀虫灯采用太阳能电池作为电源，多色LED灯组成阵列诱导害虫，并用高压电网捕杀，同时还设置了多种温室传感器，根据其采集到的数据，通过单片机来控制LED灯的工作状态及频闪频率，以及温室内供水系统、温控系统、湿控系统和CO2产生器，从而创造出更利于农作物生长的环境。
关键词 LED;杀虫灯;单片机
中图分类号 S477 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）32-11330-02
Design and Application of Solar Insecticidal Multifunction Lamp in Greenhouse
HUANG Meng
（College of Electrical and Information Engineering， Quzhou University， Quzhou， Zhejiang 324000）
Abstract A solar insecticidal multifunction lamp in greenhouse was designed. The insecticidal lamp uses solar battery as power， different color LED group put in order to strobe lights incentive pests and high voltage power grid as a hunting tool. A variety of greenhouse sensor was installed on the insecticidal lamp. The work status of LED， the strobe frequency， and the water supply system， temperature control system， humidity control system， generator of CO2 in greenhouse were controlled by SCM according to the data gathered by greenhouse sensor， thus a more conducive environment for the growth of crops was created.
Key words LED; The insecticidal lamp; SCM
太阳能LED杀虫灯在农作物病虫害防治中是一种绿色环保的物理防治方式，利用害虫的趋光性，LED光源采用害虫极具引诱作用的光谱，用高压电网捕杀的方式，有效地控制了害虫数量，降低了农药的使用量，促进农作物的可持续生长。同时选用的LED光源具有节能、寿命长、光效高、体积小、稳定性好等特点，并且本身不含有毒物質，不会污染农作物，是一种绿色环保的光源[1]。
目前市面上使用的太阳能LED杀虫灯虽然在一定程度上解决了虫害及有线供电问题，但仍存在很多问题。第一，不同季节不同农作物的害虫不同，害虫的趋光视敏特征曲线不同。目前市面上的杀虫灯诱捕光源的频谱单一，吸引害虫的数量有限;第二，随着农作物种植的专业化水平的提高，农田面积越来越大。对于大面积农田如果杀虫系统需人为的开启和关闭，不利于管理者对农田的管理，造成人力资源的极大浪费。同时各种趋光性作物害虫虽然都趋光，但它们的活动周期是不同的，市场上并没有针对各种趋光性害虫的生活习性进行开光控制的杀虫灯;第三，目前很多农作物都在大棚内种植，特别是一些经济型农作物，温室环境下易于农作物的生长也利用害虫的繁殖，因为温室内虫害的防治对于提高农作物的产量起着很大作用。为了适应现代农业的发展，加强农田的管理，智能温室的搭建是发展趋势。目前市面上没有专门适用于温室环境下的杀虫灯，特别是能与智能温室相配合的杀虫灯。针对上述问题，笔者研究了一种温室专用的多功能太阳能LED杀虫灯，以期为更好地实现温室环境下病虫害防治提供借鉴。
1 温室专用太阳能LED杀虫灯的组成
温室专用太阳能LED杀虫灯由太阳能电池板、LED光源阵列、高压电网、单片机主控电路（LED驱动、湿度控制、温度控制、光照控制、CO2控制）及温室传感器组成（图1）。系统的工作原理是：在单片机主控电路的控制下，温室各类传感器实时监测温室环境下的温度、湿度和光照强度，判断合适的天气及时间，白天太阳能电池板给蓄电池充电，晚上蓄电池给杀虫灯提供电力，如若有雷雨天气还能自动关闭杀虫灯的开关以免造成短路。同时单片机主控电路还与温室的供水系统、温湿度调控系统、CO2产生器相连，根据传感器监测到的温室环境数据，控制温室内的遮阳系统、保温系统、升温系统、湿窗帘/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统，创造更利于农作物生长的环境。
1.1 太阳能电池板和蓄电池 太阳能电池板是温室专用太阳能LED杀虫灯提供电源的核心部分，其作用是将太阳的辐射能转换成电能，存储在蓄电池内，克服了农田对有线电网的依赖。太阳能电池中最普遍和实用的主要有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池3种。对于南方多阴雨天气、光照不是很充足的环境下，选择性能较稳定的单晶硅太阳能电池较好。太阳能电池板功率和蓄电池容量的选择除了与灯具、负载、传感器有关外，还与杀虫灯安装的位置、常年的日照长短以及天气情况有关。蓄电池除了要满足夜晚照明使用的前提下，还要满足连续阴雨夜晚照明的使用。蓄电池的容量不能过小，否则满足不了使用，也不能过大，否则使蓄电池长期处于亏电的状态，影响寿命也造成浪费。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20%～30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载耗电高出6倍[2]。 1.2 LED光源阵列 LED光源阵列是温室专用太阳能LED杀虫灯系统中最重要的组成部分，是引诱害虫飞向杀虫灯从而进行高压捕杀的最关键部件。大棚温室下种植的农作物种类较多，相应的害虫也不同，害虫对应的视敏曲线也不同。大量试验表明，白色LED诱杀效果最强，蓝色、绿色次之，再次是黄色，最差的为红色[3-4]。为了提高杀虫灯的适用范围及杀虫效率，该杀虫灯的光源采用宽光谱的LED光源阵列，是由黄、绿、蓝、白色4种不同颜色LED所组成的阵列，每种颜色1行，每行5个为1组，4种颜色的LED通过并联组成4组阵列。同时为了进一步提高杀虫数量，每组颜色通过单片机主控电路控制LED驱动芯片使其每隔一定时间分别导通，实现多色频闪。
图1 温室专用多功能太阳能LED杀虫灯系统示意
1.3 高压电网 高压电路由555定时器、大功率管3DD15、行输出变压器、高压电网及一些电阻、电容、二极管组成。555定时器及附属电路组成多谐振荡器，产生高频率脉冲驱动大功率管导通，大功率管的集电极与行输出变压器相连，其次级能感应出高压脉冲，经过整流二极管输出近千伏的直流电压。为了避免杀虫时粘到高压电网上，该杀虫灯的高压电网设计上产生3 000～5 000 V的高压。同时为了预防雷雨天气时高压短路，可通过单片机控制继电器开关。
1.4 温室传感器 该杀虫灯设计了对农作物生长发育有关的环境温度、湿度、光照强度、CO2含量进行采集的功能，通过温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器对上述环境因素进行采集，将采集的信号转换成0～5 V的电压信号，送入A/D转换ADC0809，经过数模转换，供单片机使用。温度传感器可选用集成的温度传感器、铂电阻传感器或是数字式传感器。湿度传感器可采用热固、聚脂电容式传感头，同时内部集成了信号处理功能电路，能将相对湿度值转换成线性电压的传感器。光照传感器可选用硅太阳电池的感应元件和滤光系统构成的光照传感器。CO2传感器选用红外线气敏传感器，该传感器具有精度高、選择性好、浓度检测范围大等特点。
1.5 单片机主控电路 一个性能优越的控制电路是实现杀虫灯智能化、多功能化的关键。单片机主控电路由INTEL公司的89C52单片机、输出端口控制4组LED灯组、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器等。湿度传感器测得的电压值输入单片机，通过内部电压比较器比较，从而判断晴雨天气，从而控制LED灯组和高压电网的开关。光照传感器测得的电压值输入单片机，通过内部电压比较器比较，从而判断早晚时间，从而控制LED灯组和高压电网的开关及太阳能电池充放电控制开关。再加上温度传感器和CO2传感器测得的电压值与内部电压比较器比较，从而判断温室环境因素的变化，单片机通过控制继电器、行程开关、电机、控制开关窗、屋顶喷淋、遮阳网、滴灌，达到实时控制要求，使温室内环境因素处于相对稳定的状态，创造出利于农作物生长发育的环境。
2 结论
设计了一种温室专用的多功能太阳能LED杀虫灯，该装置采用太阳能电池作为电源，利用害虫的趋光性，通过单片机驱动4组不同颜色黄、绿、蓝、白四色LED实现多色频闪，诱使害虫飞向光源，利用高压电网捕杀。与普通的太阳能LED杀虫灯相比，该杀虫灯的光源采用了四色宽光谱光源并能四色频闪，从而引诱更多的害虫，提高杀虫数量。同时通过采集湿敏传感器和光照传感器的数据，判断晴雨天气和早晚时间，在晴天的早上该装置会自动开启太阳能电池向蓄电池充电并关闭LED灯组和高压电网，而晚上会自动开启，雷雨天气则会自动关闭LED灯组和高压电网，防止杀虫灯被雷击造成系统短路。并且，该装置还添加了温度传感器和CO2传感器，实时监测温室环境因素，如若温室环境发生变化，该装置会自动控制温室的遮阳系统、保温系统、升温系统、湿窗帘/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统，使温室环境一直处于相对稳定的状态。该装置适用于温室环境下大片农业耕种场所，且具有人性化、多功能化、节能、环保的
关键词 LED;杀虫灯;单片机
中图分类号 S477 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）32-11330-02
Design and Application of Solar Insecticidal Multifunction Lamp in Greenhouse
HUANG Meng
（College of Electrical and Information Engineering， Quzhou University， Quzhou， Zhejiang 324000）
Abstract A solar insecticidal multifunction lamp in greenhouse was designed. The insecticidal lamp uses solar battery as power， different color LED group put in order to strobe lights incentive pests and high voltage power grid as a hunting tool. A variety of greenhouse sensor was installed on the insecticidal lamp. The work status of LED， the strobe frequency， and the water supply system， temperature control system， humidity control system， generator of CO2 in greenhouse were controlled by SCM according to the data gathered by greenhouse sensor， thus a more conducive environment for the growth of crops was created.
Key words LED; The insecticidal lamp; SCM
太阳能LED杀虫灯在农作物病虫害防治中是一种绿色环保的物理防治方式，利用害虫的趋光性，LED光源采用害虫极具引诱作用的光谱，用高压电网捕杀的方式，有效地控制了害虫数量，降低了农药的使用量，促进农作物的可持续生长。同时选用的LED光源具有节能、寿命长、光效高、体积小、稳定性好等特点，并且本身不含有毒物質，不会污染农作物，是一种绿色环保的光源[1]。
目前市面上使用的太阳能LED杀虫灯虽然在一定程度上解决了虫害及有线供电问题，但仍存在很多问题。第一，不同季节不同农作物的害虫不同，害虫的趋光视敏特征曲线不同。目前市面上的杀虫灯诱捕光源的频谱单一，吸引害虫的数量有限;第二，随着农作物种植的专业化水平的提高，农田面积越来越大。对于大面积农田如果杀虫系统需人为的开启和关闭，不利于管理者对农田的管理，造成人力资源的极大浪费。同时各种趋光性作物害虫虽然都趋光，但它们的活动周期是不同的，市场上并没有针对各种趋光性害虫的生活习性进行开光控制的杀虫灯;第三，目前很多农作物都在大棚内种植，特别是一些经济型农作物，温室环境下易于农作物的生长也利用害虫的繁殖，因为温室内虫害的防治对于提高农作物的产量起着很大作用。为了适应现代农业的发展，加强农田的管理，智能温室的搭建是发展趋势。目前市面上没有专门适用于温室环境下的杀虫灯，特别是能与智能温室相配合的杀虫灯。针对上述问题，笔者研究了一种温室专用的多功能太阳能LED杀虫灯，以期为更好地实现温室环境下病虫害防治提供借鉴。
1 温室专用太阳能LED杀虫灯的组成
温室专用太阳能LED杀虫灯由太阳能电池板、LED光源阵列、高压电网、单片机主控电路（LED驱动、湿度控制、温度控制、光照控制、CO2控制）及温室传感器组成（图1）。系统的工作原理是：在单片机主控电路的控制下，温室各类传感器实时监测温室环境下的温度、湿度和光照强度，判断合适的天气及时间，白天太阳能电池板给蓄电池充电，晚上蓄电池给杀虫灯提供电力，如若有雷雨天气还能自动关闭杀虫灯的开关以免造成短路。同时单片机主控电路还与温室的供水系统、温湿度调控系统、CO2产生器相连，根据传感器监测到的温室环境数据，控制温室内的遮阳系统、保温系统、升温系统、湿窗帘/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统，创造更利于农作物生长的环境。
1.1 太阳能电池板和蓄电池 太阳能电池板是温室专用太阳能LED杀虫灯提供电源的核心部分，其作用是将太阳的辐射能转换成电能，存储在蓄电池内，克服了农田对有线电网的依赖。太阳能电池中最普遍和实用的主要有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池3种。对于南方多阴雨天气、光照不是很充足的环境下，选择性能较稳定的单晶硅太阳能电池较好。太阳能电池板功率和蓄电池容量的选择除了与灯具、负载、传感器有关外，还与杀虫灯安装的位置、常年的日照长短以及天气情况有关。蓄电池除了要满足夜晚照明使用的前提下，还要满足连续阴雨夜晚照明的使用。蓄电池的容量不能过小，否则满足不了使用，也不能过大，否则使蓄电池长期处于亏电的状态，影响寿命也造成浪费。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20%～30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载耗电高出6倍[2]。 1.2 LED光源阵列 LED光源阵列是温室专用太阳能LED杀虫灯系统中最重要的组成部分，是引诱害虫飞向杀虫灯从而进行高压捕杀的最关键部件。大棚温室下种植的农作物种类较多，相应的害虫也不同，害虫对应的视敏曲线也不同。大量试验表明，白色LED诱杀效果最强，蓝色、绿色次之，再次是黄色，最差的为红色[3-4]。为了提高杀虫灯的适用范围及杀虫效率，该杀虫灯的光源采用宽光谱的LED光源阵列，是由黄、绿、蓝、白色4种不同颜色LED所组成的阵列，每种颜色1行，每行5个为1组，4种颜色的LED通过并联组成4组阵列。同时为了进一步提高杀虫数量，每组颜色通过单片机主控电路控制LED驱动芯片使其每隔一定时间分别导通，实现多色频闪。
图1 温室专用多功能太阳能LED杀虫灯系统示意
1.3 高压电网 高压电路由555定时器、大功率管3DD15、行输出变压器、高压电网及一些电阻、电容、二极管组成。555定时器及附属电路组成多谐振荡器，产生高频率脉冲驱动大功率管导通，大功率管的集电极与行输出变压器相连，其次级能感应出高压脉冲，经过整流二极管输出近千伏的直流电压。为了避免杀虫时粘到高压电网上，该杀虫灯的高压电网设计上产生3 000～5 000 V的高压。同时为了预防雷雨天气时高压短路，可通过单片机控制继电器开关。
1.4 温室传感器 该杀虫灯设计了对农作物生长发育有关的环境温度、湿度、光照强度、CO2含量进行采集的功能，通过温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器对上述环境因素进行采集，将采集的信号转换成0～5 V的电压信号，送入A/D转换ADC0809，经过数模转换，供单片机使用。温度传感器可选用集成的温度传感器、铂电阻传感器或是数字式传感器。湿度传感器可采用热固、聚脂电容式传感头，同时内部集成了信号处理功能电路，能将相对湿度值转换成线性电压的传感器。光照传感器可选用硅太阳电池的感应元件和滤光系统构成的光照传感器。CO2传感器选用红外线气敏传感器，该传感器具有精度高、選择性好、浓度检测范围大等特点。
1.5 单片机主控电路 一个性能优越的控制电路是实现杀虫灯智能化、多功能化的关键。单片机主控电路由INTEL公司的89C52单片机、输出端口控制4组LED灯组、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器等。湿度传感器测得的电压值输入单片机，通过内部电压比较器比较，从而判断晴雨天气，从而控制LED灯组和高压电网的开关。光照传感器测得的电压值输入单片机，通过内部电压比较器比较，从而判断早晚时间，从而控制LED灯组和高压电网的开关及太阳能电池充放电控制开关。再加上温度传感器和CO2传感器测得的电压值与内部电压比较器比较，从而判断温室环境因素的变化，单片机通过控制继电器、行程开关、电机、控制开关窗、屋顶喷淋、遮阳网、滴灌，达到实时控制要求，使温室内环境因素处于相对稳定的状态，创造出利于农作物生长发育的环境。
2 结论
设计了一种温室专用的多功能太阳能LED杀虫灯，该装置采用太阳能电池作为电源，利用害虫的趋光性，通过单片机驱动4组不同颜色黄、绿、蓝、白四色LED实现多色频闪，诱使害虫飞向光源，利用高压电网捕杀。与普通的太阳能LED杀虫灯相比，该杀虫灯的光源采用了四色宽光谱光源并能四色频闪，从而引诱更多的害虫，提高杀虫数量。同时通过采集湿敏传感器和光照传感器的数据，判断晴雨天气和早晚时间，在晴天的早上该装置会自动开启太阳能电池向蓄电池充电并关闭LED灯组和高压电网，而晚上会自动开启，雷雨天气则会自动关闭LED灯组和高压电网，防止杀虫灯被雷击造成系统短路。并且，该装置还添加了温度传感器和CO2传感器，实时监测温室环境因素，如若温室环境发生变化，该装置会自动控制温室的遮阳系统、保温系统、升温系统、湿窗帘/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统，使温室环境一直处于相对稳定的状态。该装置适用于温室环境下大片农业耕种场所，且具有人性化、多功能化、节能、环保的