楊 敏，劉貴婷

（重慶市南川隆化職業(yè)中學(xué)校，重慶 南川 408400）

2018年6月，據(jù)網(wǎng)友反映，四川省蓬安縣新園鄉(xiāng)踏坡梁村一梨樹園內(nèi)設(shè)置了高約5 m，長(zhǎng)約2 km的防鳥網(wǎng)用于防鳥，有很多不知名的鳥類在上面掙扎，希望有關(guān)部門能夠介入管理，引導(dǎo)業(yè)主通過(guò)采用正確的方式驅(qū)鳥。據(jù)后續(xù)新聞報(bào)道，梨園的業(yè)主表示，在鋪設(shè)防鳥網(wǎng)之前業(yè)主也曾采用放鞭炮、裝驅(qū)鳥器、系彩帶、敲鑼等方式來(lái)驅(qū)趕進(jìn)入梨園偷食梨果的鳥兒，但都不奏效。直到安裝防鳥網(wǎng)后，才大大減少了梨園的損失。即便如此，仍有冒險(xiǎn)飛入的鳥兒，給梨園帶來(lái)近萬(wàn)斤（1斤=0.5 kg）的損失。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植防鳥害，多是通過(guò)編織稻草人的方式，但是已無(wú)效果。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)防治鳥害的方式主要有：一是果實(shí)套袋，可以防止鳥害，同時(shí)防病、蟲、農(nóng)藥、塵埃等對(duì)果實(shí)的影響，但成本較高。二是懸掛主要成分為天然香料或化學(xué)制劑的驅(qū)鳥劑，釋放出一種影響鳥類神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)的特殊清香氣味，但容易受到使用環(huán)境的限制和產(chǎn)生化學(xué)殘留。三是架設(shè)防鳥網(wǎng)，效果雖好但是防鳥網(wǎng)成本較大，同時(shí)容易傷及鳥兒性命，破壞生態(tài)平衡。四是超聲波驅(qū)鳥，目前主要用于機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥、高壓線驅(qū)鳥等場(chǎng)合，由于現(xiàn)有超聲波驅(qū)鳥器頻率固定，鳥兒容易產(chǎn)生適應(yīng)性。五是音響驅(qū)鳥，將鞭炮聲、鷹叫聲、敲打聲等用錄音機(jī)錄下來(lái)，通過(guò)不定時(shí)大音量放音的方式驅(qū)鳥，但存在需要驅(qū)鳥時(shí)驅(qū)鳥器不工作的情況。目前，也出現(xiàn)了大量通過(guò)智能控制與音響驅(qū)鳥相結(jié)合的智能驅(qū)鳥器，但在驅(qū)鳥的距離、智能控制方式、制作成本及鳥兒適應(yīng)性方面各有優(yōu)劣。

針對(duì)現(xiàn)有驅(qū)鳥方式及驅(qū)鳥裝置存在的不足，結(jié)合本地區(qū)果園防治鳥害的實(shí)際需要，本文設(shè)計(jì)制作了一種適用于果園的智能聲光驅(qū)鳥器。

1 研究目標(biāo)

利用微波移動(dòng)物體探測(cè)器對(duì)鳥類進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)有鳥類進(jìn)入探測(cè)器探測(cè)范圍時(shí)，驅(qū)鳥器工作，實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離約16 m。利用MP3語(yǔ)音解碼器輸出語(yǔ)音及紅藍(lán)爆閃燈光相結(jié)合的驅(qū)鳥方式，通過(guò)更新MP3驅(qū)鳥語(yǔ)音庫(kù)及改變爆閃燈閃爍頻率來(lái)降低鳥類適應(yīng)性。

驅(qū)鳥器能夠使用太陽(yáng)能電池板、電池及電源適配器進(jìn)行供電，適應(yīng)野外長(zhǎng)時(shí)間工作。

2 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及實(shí)物圖

驅(qū)鳥器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，實(shí)物圖如圖2所示。

2.2 工作原理

當(dāng)鳥類進(jìn)入微波移動(dòng)物體探測(cè)器探測(cè)范圍時(shí)，探測(cè)器輸出脈沖信號(hào)到程序控制器的2腳，程序控制器進(jìn)入工作模式，驅(qū)動(dòng)MP3模塊工作，播放已存儲(chǔ)在TF卡中的鞭炮聲、警報(bào)聲及鳥類天敵的叫聲、同類的哀鳴聲等驅(qū)鳥音樂(lè)，MP3模塊輸出音頻信號(hào)通過(guò)功放模塊放大后經(jīng)揚(yáng)聲器輸出。同時(shí)，程序控制器驅(qū)動(dòng)繼電器模塊工作，紅藍(lán)燈光爆閃器通電，紅光LED和藍(lán)光LED陣列交替閃爍。語(yǔ)音驅(qū)鳥和燈光驅(qū)鳥相結(jié)合共同驅(qū)鳥20 s，然后再次對(duì)鳥類進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。這種復(fù)合驅(qū)鳥方式對(duì)鳥類的聽覺(jué)系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行干擾和刺激。能夠降低鳥類的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)鳥的目的。電源模塊可以選用輸出電壓為12 V的太陽(yáng)能電池板、電池組及電源適配器，適應(yīng)野外工作環(huán)境。

3 主要器件選擇

3.1 程序控制器

Arduino是一系列基于單片機(jī)的人機(jī)互動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)，由于其具有高度的模塊化特點(diǎn)，也稱為“電子積木”。Arduino的硬件平臺(tái)包括基于AVR單片機(jī)的主控制電路板，以及大量的各式輸入輸出電子模塊。Arduino有一個(gè)屬于自己的基于Eclipse的IDE軟件開發(fā)環(huán)境，開發(fā)語(yǔ)言采用類C++語(yǔ)言的高級(jí)語(yǔ)言[1]。

3.2 MH-100X微波移動(dòng)物體探測(cè)模塊

利用多普勒原理設(shè)計(jì)制作的微波移動(dòng)物體探測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)物體反射的微波來(lái)探測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)狀況，不受環(huán)境溫度的影響，探測(cè)距離遠(yuǎn)，靈敏度高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通及民用裝置中，如車輛測(cè)速、自動(dòng)門、感應(yīng)燈及倒車?yán)走_(dá)等，探測(cè)距離2～16 m可調(diào)，微波發(fā)射頻率10.525 GHz，能夠穿透任何非金屬物體，工作壽命大于100 000 h。

3.3 MP3解碼模塊

DY-SV5W是一款智能語(yǔ)音模塊，共有7種工作模式，可直接驅(qū)動(dòng)阻抗為4、最大功率為5 W的揚(yáng)聲器，支持MP3及WAV解碼格式，最大支持32G TF卡存儲(chǔ)，可通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接電腦更新TF卡存儲(chǔ)音頻文件。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3是本驅(qū)鳥器的控制程序流程圖，控制程序通過(guò)中斷服務(wù)程序調(diào)用相應(yīng)的控制子程序來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的控制工作。系統(tǒng)啟動(dòng)后，各電路硬件模塊開始初始化。初始化完成后，微波移動(dòng)物體探測(cè)器開始工作，當(dāng)探測(cè)到有鳥類飛入時(shí)，微波移動(dòng)物體探測(cè)器輸出脈沖信號(hào)到程序控制器中，程序控制器通過(guò)設(shè)置的控制閾值判斷該脈沖信號(hào)。在判斷有鳥類飛入的時(shí)候，啟動(dòng)語(yǔ)音驅(qū)鳥模塊，控制MP3解碼器，輸出驅(qū)鳥信號(hào)，經(jīng)功率放大后由揚(yáng)聲器輸出。同時(shí)啟動(dòng)繼電器模塊，驅(qū)動(dòng)紅藍(lán)燈光爆閃器工作，輸出交替閃爍的燈光信號(hào)進(jìn)行驅(qū)鳥。語(yǔ)音驅(qū)鳥和爆閃燈驅(qū)鳥同時(shí)工作20 s后停止相應(yīng)電路模塊的工作，完成一次驅(qū)鳥動(dòng)作。

5 驅(qū)鳥效果測(cè)試

5.1 試驗(yàn)材料及裝置

試驗(yàn)材料包括驅(qū)鳥器一套，固定驅(qū)鳥器的長(zhǎng)桿一根，便攜式鋰電池（12 V供電）1個(gè)，秒表1個(gè)，導(dǎo)線若干及其他材料。

5.2 試驗(yàn)方法

5.2.1 室內(nèi)模擬試驗(yàn)

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇一個(gè)堆有不同物品的空曠室內(nèi)場(chǎng)地，打開驅(qū)鳥器，用人的走動(dòng)和物品的移動(dòng)模擬鳥侵入探測(cè)區(qū)，觀察驅(qū)鳥器工作狀態(tài)，判斷驅(qū)鳥器是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，并測(cè)量驅(qū)鳥器的有效探測(cè)范圍。

5.2.2 室外試驗(yàn)

室外地點(diǎn)選擇在南川區(qū)民主鎮(zhèn)獅子村一櫻桃園內(nèi)，為了避免風(fēng)吹動(dòng)樹葉對(duì)驅(qū)鳥器的影響，在架設(shè)驅(qū)鳥器時(shí)應(yīng)讓驅(qū)鳥器安裝位置略高于果樹的頂端，觀察驅(qū)鳥器的工作情況，統(tǒng)計(jì)驅(qū)鳥器成功驅(qū)鳥次數(shù)，誤報(bào)次數(shù)及驅(qū)鳥后鳥兒逃散的次數(shù)，連續(xù)觀察0.5 h，每天上午、下午各1次，共觀察3 d，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

表1 驅(qū)鳥試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.1.Statistics of bird driving test results

5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)有移動(dòng)對(duì)象出現(xiàn)在驅(qū)鳥器設(shè)計(jì)探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，驅(qū)鳥器能夠正常啟動(dòng)語(yǔ)音驅(qū)鳥及燈光驅(qū)鳥，驅(qū)鳥20 s后，能夠關(guān)閉驅(qū)鳥音樂(lè)及爆閃燈。當(dāng)移動(dòng)對(duì)象再次出現(xiàn)時(shí)，驅(qū)鳥器能夠再次實(shí)現(xiàn)驅(qū)鳥功能。表明驅(qū)鳥器能夠正常進(jìn)行驅(qū)鳥，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。經(jīng)測(cè)量，有效探測(cè)距離約14～15 m。

室外試驗(yàn)結(jié)果表明，在絕大多數(shù)情況下，當(dāng)鳥兒飛入探測(cè)區(qū)時(shí)，驅(qū)鳥器能夠正常啟動(dòng)進(jìn)行驅(qū)鳥，但存在著沒(méi)有鳥兒飛入時(shí)驅(qū)鳥器誤報(bào)的情況。驅(qū)鳥器工作后，絕大多數(shù)鳥兒逃散，但仍有少數(shù)鳥兒未能達(dá)到驅(qū)鳥的效果，總體驅(qū)鳥成功率約為87%左右。鞭炮聲、敲打聲及警報(bào)聲驅(qū)鳥效果較差，老鷹等鳥類的天敵聲驅(qū)鳥效果最好，同類的哀叫聲次之。

6 結(jié)論

驅(qū)鳥器實(shí)現(xiàn)對(duì)鳥類的驅(qū)離功能，驅(qū)鳥效果好，實(shí)現(xiàn)有效探測(cè)距離約15 m。能夠更新驅(qū)鳥語(yǔ)音庫(kù)，爆閃燈能夠改變閃爍頻率，使鳥類不易產(chǎn)生適應(yīng)性。

驅(qū)鳥器能夠使用輸出電壓為12 V的太陽(yáng)能電池板、便攜式電池及電源適配器，適應(yīng)性好。制作成本約150元/套，性能可靠，維護(hù)方便，滿足設(shè)計(jì)要求。