智能農(nóng)用大棚捕蟲器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究＊

張國恩，張志浩，陳為樹，龐陳尚清，張坤，王淑芳

（山東華宇工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253034）

1 引言

現(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)的捕蟲器形式多樣，最普遍的類型的就是利用紫外線誘蟲依靠電擊的方式將害蟲消滅[1]。這種捕蟲器雖然殺蟲效果較好，但需要的電壓高，并且在其發(fā)揮誘蟲作用的范圍內(nèi)害蟲的密度低或者沒有害蟲時(shí)捕蟲器依然工作[6]，這就造成了一定的電能損耗，既浪費(fèi)了資源又不利于環(huán)保，而且傳統(tǒng)的捕蟲器需要人工定期進(jìn)行清理，使用不方便，在節(jié)能環(huán)保方面并不具有優(yōu)勢，并且價(jià)格昂貴。因此我們?cè)趥鹘y(tǒng)捕蟲器的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究并改進(jìn)。

本課題研究設(shè)計(jì)的智能農(nóng)用大棚捕蟲器可以做到利用紅外感應(yīng)系統(tǒng)檢測周圍飛蟲的密度，當(dāng)誘蟲燈周圍聚集的害蟲達(dá)到一定密度時(shí)，噴霧系統(tǒng)將噴射一定量的殺蟲劑達(dá)到消滅大棚內(nèi)害蟲的效果。能夠以快速、高效、節(jié)能環(huán)保的殺蟲方式緩解農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)害蟲侵害農(nóng)作物的問題。當(dāng)周圍引誘的害蟲達(dá)到一定密度時(shí)捕蟲器工作，周圍害蟲密度低或者沒有害蟲時(shí)設(shè)備暫時(shí)停止工作。達(dá)到用少量的藥物達(dá)到最高效的殺蟲效果，同時(shí)減少人工定期噴藥節(jié)省了人力，使大棚種植更環(huán)保，更綠色，更智能化。

2 智能農(nóng)用大棚捕蟲器的組成及工作原理

智能農(nóng)用大棚捕蟲器可根據(jù)飛蟲密度來控制紅外傳感系統(tǒng)。紅外線感應(yīng)器經(jīng)過感應(yīng)外界昆蟲的密度，當(dāng)達(dá)到一定密度時(shí)，經(jīng)過ECU 計(jì)算出數(shù)據(jù)向傳感器發(fā)射信號(hào)，傳感器接受到的信號(hào)傳到到噴射系統(tǒng)，噴射系統(tǒng)將容器中的殺蟲劑來噴射出來，等噴射器工作一段時(shí)間后，紅外線感應(yīng)器感應(yīng)外界昆蟲密度降低，再由傳感器傳到噴射系統(tǒng)，由控制器停止噴射器的工作，以此往復(fù)循環(huán)。

本裝置主要由紅外線傳感器，單片機(jī)，農(nóng)藥噴霧系統(tǒng)，燈光系統(tǒng)，蓄電池組成。

圖1 智能大棚捕蟲器工作原理圖

圖2 智能大棚捕蟲器結(jié)構(gòu)示意圖

3 一定時(shí)間段內(nèi)燈光波長對(duì)昆蟲密度的研究試驗(yàn)

昆蟲之所以能夠在黑天時(shí)往發(fā)光的物體聚攏是因?yàn)槔ハx具有趨光性，各種昆蟲對(duì)不同的光波有不同的反應(yīng)[2]。在有趨光性的生物中也分為正趨光性與負(fù)趨光性，只有擁有正趨光性的才會(huì)靠近光源。大多數(shù)對(duì)植物有害的昆蟲表現(xiàn)出正趨光性，如葉蛾、螟蛾、葉蟬、飛虱等。夜行性的昆蟲趨光性與其導(dǎo)向方式有關(guān)[3]。在沒有燈光的夜間昆蟲以月光作為導(dǎo)航，月光的光線基本上是平行的，昆蟲只要跟光線保持一定的角度就能飛出筆直的直線[4]。當(dāng)夜間昆蟲遇到人工燈光時(shí)，會(huì)將人工燈光誤認(rèn)為月光。由于燈光的發(fā)光方向是輻射式的，所以昆蟲會(huì)圍繞著燈光光源飛行[5]。昆蟲在光源周圍繞行為了保持角度不變，因此昆蟲以等角螺旋線的形狀在光源附近飛行[7]。

圖3 新型農(nóng)用大棚捕蟲器實(shí)物圖

圖4 昆蟲繞光源等角螺旋線飛行示意圖

經(jīng)過在大棚內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的燈光波長吸引不同的昆蟲，在實(shí)驗(yàn)中分別利用320nm-390nm 的黑色光、350nm-490nm 的藍(lán)色光、625nm-670nm 的黃色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)320nm-390nm 的黑色燈光所引誘的昆蟲數(shù)量更多，大棚中像飛蛾，甲蟲，密蟲等對(duì)植物有害的昆蟲對(duì)該色燈光的趨光性更加明顯，因此用黑色燈光更能達(dá)到吸引昆蟲的目的。

表1 一定時(shí)間段內(nèi)不同燈光波長下害蟲捕殺數(shù)量

考慮到夏季是昆蟲繁殖能力最強(qiáng)也是活動(dòng)最頻繁的季節(jié)，并且此季節(jié)也是植物生長最旺盛的階段，因此選擇在六月下旬進(jìn)行試驗(yàn)。昆蟲在一天的時(shí)間范圍當(dāng)中晚上活動(dòng)最為活躍，因此我們選擇的在一天當(dāng)中的晚上19：00-23：00 此時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)地點(diǎn)選擇面積在1200 m2種植蔬菜的農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以在19：00-23：00 這段時(shí)間內(nèi)每小時(shí)所殺死害蟲的只數(shù)計(jì)算。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

根據(jù)時(shí)間與燈光波長的相互變化，智能農(nóng)用大棚捕蟲器捕蟲效果統(tǒng)計(jì)圖：

圖4 相同時(shí)間內(nèi)采用不同燈光波長捕蟲效果柱狀圖

圖5 采用相同燈光波長條件下在不同時(shí)間段內(nèi)捕蟲效果柱狀圖

4 試驗(yàn)結(jié)論

據(jù)試驗(yàn)，時(shí)間也對(duì)昆蟲上燈的密度有影響，傍晚昆蟲上燈的數(shù)量最少。燈光周圍密度最多的時(shí)間段是在晚上19：30到23：00，此時(shí)誘蟲燈周圍的昆蟲密度最高。因此經(jīng)過幾天反復(fù)的試驗(yàn)，得出利用黑光燈發(fā)出320nm-390nm 紫外光線波長，在21：00-22：00 時(shí)間段內(nèi)昆蟲的密度最大，此時(shí)捕蟲器的捕蟲效果達(dá)到最佳。智能農(nóng)用大棚捕蟲器工作效果良好，可以達(dá)到最初設(shè)計(jì)目的。