农用多色智能太阳能灭虫灯的设计

王慧敏朱哲袁粼

（1 塔里木大学信息工程学院，新疆 阿拉尔 843300；2 塔里木大学机械电气化工程学院）

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对农业生产的危害非常重要。传统的灭虫方式存在不少弊端，随着时代经济和科学技术不断进步与发展，杀虫技术有了质的飞跃，灭虫灯顺势而生。

目前太阳能灭虫灯大部分只能用于果园，并且范围比较小，难以满足农业生产工作的需量，但太阳能杀虫灯在杀虫的过程不会产生任何有毒物质、任何残留物质，保护各种害虫的天敌和益虫，不像农药等剧毒化学物质污染空气、水源、土壤和杀死益虫、蛙和鸟类，因此，逐步恢复当地生态平衡。为了进一步降低病虫害，需要提高太阳能虫灯技术，发展国产品牌太阳能灭虫灯，而且要研发人工智能类型的太阳能灭虫灯，使太阳能灭虫灯能够根据昆虫种类自动调节光波和色光，可以诱杀更多的害虫，从而有效提高灭虫效率。

1 前期调查与试验

面对突出的虫害问题，主要采用以下几个方法：传统农药喷洒、灭虫灯和色板诱杀技术。随着人们对食品的安全意识不断增强，对绿色、无害化蔬菜的需求和保护生态环境的意识日益增加，人们需要一种既能杀虫而又无害的除虫方式。

色板诱杀技术利用趋色性在田间诱捕飞翔的害虫，使其附着于有色粘虫板上致其死亡，从而达到防治害虫的目的[2]。是一种新的技术手段，其局限性是：色板具有持效性，但时效性差，在虫害爆发期，防治效率不佳、在诱捕害虫时对益虫存在副作用。

太阳能灭虫灯能够根据昆虫的趋光性特点诱集并消灭昆虫，从而有效防治病虫害、降低害虫指数。而市面上的太阳能灭虫灯统一使用的是长波紫外光，工作时存在部分害虫不能被诱杀的不足。

2 整体设计及工作原理

2.1 整体设计

针对现有灭虫灯颜色单一、对害虫吸引不够有效、控制功能不够全面等不足，从色板诱杀和灭虫灯技术得到启发，将这2 种技术相结合，研发一种农用多色智能的太阳能灭虫灯，目的是采用绿色无污染的方式解决农业生产过程中的灭虫问题，提高灭虫效率。符合推进生态文明、建设美丽乡村的发展要求。

农用多色智能太阳能灭虫灯是由灯体和控制电路组成，灯体由太阳能部分、灯体部分、控制部分3 部分组成。灯体部分包括防雨盖、高压电网、接虫装置，结构示意图如图1 所示：

对应元器件：1-控制盒，2-开关，3-灯底座，4-高压电网，5-连接杆，6-太阳能电池板，7-灯顶盖，8-多色灯，9-灯罩，10-灯骨架，11-紫光灯。

如图1 所示，为多色灭虫灯的主体部分。灭虫灯主要由上端的太阳能部分6，居中的灯体部分和底部的控制部分1组成。其中灯体部分包括一支撑架10、在支撑架每一面上安装有上下2 个灯罩9、上方4 个灯罩，9 内部安装有多色灯8,下方灯罩9 中安装有紫光灯11，外围设有高压电网4，用于杀死靠近的害虫、转向轴心部被一根连接杆5 贯穿，连接杆上方连接顶部的太阳能板6，下方连接位于底部的控制部分1。其中控制盒1 中装有蓄电池、其表面连接检测是否降雨的雨控装置和检测周围光暗程度光控装置。

图1 结构示意图

灯体部分的设计原理充分考虑了害虫的趋光性和趋色性，在灯体四面设置2 组多色灯，上方为红、黄、蓝、绿色灯，下方全部设置紫光灯，在灯体四周布置具有聚光和隔离效果的灯罩。外围设置高压电网，起到灭虫效果。

控制部分使用五一单片机实现多色电路控制，传感装置控制包括降雨传感模块和光敏传感模块。在顶部设有太阳能发电装置和蓄电池等装置。太阳能部分提供产品所需的全部电能，既节约经济成本、降低布置难度；又符合节能减排的大趋势。

设置连接杆贯穿灯体，在上方连接太阳能电池板，在下方连接底部的控制盒。并且安装有应急蓄电池和报警装置，以便更好保护装置，出现故障时能够及时发现。

2.2 控制装置设计

利用底部控制部分有效选择蓄电池供电，也可以解决蓄电池无法供电等问题。同时利用控制电路中的电压采集电路和切换电路，基于电压采集电路和控制部分检测到的数据，通过切换电路达到不同功率、不同输出光源间的切换，最终减少电能损耗的目的（如图2）。

图2 简易控制图

考虑到农田中的害虫普遍具有昼伏夜出的习性，所以，在控制盒中设有光控开关，在白天利用顶端的太阳能板对控制盒中蓄电池进行充电，同时控制光源熄灭，从而达到节约电能的目的。到了夜间，控制部分蓄电池放电，多色灯和紫光灯工作，开始引诱害虫并由外部设有的高压电网灭杀。为防止高压电网在阴雨天触水发生短路等意外情况，所以，在控制盒表面连接了雨控装置，在阴雨天气时可及时切断电流供应，最大程度保证了使用寿命。而且在控制系统中还增加了定时装置，阴天时可以在晚上让灭虫灯工作。

3 创新与特色

智能灭虫灯工作高效又环保，充分利用了害虫的趋光性和趋色性特点，不同于传统的太阳能灭虫灯只是单一的利用紫外线光源吸引害虫，而是采用了多色灯与紫光灯的配合引诱更大数量，更多种类的害虫，之后利用高压电网达到灭杀害虫的目的。多色灯的选择上充分参考色板诱杀实际情况，所以，在灭杀害虫时具有较高针对性，从而提高灭虫的效果。灯体部分设有紫外线光源和其他多色光源，光源外围设有高压电网，通过多色光源引诱害虫接触高压电网，从而达到消灭害虫的目的。

4 试验结果与效果

经过重复多次的试验，大量数据证明，该产品扩大了杀灭的害虫种类。多色智能太阳能灭虫灯能够诱杀害虫种类共有120 种，涉及30 科的昆虫，发挥了良好的灭虫效果，该产品对农业生产中的常见害虫都有杀灭效果。对试验粮食场地的灭虫数量分析，单一该产品灯灭虫数量为1532 头，灭虫质量上达到275g，可见其灭虫效果十分显著。每盏杀虫灯有效控制面积平均可达2.33hm2，一次投资可连续使用7 年，每667m2/年节省药、人工费1500 元；保护天敌，维护生态平衡。

5 结论

本研究基于多色灯引虫灭虫的设计思想，充分利用太阳能绿色安全性能，设计了农用多色智能太阳能灭虫灯，得到以下2 个结论：

（1）多色智能灭虫灯以智能控制装置和多色引虫，充分利用害虫生活习性，从而达到杀灭成虫、降低害虫田间产卵量、减少害虫基数、减少农药残留的目的。

（2）多色智能太阳能灭虫灯，在能源供应方面利用太阳能和蓄电池实现供电方式转换，安全绿色，节能环保。实用价值高，应用范围广，市场前景广阔。