基于微波探测的果园智能声光驱鸟器的设计及制作

杨 敏，刘贵婷

（重庆市南川隆化职业中学校，重庆 南川 408400）

2018年6月，据网友反映，四川省蓬安县新园乡踏坡梁村一梨树园内设置了高约5 m，长约2 km的防鸟网用于防鸟，有很多不知名的鸟类在上面挣扎，希望有关部门能够介入管理，引导业主通过采用正确的方式驱鸟。据后续新闻报道，梨园的业主表示，在铺设防鸟网之前业主也曾采用放鞭炮、装驱鸟器、系彩带、敲锣等方式来驱赶进入梨园偷食梨果的鸟儿，但都不奏效。直到安装防鸟网后，才大大减少了梨园的损失。即便如此，仍有冒险飞入的鸟儿，给梨园带来近万斤（1斤=0.5 kg）的损失。传统农业种植防鸟害，多是通过编织稻草人的方式，但是已无效果。现代农业防治鸟害的方式主要有：一是果实套袋，可以防止鸟害，同时防病、虫、农药、尘埃等对果实的影响，但成本较高。二是悬挂主要成分为天然香料或化学制剂的驱鸟剂，释放出一种影响鸟类神经系统、呼吸系统的特殊清香气味，但容易受到使用环境的限制和产生化学残留。三是架设防鸟网，效果虽好但是防鸟网成本较大，同时容易伤及鸟儿性命，破坏生态平衡。四是超声波驱鸟，目前主要用于机场驱鸟、高压线驱鸟等场合，由于现有超声波驱鸟器频率固定，鸟儿容易产生适应性。五是音响驱鸟，将鞭炮声、鹰叫声、敲打声等用录音机录下来，通过不定时大音量放音的方式驱鸟，但存在需要驱鸟时驱鸟器不工作的情况。目前，也出现了大量通过智能控制与音响驱鸟相结合的智能驱鸟器，但在驱鸟的距离、智能控制方式、制作成本及鸟儿适应性方面各有优劣。

针对现有驱鸟方式及驱鸟装置存在的不足，结合本地区果园防治鸟害的实际需要，本文设计制作了一种适用于果园的智能声光驱鸟器。

1 研究目标

利用微波移动物体探测器对鸟类进行探测，当有鸟类进入探测器探测范围时，驱鸟器工作，实现探测距离约16 m。利用MP3语音解码器输出语音及红蓝爆闪灯光相结合的驱鸟方式，通过更新MP3驱鸟语音库及改变爆闪灯闪烁频率来降低鸟类适应性。

驱鸟器能够使用太阳能电池板、电池及电源适配器进行供电，适应野外长时间工作。

2 总体结构及工作原理

2.1 系统结构框图及实物图

驱鸟器的结构示意图如图1所示，实物图如图2所示。

2.2 工作原理

当鸟类进入微波移动物体探测器探测范围时，探测器输出脉冲信号到程序控制器的2脚，程序控制器进入工作模式，驱动MP3模块工作，播放已存储在TF卡中的鞭炮声、警报声及鸟类天敌的叫声、同类的哀鸣声等驱鸟音乐，MP3模块输出音频信号通过功放模块放大后经扬声器输出。同时，程序控制器驱动继电器模块工作，红蓝灯光爆闪器通电，红光LED和蓝光LED阵列交替闪烁。语音驱鸟和灯光驱鸟相结合共同驱鸟20 s，然后再次对鸟类进行探测，进入下一个工作循环。这种复合驱鸟方式对鸟类的听觉系统和视觉系统持续进行干扰和刺激。能够降低鸟类的适应性，实现有效驱鸟的目的。电源模块可以选用输出电压为12 V的太阳能电池板、电池组及电源适配器，适应野外工作环境。

3 主要器件选择

3.1 程序控制器

Arduino是一系列基于单片机的人机互动产品开发平台，由于其具有高度的模块化特点，也称为“电子积木”。Arduino的硬件平台包括基于AVR单片机的主控制电路板，以及大量的各式输入输出电子模块。Arduino有一个属于自己的基于Eclipse的IDE软件开发环境，开发语言采用类C++语言的高级语言[1]。

3.2 MH-100X微波移动物体探测模块

利用多普勒原理设计制作的微波移动物体探测器，通过检测物体反射的微波来探测物体的运动状况，不受环境温度的影响，探测距离远，灵敏度高，被广泛应用于工业、交通及民用装置中，如车辆测速、自动门、感应灯及倒车雷达等，探测距离2～16 m可调，微波发射频率10.525 GHz，能够穿透任何非金属物体，工作寿命大于100 000 h。

3.3 MP3解码模块

DY-SV5W是一款智能语音模块，共有7种工作模式，可直接驱动阻抗为4、最大功率为5 W的扬声器，支持MP3及WAV解码格式，最大支持32G TF卡存储，可通过USB数据线连接电脑更新TF卡存储音频文件。

4 控制系统设计

图3是本驱鸟器的控制程序流程图，控制程序通过中断服务程序调用相应的控制子程序来完成整个系统的控制工作。系统启动后，各电路硬件模块开始初始化。初始化完成后，微波移动物体探测器开始工作，当探测到有鸟类飞入时，微波移动物体探测器输出脉冲信号到程序控制器中，程序控制器通过设置的控制阈值判断该脉冲信号。在判断有鸟类飞入的时候，启动语音驱鸟模块，控制MP3解码器，输出驱鸟信号，经功率放大后由扬声器输出。同时启动继电器模块，驱动红蓝灯光爆闪器工作，输出交替闪烁的灯光信号进行驱鸟。语音驱鸟和爆闪灯驱鸟同时工作20 s后停止相应电路模块的工作，完成一次驱鸟动作。

5 驱鸟效果测试

5.1 试验材料及装置

试验材料包括驱鸟器一套，固定驱鸟器的长杆一根，便携式锂电池（12 V供电）1个，秒表1个，导线若干及其他材料。

5.2 试验方法

5.2.1 室内模拟试验

试验地点选择一个堆有不同物品的空旷室内场地，打开驱鸟器，用人的走动和物品的移动模拟鸟侵入探测区，观察驱鸟器工作状态，判断驱鸟器是否达到设计目标，并测量驱鸟器的有效探测范围。

5.2.2 室外试验

室外地点选择在南川区民主镇狮子村一樱桃园内，为了避免风吹动树叶对驱鸟器的影响，在架设驱鸟器时应让驱鸟器安装位置略高于果树的顶端，观察驱鸟器的工作情况，统计驱鸟器成功驱鸟次数，误报次数及驱鸟后鸟儿逃散的次数，连续观察0.5 h，每天上午、下午各1次，共观察3 d，统计结果如表1。

表1 驱鸟试验结果统计表Tab.1.Statistics of bird driving test results

5.2.3 试验结果分析

室内试验结果表明，当有移动对象出现在驱鸟器设计探测范围内时，驱鸟器能够正常启动语音驱鸟及灯光驱鸟，驱鸟20 s后，能够关闭驱鸟音乐及爆闪灯。当移动对象再次出现时，驱鸟器能够再次实现驱鸟功能。表明驱鸟器能够正常进行驱鸟，达到预期设计目标。经测量，有效探测距离约14～15 m。

室外试验结果表明，在绝大多数情况下，当鸟儿飞入探测区时，驱鸟器能够正常启动进行驱鸟，但存在着没有鸟儿飞入时驱鸟器误报的情况。驱鸟器工作后，绝大多数鸟儿逃散，但仍有少数鸟儿未能达到驱鸟的效果，总体驱鸟成功率约为87%左右。鞭炮声、敲打声及警报声驱鸟效果较差，老鹰等鸟类的天敌声驱鸟效果最好，同类的哀叫声次之。

6 结论

驱鸟器实现对鸟类的驱离功能，驱鸟效果好，实现有效探测距离约15 m。能够更新驱鸟语音库，爆闪灯能够改变闪烁频率，使鸟类不易产生适应性。

驱鸟器能够使用输出电压为12 V的太阳能电池板、便携式电池及电源适配器，适应性好。制作成本约150元/套，性能可靠，维护方便，满足设计要求。