一种防治茶小绿叶蝉的定向声控装置的制作方法

1.本发明属于农业病虫害防治技术领域，特别是涉及一种防治茶小绿叶蝉的定向声控装置。


背景技术：

2.茶小绿叶蝉是我国茶园的主要害虫之一，该虫一般多躲于叶背为害，嫩梢、杂草中较多。间作不合理的茶园最易发生，在时晴时雨的气候条件下最易发生成灾。茶小绿叶蝉一般年发生 8～10 代，为害时间长(主要危害期每年 5～9 月)，以成虫、若虫刺吸茶树嫩梢汁液，消耗养分与水分，同时雌虫产卵于嫩梢组织内，使芽生长受阻，给夏秋茶生产带来较大的影响。近几年该虫连续发生较重，受害茶树表现芽叶萎缩、硬化，叶缘或叶尖枯焦，严重影响了茶叶的产量和品质。
3.茶小绿叶蝉种群间主要依靠鸣声通讯，即通过足或口针将鸣声信号传至停栖植物，再由植株叶片传递给栖停在同一植株或互相接触的不同植株上的同类。研究发现，小绿叶蝉雄成虫羽化后3日龄即开始鸣叫，鸣声在羽化后5～7日龄时较频繁，由雌雄虫交配前的求偶声特征可以看出，小绿叶蝉两性个体在交配前一定伴有密集且高频率的鸣声产生，鸣声是交尾发生的前奏曲。
4.申请号为201710819187.1 的发明专利申请“一种茶园假眼小绿叶蝉的物理灭杀装置和方法”，提出一种茶园假眼小绿叶蝉的物理灭杀装置，通过在茶小绿叶蝉日求偶和交尾活跃期发射无规噪声，干扰、阻断假眼小绿叶蝉雄雌虫间通讯，干扰雄雌虫间定位，进而控制虫害繁殖，实现茶园小绿叶蝉的物理防控。经近几年的田间试验，验证其效果显著。但同时出现了环境噪声污染问题，对邻近居民的生活和茶园施工、茶园管理及采茶人员造成了一定的影响。本发明针对茶园小绿叶蝉声控装置噪声污染问题，提出了一种全新的设计思想，基于强指向阵列，再配合吸波反射罩体和可减载声屏障设计，使声波定向可控发射，形成对环境友好的茶园小绿叶蝉声控方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种防治茶园小绿叶蝉的定向声控装置，通过指向性发射阵列、反射罩、吸音和可减载声屏障设计，使声波装置全天候定向可控发射，在有效干扰小绿叶蝉的交配，阻断其繁殖的同时，消除对茶园施工人员和对周边居民的噪声干扰。
6.本发明所采用的技术方案是，一种茶园小绿叶蝉定向声控装置，包括固定法兰1，用以把声控装置固定在支架上；金属保护网罩2，表面喷环保漆处理的金属冷轧钢网，保护微小昆虫进入发射罩内；t型应变片3，粘贴在固定法兰1的下端，用以测量风作用于声波反射罩4时固定法兰下沿的迎风面和切向应变值。当测量应变值大于8
µ
m/m时，控制电机7a驱动密封转动圆盘7b，转动圆盘7b带动自泄压声屏障叶板开启，增加气流通过量，减小风阻力，增强定向声控装置的稳定性。声波发射罩4为抛物面形，由内、外层护板、内、外层铝微穿孔板、岩棉吸声夹层构成，声波反射罩4主要是通过反射方式将声波汇聚向正前方传播，并
有效抑制声波的后向透射传播。声波发射阵列5为强指向性4元平面阵列，4单元压缩驱动器54正方形排列，通过空间增益形成强指向性声源。声波发射阵列5与驱动电路9相连。吸声板6为闭孔泡沫铝板，是一种在金属铝基体中分布有无数闭合气孔的多孔质材料，具有较好的吸声减噪性能。通过对闭孔泡沫铝进行规则性打孔的处理方法，还可以增强吸声性能。调整孔径和泡沫铝板密度，可使减噪频率范围向高频或低频偏移。自泄压声屏障7为可由微电机控制风透过量的泄压叶板，当t型应变片3测量的应变值小于8
µ
m/m时，叶板全封闭，使声波发射阵列后方隔声效果达到60db以上；当t型应变片3测量的应变值大于8
µ
m/m，控制电机7a驱动密封转动圆盘7b，转动圆盘7b带动泄压叶板开启，通过控制泄压叶板的偏置角调整气流通过量，减小定向声控装置的风阻力，增强设备的抗风能力和稳定性。天线8为物联网控制模块的发射天线，负责声控终端与路由器间的通讯。控制电路9主要由9a和9b构成，9a为声波发射阵列的功率放大模块，首先音频信号源输入的音频信号经运算放大器放大处理后，输出给后续电路进行a/d转换和pcm编码；采用数字编码器控制技术，通过级联线将编码器信号传入不同模块，实施统一的音量控制。前级音频放大控制电路还提供了单片机在线更新代码接口和功放参数设置接口，错误状态指示点亮时显示功放有短路，过载，过温保护。
7.音频处理器通过音频dsp324进行数字并行计算和参数设置，对输入的音频信号实施延时调节，实现对音频信号的pwm调制，并对音频数据流进行调整后输出给后端电路，后端电路利用经调制后的i2s音频数据流驱动mosfet功率管进行放大，再通过低通滤波器还原出放大后的原始音频信号，经由声波发射阵列5的压缩驱动器产生大功率虫害防控音频信号。9b为基于 wifi 的智能控制电路。电路系统由手机客户端、服务器和基于 wifi的无线模块客户端三个部分组成。首先编写一个手机 app 程序，通过 tcp /ip 协议连接到 internet 网络；设计交互操作界面，通过 app 程序发送数据给服务器。服务器接收手机客户端发送来的数据，并进行数据存储，然后将手机客户端发送来的数据发送给基于 wifi 的无线模块客户端。
8.基于 wifi 的无线模块，通过 tcp /ip 协议连接服务器，根据接收到的手机客户端发送来的数据，识别后通过控制继电器来实现控制声波发射阵列的压缩驱动器的通断、音源播放种类和音量调节。声控系统整机固定在支撑架10上。声控装置的电源可以为12v太阳能电源，也可以是农用市电。
附图说明
9.图1本发明实施例中防治茶小绿叶蝉的定向声控装置结构示意图。
10.图2为本发明实施例中声波反射罩结构图。
11.图3为本发明实施例中声发射阵列安装结构图。
12.图4为本发明实施例中闭孔泡沫铝板吸声板结构图。
13.图5为本发明实施例中的自泄压声屏障结构图。
14.图6为本发明实施例中的声波发射阵列的功率放大模块原理框图。
15.图7为本发明实施例中的装置系统控制电路图。
16.图中，1.固定法兰，2.金属保护网罩，3.t型应变片，4.声波反射罩，5.声波发射阵列，6.闭孔泡沫铝吸声板，7.自泄压叶板声屏障，8.天线，9.控制和放大电路，10.支架；41.
内层护面板，42.内外层铝微穿孔板，43.岩棉吸声夹层，44.外层防护板；51.阵列壳体，52.四连体反射式辐射器，53.内连接板，54.压缩驱动器，55.压缩驱动器罩，56.压线块，57.阵列网板，58.网板压环；7a.变频微电机,7b.密封转动盘,7c.叶板；9a.功率放大模块，9b.智能控制电路。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
18.本发明的一种防治茶小绿叶蝉的定向声控装置，如图1所示，固定法兰1，用以把声控装置固定在支架10上；金属保护网罩2，为表面喷环保漆处理的金属冷轧钢网，防止微小昆虫进入发射罩并兼具防尘功能；t型应变片3，为两个彼此呈 90
°
排列的测量栅丝，粘贴在固定法兰1的下端，用以测量装置迎风面法兰下沿的应变值。进一步地，本发明中，当t型应变片3测量值大于8
µ
m/m时，控制电路9指令泄压控制电机7a驱动密封转动圆盘7b，转动圆盘7b带动泄压叶板开启，增加气流通过量，减小风阻力，增强声控装置的稳定性。声波反射罩4除约束声波发射阵列5的声波后向传播外，主要是通过反射方式将声波汇聚向正前方传播。吸声板6为闭孔泡沫铝板，具有优良的吸声减噪性能，在对泡沫铝进行规则性打孔后吸声系数有明显变化，吸声峰值随孔径增大向低频迁移，大小基本没有变化，降噪系数随打孔率增大呈依次增大的趋势。天线8为物联网模块的发射天线，负责声控终端与路由器间的通讯。控制电路9主要由功率放大模块9a和基于wifi的智能控制电路9b组成。
19.如图2所示，声波反射罩4由内层护面板41、内外层铝微穿孔板42、岩棉吸声夹层43和外层防护板44构成。进一步地，外层防护板44为密度2.7g/mm
³
的铝板，内外两层微穿孔板42上均布孔径为0.6mm的微孔，内层护板41采用0.5mm厚的微孔氧化铝板，微孔孔径为0.5mm，微孔面积占罩板总面积的1%-4%，岩棉吸声夹层厚度25mm，体积密度0.02g/mm
³
。
20.如图3所示，声波发射阵列5由矩形阵列壳体51、反射式辐射器52、内连接板53、压缩驱动器54、压缩驱动器罩55、压线块56、阵列网板57和网板压环58组成。进一步地，阵列壳体51由碳纤维材料制作，背部固定在闭孔泡沫铝吸声板6上，四连体反射式辐射器52为防辐射薄板材吸塑成型，嵌接在壳体51中，高灵敏度压缩驱动器54通过内连接板53与辐射器51连接，压缩驱动器54背部连接有压缩驱动器罩55，压缩驱动器罩55的过渡曲面避免反射式辐射器52反射的声波产生绕射导致声场紊乱，提高声波辐射效率。压线块56固定压缩驱动器罩55的信号线，网板57内侧贴有音箱网布，起防虫和防尘作用。因为4元反射式辐射器以正方形排列，其背板的障板效应和空间增益，使声波发射阵列5的发射声波具有较强指向性，测试结果表明，波束角（
±
3db）不大于20度。
21.如图4所示，吸声板6是一种在金属铝基体中分布有无数闭合气孔的多孔质材料，具有优良的吸声减噪性能。本实施例中材料密度为0.2 g／cm
³
～0.3 g／cm
³
，厚度10mm～15 mm。因为材料的闭孔型结构对其吸声性能有一定的限制，进一步地，本实施例中通过在闭孔泡沫铝上进行规则性打孔来增强吸声性能。打孔方式有正方形、长方形和三角形等多种，其中以正方形排列方式打直径1.5mm～2.5mm的通透圆孔，打孔率为2％时，对800hz频率声波的吸声峰值为0.95，减噪系数0.4，半峰宽值700hz。当材料厚度10mm、孔径2.5mm时，对700hz频率声波的吸声峰值为0.94，减噪系数0.43，半峰宽值650hz。根据不同虫情发射的频率特性变化，本实施例通过调整孔径和泡沫铝板密度，使减噪频率范围向高频或低频偏移。但测
试结果表明，孔径2.5 mm吸声效果最佳。
22.如图5所示，自泄压声屏障7由变频微电机7a、密封转动盘7b和叶板7c组成。根据t型应变片3的测试值，控制电路9给变频微电机7a指令，通过改变叶板7c的偏置角度调节风透过量。本实施中，当t型应变片3测量值小于8
µ
m/m时，叶板全封闭，此时隔声效果最佳。进一步地，试验测试，本发明的定向声控装置后方声压级比前方缩衰减达60db以上。当t型应变片3测量值大于8
µ
m/m，控制电机7a驱动密封转动圆盘7b，转动圆盘7b带动叶板7c偏转，偏转角与应变测量值成一定的函数关系，通过叶板7c偏置角的变化调节装置的气流通过量，减小定向声控发射装置的风阻力，增强设备的抗风能力和稳定性。
23.如图6所示，控制电路9主要由9a和9b构成，9a为声波发射阵列的功率放大模块，首先音频信号源输入的音频信号经运算放大器放大处理后，输出给后续电路进行a/d转换和pcm编码；9b为基于 wifi 的智能控制电路。
24.前级运算放大器可以单独成为独立系统，也可以模块间级联，实现主从控制模式，其提供的音源输入级联接口，当音频信号源输入时，得到可以级联到其他模块的差分信号，将当前处理模块与从模块的级联接口采用屏蔽线对应连接，本实施例中为4路输出，可以扩展到64路输出。为保证各模块音量控制的一致性，采用数字编码器控制技术，避免使用模拟控制音量带来的各种干扰和不稳定性现象，通过级联线将编码器信号传入不同模块，实施统一的音量控制。前级音频放大控制电路还提供了单片机在线更新代码接口和功放参数设置接口，错误状态指示点亮时显示功放有短路，过载，过温保护。
25.音频处理器通过音频dsp324进行数字并行计算和参数设置，同时结合声波发射阵列的设计，对输入的虫害防控音频信号实施延时调节，实现对虫害防控音频信号的pwm调制，并对音频数据流进行调整后输出给后端电路，后端电路利用经调制后的i2s音频数据流驱动mosfet功率管进行放大，再通过低通滤波器还原出放大后的原始音频信号，经由声波发射阵列5的压缩驱动器产生大功率虫害防控音频信号。本实施例中采用数字式pwm调制方式将模拟信号进行脉冲编码调制, 得到的音频数据流通过专门的d2-81400音频数字信号处理芯片，d2-81400音频数字信号处理芯片为低损耗、高速的场效应管栅极驱动的单片式集成驱动器，开关频率理论上可达1 mhz，将输入信号转换成4路独立的pwm控制信号，每两路通过pwm驱动去控制功率mosfet构成的h桥，开关时上升/下降时间在仅l0ns左右的情况保证了其高速、高效率转换和高保真的特点。d2-81400音频数字信号处理芯片具有在线编程的功能，对于音质的处理，如音量，频响，音调，混响等参数，可通过芯片的jtag接口与电脑连接来实现在线调节，调节完成后通过电脑下载并固化在其自带e2prom中，能够更加灵活的进行各种功能设计和音频的各种特色的配置。
26.如图7所示，9b为基于 wifi 的智能控制电路。电路系统由手机客户端、服务器和基于 wifi的无线模块客户端三个部分组成。首先编写一个手机 app 程序，通过 tcp /ip 协议连接到 internet 网络; 设计交互操作界面，通过 app 程序发送数据给服务器。服务器接收手机客户端发送来的数据，并进行数据存储，然后将手机客户端发送来的数据发送给基于 wifi 的无线模块客户端。本实施例中无线模块选用 hf-lpb100wifi，采用 cortex-m3 内核的arm作为主控芯片，控制 wifi 模块。通过 tcp /ip 协议连接服务器，然后接收手机客户端发送来的数据，识别后通过控制继电器来实现控制声波发射阵列的压缩驱动器的通断、音源播放种类和音量调节。声控系统整机固定在支撑架10上。声控装置的电
源可以为12v太阳能电源，也可以是农用市电。
27.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。