基于51式單片機(jī)的音頻驅(qū)鼠器設(shè)計

摘要：文章采用仿生學(xué)原理、熱釋電紅外感應(yīng)原理，運用51式單片機(jī)，設(shè)計并實現(xiàn)了一款新型驅(qū)鼠器設(shè)計。通過對鼠類生理特點的研究以及現(xiàn)存驅(qū)鼠方法的分析與比較，確定了驅(qū)鼠器的總體設(shè)計。驅(qū)鼠器共分為四大模塊一電源模塊、感應(yīng)模塊、控制模塊和音頻模塊。通過詳細(xì)的規(guī)劃，最終有效地實現(xiàn)了音頻驅(qū)鼠電路。
關(guān)鍵詞：仿生學(xué)；熱釋電紅外感應(yīng)；單片機(jī)；驅(qū)鼠

0 引言
長期以來，老鼠對家庭生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成很大困擾。然而，現(xiàn)存的機(jī)械法、化學(xué)藥物法以及生物防治等，都存在著比較明顯的缺點。機(jī)械滅鼠的缺陷體現(xiàn)在，當(dāng)受到過這種器械傷害之后，老鼠會對這種器械保持很深的記憶，避免傷害再次發(fā)生。對于化學(xué)藥物的長期使用，不僅會造成環(huán)境污染，甚至對人體也存在一定的危害。而對于生物防治，其控制力度難以把握，故而效果不太理想。所以，需要一種更加科學(xué)、環(huán)保而有效的產(chǎn)品來實現(xiàn)驅(qū)鼠功能。市面上現(xiàn)存的電子驅(qū)鼠產(chǎn)品電路設(shè)計復(fù)雜，成本較高，因此，基于51式單片機(jī)的音頻驅(qū)鼠器應(yīng)運而生。

1 音頻驅(qū)鼠器的總體設(shè)計
驅(qū)鼠器的設(shè)計總體分為四個模塊，即電源模塊、感應(yīng)模塊、控制模塊和音頻模塊。電源模塊為整個系統(tǒng)提供+5v的直流電源，支撐驅(qū)鼠器的整體運作。熱釋電紅外感應(yīng)模塊用來感應(yīng)鼠類的入侵?？刂颇K則采用51式單片機(jī)編程進(jìn)行時鐘控制。音頻模塊產(chǎn)生貓叫聲驚嚇鼠類，超聲波使鼠類產(chǎn)生煩躁不安、身體不適等癥狀，在雙重作用下，達(dá)到驅(qū)鼠效果。

總之，當(dāng)感應(yīng)到鼠類入侵時，單片機(jī)控制音頻模塊發(fā)聲，以達(dá)到驅(qū)鼠目的。驅(qū)鼠器的總體設(shè)計構(gòu)架如圖1所示，總體設(shè)計電路圖如圖2所示。

2 音頻驅(qū)鼠器的系統(tǒng)設(shè)計
2．1 感應(yīng)模塊設(shè)計
感應(yīng)模塊是根據(jù)熱釋電紅外感應(yīng)原理來實現(xiàn)的。由于鼠類是恒溫動物，體溫通常是37℃左右，所以能夠發(fā)出特定波長為10 μm左右的紅外線。當(dāng)老鼠的活動進(jìn)入檢測區(qū)時，其溫度與環(huán)境溫度有差別，因此老鼠發(fā)射的10 μm左右的紅外線通過菲涅耳透鏡濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)上，紅外感應(yīng)源在接收到紅外輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，進(jìn)而產(chǎn)生溫度差△T并將△T向外圍電路輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。熱釋電紅外傳感器的工作探測范圍為10-20m，并且，可以在-10℃～+40℃溫度范圍內(nèi)正常工作。
2．2 控制模塊設(shè)計
控制模塊使用51式單片機(jī)編程實現(xiàn)。程序代碼如圖3所示。

程序功能：當(dāng)探測到鼠類入侵時，產(chǎn)生高電平，單片機(jī)控制音頻模塊發(fā)聲，本程序中設(shè)定為5秒時間延遲，之后，單片機(jī)復(fù)位到低電平。
2．3 音頻模塊設(shè)計
音頻模塊的設(shè)計分為兩部分：貓叫發(fā)聲模塊和超聲波模塊。
貓叫發(fā)聲模塊是根據(jù)仿生學(xué)原理，即通過研究生物的某些特征，研制出與生物器官構(gòu)造和功能相類似的儀器、機(jī)械。在驅(qū)鼠器設(shè)計中，調(diào)節(jié)蜂鳴器的頻率，模擬貓的叫聲，驚嚇鼠類，以達(dá)到驅(qū)鼠的效果。
一定強(qiáng)度的超聲波，會引起身體組織的發(fā)熱；當(dāng)頻率更高時，發(fā)熱就會越發(fā)厲害，使體內(nèi)水分子被燒，周圍的組織遭到破壞，長時間如此就有危險。因此較大功率高強(qiáng)度的超聲波持續(xù)作用于鼠類，會使鼠類感到不適，甚至死亡。因此，利用超聲波造成鼠類生理組織的不適，來達(dá)到驅(qū)鼠的目的。

3 音頻驅(qū)鼠器的優(yōu)勢與展望
(1)相較于傳統(tǒng)的驅(qū)鼠方法，本驅(qū)鼠器更加科學(xué)、環(huán)保，長期的使用不會對生態(tài)環(huán)境以及人體自身產(chǎn)生傷害。
(2)對于市面上現(xiàn)存的電子驅(qū)鼠設(shè)備，本驅(qū)鼠器電路設(shè)計簡潔、工藝簡單，有效地降低了生產(chǎn)成本。
(3)本品采用的熱釋電紅外感應(yīng)原理，不會在任何時候都發(fā)出超聲波和貓叫聲，只有當(dāng)感應(yīng)到鼠類入侵時，才發(fā)聲驅(qū)鼠，不會造成額外的聲音干擾，方便生產(chǎn)生活。
(4)應(yīng)用范圍廣泛?？梢愿鶕?jù)需要防止鼠類入侵的面積和地點的不同，在廚房、倉庫等不同位置放置驅(qū)鼠器，廣泛應(yīng)用于家庭生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。

4 結(jié)語
本文設(shè)計了一種基于51式單片機(jī)的音頻驅(qū)鼠器，克服了傳統(tǒng)方法的缺點，營造了一個更加科學(xué)、環(huán)保和方便的驅(qū)鼠氛圍。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試與試驗，即模擬小白鼠的現(xiàn)場活動，當(dāng)打開設(shè)計的驅(qū)鼠器時，小白鼠表現(xiàn)出煩躁、不安等明顯癥狀。經(jīng)過多次試驗，證明這款驅(qū)鼠器具有良好的驅(qū)鼠能力。