一种基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置及其操作方法与流程

本发明属于涉及电子技术应用领域，更具体地，涉及一种基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置及其操作方法。

背景技术：

从人类进入农耕社会以来，鼠害一直是粮食产量受到威胁的原因之一。人类在与老鼠斗争的中逐渐形成了一些被共同认可并广泛使用的传统方法，这些方法可以归结为四大类：物理方法、化学方法、生物学方法和生态学方法。这些方法均有各自的优缺点，在不同的适用范围中表现出来的驱鼠效果也不尽相同，但它们都没有能够达到让使用者完全满意的驱鼠目的。

目前，电子驱鼠装置由于其成本低、体积小、便于处理、环境友好，已逐渐成为驱鼠灭鼠装置的主流，且不同功率级别的电子驱鼠装置已经被用于各种场合。

然而，目前的电子驱鼠装置还存在以下技术问题：

(1)驱鼠装置的作用信号单一，多为单纯的超声波或单纯的电磁波亦或单纯的音频信号，作用效果单一且不明显；

(2)驱鼠装置的作用信号呈规律性变化，尤其在一些模拟电路搭建的驱鼠装置上表现尤为突出，这种规律变化的信号会使鼠类产生一定适应性，不利于长时间使用；

(3)驱鼠装置信号的融合性差，这种情况主要存在于由模拟电路搭建的驱鼠装置中，在一些驱鼠装置中提供了电磁波和超声波结合的方法，但是超声波和电磁波只是简单的更替，没有有机融合在一起。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置及其操作方法，其目的在于，解决现有电子驱鼠装置中存在的驱鼠作用单一并且不明显、不适合长时间使用、融合性差的技术问题，且本发明具备更高的灵活性、适用性和更好的驱鼠效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置系统，包括电源电路、控制器及其外围电路、超声波驱动电路、超声波发生电路、电磁波驱动电路、电磁波发生电路、音频电路、以及音频发生电路，超声波驱动电路的输入端连接控制器及其外围电路的第一输出端，超声波发生电路的输入端连接超声波驱动电路的输出端，电磁波驱动电路的输入端连接控制器及其外围电路的第二输出端，电磁波发生电路的输入端连接电磁波驱动电路的输出端，音频电路的输入端连接控制器及其外围电路的第三输出端，音频发生电路的输入端连接音频电路的输出端，电源电路与控制器及其外围电路、超声波驱动电路、超声波发生电路、电磁波驱动电路、电磁波发生电路、音频电路、音频发生电路分别电连接。

优选地，电源电路用于为各个电路提供相应的电源电压，控制器及其外围电路用于对来自外部的电压或电流信号进行AD采样，并通过编程对采样结果进行处理，以生成PWM信号和控制信号，并将生成的PWM信号传送到超声波驱动电路和电磁波驱动电路，将控制信号传送到音频电路，超声波驱动电路用于对PWM信号中的超声波PWM信号进行放大，并将放大后的超声波PWM信号传送到超声波发生电路，超声波发生电路用于将放大后的超声波PWM信号转换成超声波信号并发出，电磁波驱动电路用于通过光耦隔离和双向晶闸管控制开关将PWM信号中的电磁波PWM信号进行放大，并将放大后的电磁波PWM信号传送到电磁波发生电路，电磁波发生电路用于使用电感线圈将放大后的电磁波PWM信号转换成电磁波信号并发出，音频电路用于采用音频芯片采集和存储仿生音频，并将该仿生音频以电信号的方式发送到音频发生电路，音频发生电路用于将来自音频电路的电信号转换为音频信号，并经滤波后输出音频信号。

优选地，电源电路包括保险丝、第一电阻、第二电阻、第一电容、整流桥、第三电阻、第二电容、稳压二极管、第四电阻、第三电容、第五电阻、第一LED指示灯、第四电容、稳压芯片、以及第五电容，保险丝的输入端连接市电火线，输出端通过第一电阻接至市电零线，第一电容与第二电阻并联后串接在火线上，另一端与零线分别接整流桥的两个交流输入端，第二电容、稳压二极管、第四电阻并联后与第三电阻串联接在整流桥之间，整流桥输出经第三电容滤波后的电压给超声波模块。

优选地，控制器及其外围电路包括主控制器MCU、下载接口电路、复位电路、晶振电路、以及A/D电路，下载接口电路连接主控制器MCU的下载通道接口，用于提供程序的修改和调试，复位电路连接主控制器MCU的复位引脚，用于提供主控制器MCU的复位，晶振电路连接主控制器MCU的外部时钟输入引脚，用于提供主控制器MCU的时钟信号，A/D电路连接主控制器MCU的A/D采集引脚，用于提供控制器随机数源的A/D值。

优选地，超声波驱动电路包括三极管和第一电感，三极管的集电极连接控制器及其外围电路的超声波PWM输出接口，发射极接地，集电极接第一电感，第一电感的另一端连接滤波后的电压。

优选地，超声波发生电路包括超声波振子，超声波振子并联在第一电感两端，用于输出超声波。

优选地，电磁波驱动电路包括第六电阻、第六电容、第七电阻、双向晶闸管、第八电阻、光耦、第二LED指示灯、第九电阻、以及第二电感，双向晶闸管的T₁极连接电源电路中整流桥的火线输入端，T₂极连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端接电源电路中的零线，第六电容和第七电阻并联后并联接在双向晶闸管的T₁和T₂两极，第六电阻并联在双向晶闸管的T₁极和G极两端，光耦的1脚接LED指示灯的阴极，第二LED指示灯的阳极连接控制器及其外围电路的电磁波PWM输出接口，光耦的2脚和3脚接地，光耦的4脚连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端接光耦的G极。

优选地，电磁波发生电路包括第二电感，用于辐射电磁波。

优选地，音频电路包括语音芯片、录音输入电路、音频输出电路、以及输入输出指示电路，录音输入电路连接语音芯片的话筒输入端，用于提供音频模块的输入信号，音频输出电路连接语音芯片的语音信号输出端，唷年关于提供音频模块的输出信号，输入输出指示电路连接语音芯片的录放音指示引脚，用于提供录放音指示，语音芯片的控制放音引脚连接控制器及其外围电路中的一个I/O引脚，用于控制放音信号输入。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置的操作方法，包括以下步骤：

(1)控制器及其外围电路通过内置A/D模块或外置A/D芯片对智能驱鼠装置内的电压信号进行采样，以得到AD值，并选择AD值的最后两位作为系统的随机数源；

(2)主控制器MCU分别通过不同的程序对系统的随机数源进行处理，以得到两组不同的随机数1和随机数2；

(3)主控制器MCU将其中一组随机数赋值给内部超声波PWM定时器，以生成频率和占空比随机的超声波PWM信号，并将另外一组随机数赋值给电磁波PWM定时器，以生成频率和占空比随机的电磁波PWM信号；

(4)超声波驱动电路将超声波PWM信号放大，并将放大后的超声波PWM信号作用于超声波发生电路，以生成超声波；

(5)电磁波驱动电路将电磁波PWM信号放大，并将放大后的电磁波PWM信号作用于电磁波发生电路，以生成电磁波；

(6)主控制器MCU输出控制信号到音频电路，以控制音频电路放音。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明通过超声波、电磁波和仿生音频三种信号相互融合，从多个方面进行驱鼠作用，从而解决现有驱鼠装置作用效果单一且不明显的技术问题；

(2)本发明装置的超声波和电磁波采用一定范围内的随机频率和占空比，可有效解决鼠类对单一信号的适应性，从而使本发明的装置能够得以长期使用；

(3)本发明可通过编程实现针对不同环境下的驱鼠作业的装置工作方法，调整和修改灵活方便；

(4)本发明装置元件简单，体积小，实现成本低，便于推广；

(5)本发明装置的操作方法具备绿色环保的驱鼠方式。

附图说明

图1是本发明基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置的示意框图。

图2是本发明智能驱鼠装置中电源电路的示意图。

图3是本发明智能驱鼠装置中控制器及其外围电路的示意图。

图4是本发明智能驱鼠装置中超声波模块电路的示意图。

图5是本发明智能驱鼠装置中电磁波模块电路的示意图。

图6是本发明智能驱鼠装置中音频模块的示意图。

图7是本发明基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置的操作方法的流程图。

图8是本发明方法中超声波的工作程序流程框图。

图9是本发明方法中电磁波的工作程序流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置结构简单，可控可调性强，驱鼠信号随机，可广泛应用于各种驱鼠场合；解决了目前电子驱鼠器信号简单、适应性不好等问题。

图1示出本发明基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置系统的模块结构，其包括电源电路1、控制器及其外围电路2、超声波驱动电路3、超声波发生电路4、电磁波驱动电路5、电磁波发生电路6、音频电路7、音频发生电路8。

超声波驱动电路3的输入端连接控制器及其外围电路2的第一输出端，超声波发生电路4的输入端连接超声波驱动电路3的输出端，电磁波驱动电路5的输入端连接控制器及其外围电路2的第二输出端，电磁波发生电路6的输入端连接电磁波驱动电路5的输出端，音频电路7的输入端连接控制器及其外围电路2的第三输出端，音频发生电路8的输入端连接音频电路7的输出端。

电源电路1与控制器及其外围电路2、超声波驱动电路3、超声波发生电路4、电磁波驱动电路5、电磁波发生电路6、音频电路7、音频发生电路8分别电连接，用于为各个电路提供相应的电源电压。

电源电路1包括保险丝F₁、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第一电容C₁、整流桥D₁、第三电阻R₃、第二电容C₂、稳压二极管D₂、第四电阻R₄、第三电容C₃、第五电阻R₅、第一LED指示灯D₃、第四电容C₄、稳压芯片P₁、以及第五电容C₅；保险丝F₁的输入端连接市电火线，输出端通过第一电阻R₁接至市电零线，第一电容C₁与第二电阻R₂并联后串接在火线上，另一端与零线分别接整流桥D₁的两个交流输入端；整流桥D₁输出端输出经第三电容C₃滤波后的电压VCC₃给超声波模块；第二电容C₂、稳压二极管D₂、第四电阻R₄并联后与第三电阻R₃串联接在整流桥D₁之间，稳压二极管D₂输出VCC₁供给音频模块和稳压芯片P₁；稳压芯片P₁输出VCC₂供给控制器及其外围电路2。

控制器及其外围电路2用于对来自外部的电压或电流信号进行AD采样，并通过编程对采样结果进行处理，以生成脉冲宽度调制信号(Pulse width modulation，简称PWM)信号和控制信号，并将生成的PWM信号传送到超声波驱动电路3和电磁波驱动电路5，将控制信号传送到音频电路7。

控制器及其外围电路2包括主控制器MCU、下载接口电路、复位电路、晶振电路、以及A/D电路；下载接口电路连接主控制器MCU的下载通道接口，提供程序的修改和调试；复位电路连接主控制器MCU的复位引脚，提供主控制器MCU的复位；晶振电路连接主控制器MCU的外部时钟输入引脚，提供主控制器MCU的时钟信号；A/D电路连接主控制器MCU的A/D采集引脚，提供控制器随机数源的A/D值。

超声波驱动电路3用于对PWM信号中的超声波PWM信号进行放大，并将放大后的超声波PWM信号传送到超声波发生电路4。

超声波驱动电路3包括三极管Q₁和第一电感L₁；三极管Q₁的集电极连接控制器及其外围电路2的超声波PWM输出接口，发射极接地，集电极接第一电感L₁，第一电感L₁另一端接电源电路1的VCC₃。

超声波发生电路4用于采用超声波振子或换能器将放大后的超声波PWM信号转换成超声波信号并发出。

超声波发生电路4包括超声波振子SPK₁，超声波振子SPK₁并联在第一电感L₁两端，用于输出超声波。在本发明的替换性实施方式中，超声波振子也可被替换成超声波换能器。

电磁波驱动电路5用于通过光耦隔离和双向晶闸管控制开关将PWM信号中的电磁波PWM信号进行放大，并将放大后的电磁波PWM信号传送到电磁波发生电路6。

电磁波驱动电路5包括第六电阻R₆、第六电容C₆、第七电阻R₇、双向晶闸管Q₂、第八电阻R₈、光耦Q₃、第二LED指示灯D₄、第九电阻R₉、以及第二电感L₂；双向晶闸管Q₂的T₁极连接电源电路(1)中整流桥D₁的火线输入端，T₂极连接第九电阻R₉的一端，第九电阻R₉的另一端接电源电路(1)中的零线；第六电容C₆和第七电阻R₇并联后并联接在双向晶闸管Q₂的T₁和T₂两极；第六电阻R₆并联在双向晶闸管Q₂的T₁极和G极两端；光耦Q₃的1脚接LED指示灯D₄的阴极，第二LED指示灯D₄的阳极连接控制器及其外围电路的电磁波PWM输出接口，光耦Q₃的2脚和3脚接地，光耦Q₃的4脚连接第八电阻R₈的一端，第八电阻R₈的另一端接光耦Q₃的G极。

电磁波发生电路6用于使用电感线圈将放大后的电磁波PWM信号转换成电磁波信号并发出。

电磁波发生电路6包括第二电感L₂，用于辐射电磁波。

音频电路7用于采用音频芯片采集和存储仿生音频，并将该仿生音频以电信号的方式发送到音频发生电路8。

音频电路7包括语音芯片P₂、录音输入电路、音频输出电路、输入输出指示电路。录音输入电路连接语音芯片P₂的话筒输入端，提供音频模块的输入信号；所述音频输出电路连接语音芯片P₂语音信号输出端，提供音频模块的输出信号；所述输入输出指示电路连接语音芯片P₂录放音指示引脚，提供录放音指示。语音芯片P₂的控制放音引脚连接控制器及其外围电路(2)中的一个I/O引脚，用于控制放音信号输入。

音频发生电路8连接音频电路7的音频输出电路的输出端，用于将来自音频电路7的电信号转换为音频信号，并经滤波后输出音频信号。

电源电路如图2所示，采用市电输入，阻容降压，四个同型号的二极管或集成整流桥整流，稳压二极管和电阻分压，稳压芯片稳压分别为装置各个模块提供电源电压。

控制器及其外围电路如图3所示，包括主控制器MCU、下载电路、复位电路、晶振电路、A/D电路；主控制器应包含PWM模块和I/O输入输出。

超声波驱动电路和超声波发生电路如图4所示，超声波PWM信号控制三极管Q₁的通断频率对超声波PWM信号进行放大，超声波振子或换能器与电感并联作为超声波发生电路，输出超声波。

电磁波驱动电路和电磁波发生电路如图5所示，电磁波PWM信号通过光耦隔离控制双向晶闸管的通断将电磁波PWM信号进行放大，通过电感线圈L₁辐射电磁波。

音频电路和音频发生电路如图6所示，电路由语音芯片及其外围的基本配置电阻电容构成，该语音芯片可以是任何品牌任何型号可以进行录放和存储音频信号的芯片。

图7所示，基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置系统的程序流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

图7所示，系统的程序包括主程序部分和中断程序部分，主程序执行一系列相关功能的初始化，中断程序做主要的程序处理，程序处理包括读取A/D值、随机数算法处理、工作模式规则设定、信号输出等。其中随机算法处理可以是任意可以将AD采样值的后两位转化为可为PWM模块频率和占空比赋值的程序算法，工作模式设定可以根据不同的工作环境对三种信号进行任意方式的融合。

图8和图9所示，随机频率和占空比的超声波和电磁波的产生方式具体为采样一个电压信号，将AD采样值后两位的采样值漂移作为系统的随机数源，进行不同的数据处理后，满足提前设定的赋值范围的结果数分别为超声波PWM和电磁波PWM的频率和占空比进行赋值，输出相应频率范围的PWM信号，不满足提前设定的赋值范围的结果数舍去并为超声波PWM和电磁波PWM的频率和占空比赋定值，输出应频率的PWM信号。

本发明利用MCU数字化方法取代传统的模拟电路实现多种信号融合的驱鼠装置功能，其可行性与特点包括：(1)通过A/D采样得到采样值的后几位的采样漂移值作为系统的随机数源，利用数字化方法实现随机信号的输出，与传统固定或固定可变信号的驱鼠装置相比可有效防止鼠类产生适应性，具有更好的驱鼠效果；(2)利用软件程序实现超声波信号、电磁波信号和仿生音频信号的有机融合，与传统单一信号的驱鼠装置相比可从多方面进行作用，驱鼠效果更好；(3)数字化后，可通过算法实现灵活的功能调整，以使装置适用于不同的环境；(4)数字化后，可以在程序中加入更为复杂的算法，以及高效的容错机制，可进一步提高系统的安全稳定性。

根据本发明的另一个实施方式，还公开了一种上述基于MCU多信号融合技术的智能驱鼠装置的操作方法，包括以下步骤：

(1)控制器及其外围电路通过内置A/D模块或外置A/D芯片对智能驱鼠装置内的电压信号进行采样，以得到AD值，并选择AD值的最后两位作为系统的随机数源；

(2)主控制器MCU分别通过不同的程序对系统的随机数源进行处理，以得到两组不同的随机数；具体而言，这两种不同的程序可以是任何可以将两位AD值转化为PWM配置寄存器值并良好运行的运算程序；

(3)主控制器MCU将其中一组随机数赋值给内部超声波PWM定时器，以生成频率和占空比随机的超声波PWM信号，并将另外一组随机数赋值给电磁波PWM定时器，以生成频率和占空比随机的电磁波PWM信号；

(4)超声波驱动电路将超声波PWM信号放大，并将放大后的超声波PWM信号作用于超声波发生电路，以生成超声波；

(5)电磁波驱动电路将电磁波PWM信号放大，并将放大后的电磁波PWM信号作用于电磁波发生电路，以生成电磁波；

(6)主控制器MCU输出控制信号到音频电路，以控制音频电路放音。

应该注意的是，可以通过编程实现三种信号输出顺序和组合的设定规则，可根据用户使用环境等特点进行随意调节。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。