基于51式单片机的音频驱鼠器设计

摘要：文章采用仿生学原理、热释电红外感应原理，运用51式单片机，设计并实现了一款新型驱鼠器设计。通过对鼠类生理特点的研究以及现存驱鼠方法的分析与比较，确定了驱鼠器的总体设计。驱鼠器共分为四大模块一电源模块、感应模块、控制模块和音频模块。通过详细的规划，最终有效地实现了音频驱鼠电路。
关键词：仿生学；热释电红外感应；单片机；驱鼠

0 引言
    长期以来，老鼠对家庭生活、农业生产等造成很大困扰。然而，现存的机械法、化学药物法以及生物防治等，都存在着比较明显的缺点。机械灭鼠的缺陷体现在，当受到过这种器械伤害之后，老鼠会对这种器械保持很深的记忆，避免伤害再次发生。对于化学药物的长期使用，不仅会造成环境污染，甚至对人体也存在一定的危害。而对于生物防治，其控制力度难以把握，故而效果不太理想。所以，需要一种更加科学、环保而有效的产品来实现驱鼠功能。市面上现存的电子驱鼠产品电路设计复杂，成本较高，因此，基于51式单片机的音频驱鼠器应运而生。

1 音频驱鼠器的总体设计
    驱鼠器的设计总体分为四个模块，即电源模块、感应模块、控制模块和音频模块。电源模块为整个系统提供+5v的直流电源，支撑驱鼠器的整体运作。热释电红外感应模块用来感应鼠类的入侵。控制模块则采用51式单片机编程进行时钟控制。音频模块产生猫叫声惊吓鼠类，超声波使鼠类产生烦躁不安、身体不适等症状，在双重作用下，达到驱鼠效果。

    总之，当感应到鼠类入侵时，单片机控制音频模块发声，以达到驱鼠目的。驱鼠器的总体设计构架如图1所示，总体设计电路图如图2所示。

2 音频驱鼠器的系统设计
2．1 感应模块设计
    感应模块是根据热释电红外感应原理来实现的。由于鼠类是恒温动物，体温通常是37℃左右，所以能够发出特定波长为10 μm左右的红外线。当老鼠的活动进入检测区时，其温度与环境温度有差别，因此老鼠发射的10 μm左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源(热释电元件)上，红外感应源在接收到红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生温度差△T并将△T向外围电路输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。热释电红外传感器的工作探测范围为10-20m，并且，可以在-10℃～+40℃温度范围内正常工作。
2．2 控制模块设计
    控制模块使用51式单片机编程实现。程序代码如图3所示。

    程序功能：当探测到鼠类入侵时，产生高电平，单片机控制音频模块发声，本程序中设定为5秒时间延迟，之后，单片机复位到低电平。
2．3 音频模块设计
    音频模块的设计分为两部分：猫叫发声模块和超声波模块。
    猫叫发声模块是根据仿生学原理，即通过研究生物的某些特征，研制出与生物器官构造和功能相类似的仪器、机械。在驱鼠器设计中，调节蜂鸣器的频率，模拟猫的叫声，惊吓鼠类，以达到驱鼠的效果。
    一定强度的超声波，会引起身体组织的发热；当频率更高时，发热就会越发厉害，使体内水分子被烧，周围的组织遭到破坏，长时间如此就有危险。因此较大功率高强度的超声波持续作用于鼠类，会使鼠类感到不适，甚至死亡。因此，利用超声波造成鼠类生理组织的不适，来达到驱鼠的目的。

3 音频驱鼠器的优势与展望
    (1)相较于传统的驱鼠方法，本驱鼠器更加科学、环保，长期的使用不会对生态环境以及人体自身产生伤害。
    (2)对于市面上现存的电子驱鼠设备，本驱鼠器电路设计简洁、工艺简单，有效地降低了生产成本。
    (3)本品采用的热释电红外感应原理，不会在任何时候都发出超声波和猫叫声，只有当感应到鼠类入侵时，才发声驱鼠，不会造成额外的声音干扰，方便生产生活。
    (4)应用范围广泛。可以根据需要防止鼠类入侵的面积和地点的不同，在厨房、仓库等不同位置放置驱鼠器，广泛应用于家庭生活和农业生产等。

4 结语
    本文设计了一种基于51式单片机的音频驱鼠器，克服了传统方法的缺点，营造了一个更加科学、环保和方便的驱鼠氛围。经过现场调试与试验，即模拟小白鼠的现场活动，当打开设计的驱鼠器时，小白鼠表现出烦躁、不安等明显症状。经过多次试验，证明这款驱鼠器具有良好的驱鼠能力。