專利名稱：激光滅蚊器的制作方法
技術領域：
這是一種滅蚊設備。
背景技術：
現有的滅蚊方法，包括化學殺滅、物理殺滅，物理殺滅包括高壓電殺滅，激光殺滅等。其中激光殺滅是用激光作為殺滅武器，有關技術可參考中國專利200410081488. I激光滅蚊 機，和美國知識風險公司2008年的一個同類設計。本發明的目的是在此基礎上做出一個改進，即增大滅蚊設備附近的蚊子密度，以提高殺滅效率。
技術方案
本發明是采用激光作為殺滅蚊子的能量源，在此基礎上增加一種用聲波引誘蚊子的功能，以吸引蚊子向設備附近聚攏，而后殺滅。產品類方案
方案I 一種激光滅蚊裝置，包括兩個或更多攝像頭，微控制器，激光器，對準系統，攝像頭跟微控制器電氣連接，微控制器跟激光器電氣連接，微控制器跟對準系統電氣連接，激光器跟對準系統機械連接；特征是它還包括聲波引蚊裝置。本方案的好處是提高了殺滅效率。方案2如I所述裝置，特征是所述聲波引蚊裝置包括波形產生電路，發聲元件，波形產生電路發聲元件連接。好處是波形產生電路產生聲波波形，驅動發聲元件發聲，達到吸引蚊子的效果。方案3如I所述裝置，特征是所述波形產生電路是振蕩電路、單片機、可編程邏輯電路或ASIC。振蕩電路結構簡單成本低廉，單片機、可編程電路、ASIC可以實現動態系統配置，或儲存多種聲音數據，實現靈活的功能。方案4如I所述裝置，特征是所述單片機、可編程邏輯電路或ASIC是預先編程為可產生方波或PWM波的器件。 方波生成簡單，PWM波諧波成分較少。方案5如2、3或4所述裝置，特征是所述發聲元件是揚聲器或壓電陶瓷發聲片。揚聲器在音頻中低頻頻響好，壓電陶瓷片體積小、功率小，可以根據產品具體場合選擇。方案6如I所述裝置，特征是所述聲波引蚊裝置的發聲的基頻是30(Γ400Ηζ。本方案的好處是，這個頻率范圍對蚊子比較有效。方案7如I所述裝置，特征是所述對準系統是云臺系統，包括兩個轉軸調節部分，兩個轉軸不平行，各轉軸與激光光軸也不平行。本方案的好處是可以調節發出激光的方向，以便對準目標。方案8如7所述裝置，特征是兩個調節部分的轉軸和激光光軸兩兩垂直。本方案的好處是正交的轉軸瞄準角度容易計算，便于微控制器給出云臺轉軸的旋轉角度參數。方案9如I所述裝置，特征是所述對準系統是擺鏡系統，包括2個擺鏡，其擺軸不平行，各擺軸與激光光軸也不平行。本方案的好處是，擺鏡慣性小，調節比較容易，快速，可實現更快的對準。方案10如9所述裝置，特征是各擺鏡擺軸和激光光軸兩兩垂直。 本方案的好處是，正交的擺鏡轉軸調節角度容易計算，，便于微控制器給出擺鏡轉軸的旋轉角度參數。方法類方案
方案11 一種激光滅蚊方法，特征是通過聲波吸引蚊子，并用兩個或更多攝像頭拍攝蚊子圖像，之后通過圖像識別確定其空間坐標，并通過對準系統控制激光器瞄準，發射激光殺死或殺傷蚊子。本方案的好處是提高了殺滅效率。方案12如11所述方法，特征是所述聲波引蚊是用如下步驟實現的，用波形產生電路產生波形信號，再用波形信號驅動發聲元件發聲。這樣可以產生所需的聲音。方案13如12所述方法，特征是所述波形產生電路產生波形的方法可以是通過振蕩電路、單片機、可編程邏輯電路或ASIC產生的。振蕩電路結構簡單成本低廉，單片機、可編程電路、ASIC可以實現動態系統配置，或儲存多種聲音數據，實現靈活的功能。方案14如13所述方法，特征是通過單片機、可編程邏輯電路、ASIC或振蕩電路產生的波形信號是方波或PWM波。方波生成簡單，PWM波諧波成分較少。方案15如11所述方法，特征是產生的聲波基頻是30(Γ400ΗΖ。本方案的好處是，這個頻率范圍對蚊子比較有效。方案16如I所述方法，特征是所述對準由兩個軸向的角度調節來實現，兩軸不平行，兩軸與激光光軸也不平行。本方案的好處是可以調節發出激光的方向，以便對準目標。方案17如16所述方法，特征是所述的云臺兩軸調節部分的轉軸和激光光軸兩兩垂直。本方案的好處是正交的角度轉軸調節容易計算，便于微控制器給出云臺轉軸的旋轉角度參數。方案18如11所述方法，特征是所述對準系統是擺鏡系統，包括2個擺鏡，其擺軸不平行，兩擺軸與激光光軸也不平行。本方案的好處是，擺鏡的調節比較容易，快速，可實現更快的對準。方案19如18所述方法，特征是兩擺軸和激光光軸兩兩垂直。本方案的好處是，正交的擺鏡轉軸調節容易計算，便于微控制器給出擺鏡轉軸的旋轉角度參數。此處的擺軸指“擺鏡轉軸”。方案20如11所述方法，特征是連續跟蹤目標一段時間得到其速度參數，瞄準時對目標作提前量修正。本方法好處是提高命中率。


圖I滅蚊設備工作示意圖
11微控制器，12激光器,13云臺系統,14攝像機,15聲波引蚊模塊,16蚊子。圖2立體坐標計算原理示意圖
21視場，22目標在視場中的空間坐標T (X，Y, Z)，23 2號攝像機成像光軸，24 2號攝像機透鏡組，25 2號攝像機成像T2 (x2, y2, z2)，26目標在2號攝像機成像中的坐標，27 I號攝像機成像光軸，28 I號攝像機透鏡組，29 1號攝像機成像11(11，71，21)，210目標在I號攝像機成像中的坐標。O是視場中的坐標原點，01是I號攝像機成像中的坐標原點，02是2號攝像機成 像中的坐標原點，d是兩個光軸間距的一半，Z是透鏡組到視場的距離，ZO是透鏡組到成像平面的距離。圖3滅蚊步驟方框圖 圖4瞄準提前量示意圖
圖5云臺系統角度計算原理示意圖 圖6微控制器軟件結構方框圖
具體實施例方式 聲波吸引部分
生物學原理
雄蚊會被30(Γ400Ηζ的聲波欺騙，它們會誤以為是雌蚊發出的聲波，從而向聲源聚集，利用這個特點可以集中殺滅雄蚊，破壞其種群平衡，破壞其繁殖鏈，從而達到生態滅絕的效
果O電路原理
首先用波形發生器，產生這個頻率的波形，可以是正弦波，三角波，方波等多諧振蕩波形，然后作功率放大，驅動發聲元件。波形發生器可以是三極管振蕩電路，也可以用多諧振蕩器集成電路，還可以用數字頻率合成(DDS)技術。
波形發生器最好能夠實現對頻率的現場調節，因為不同地域(以幾百km為限的地域)的蚊子敏感的頻率略有不同，現場調節頻率可以實現更好的引蚊效果。對三極管振蕩電路的頻率調節，可以通過調節電容、電阻實現，
對多諧振蕩器集成電路(例如555時基集成電路)可以通過調節其外置RC實現，
對DDS電路，可以通過設置其步進相位來實現，這些都是公知技術。發聲元件可以用動圈式揚聲器，也可以用壓電陶瓷發聲片，或其他發聲元件，在其他條件限定不重要的基礎上，優先選擇于30(Γ400Ηζ頻響較好的發聲元件。
激光殺滅部分
如圖I所示，蚊子在空中飛舞時，微控制器11通過攝像頭14攝像，可以對蚊子16進行識別，并提取其三維坐標，甚至可以對其翅膀精確定位，然后控制激光器12的云臺13調整姿態對準蚊子，并向其發射激光，激光的熱作用瞬間摧毀蚊子身體組織(主要是水分和碳水化合物)，或只燒毀蚊子的翅膀一一這需要更精確的識別和控制，讓其不再有叮咬、傳播病毒之危害。
圖像識別兩個攝像頭，對準空中一個區域，它們同步地作視頻采集，形成兩路平面的視頻信號，對每路信號作運動目標檢測，例如用差分法，并作目標識別，這通過建立蚊子的圖形特征，這些特征可以是面積，紋理，灰度，飛行速度等，然后在實時識別算法中判斷目標是否符合來實現；識別為蚊子目標后，計算目標的實時質心坐標，兩路信號可以得到兩個 質心坐標，結合起來可以計算出蚊子相對于攝像頭的三維空間坐標，進而計算出激光器應該對準的方向，根據這個計算結果調節激光器的對準系統，據此對準目標，發射激光束摧毀之。
蚊子坐標計算方法如圖2所示
視場21在兩個攝像機中對應兩個成像25、29
ZO是攝像機的物理參數，也可以用一個已知距離U、尺寸為V的物的像的大小v0求出u/Z0=v/v0o這里不妨設兩個光軸平行，兩個透鏡組與視場21等距，其中對應目標的坐標有如下關系
(X+d)/xl=(X-d)/x2=Y/yl=Z/Z0, yl=y2, zl=z2=Z0,
說明當xl=0時，X=-d ；
當 x2=0 時，X=d ；
當 yl=0 時，Y=O0解此方程組，可以得到T的坐標(X，Y，Z)，此即蚊子在空間中的坐標。該坐標系原點在兩個透鏡組連線中點。
對準系統可以是云臺系統，也可以是擺鏡系統。云臺包括至少兩個調節軸，彼此不平行，也不跟光軸平行，最好是彼此正交，這樣激光器可以在一個立體角范圍內任意調節。當然，如果兩軸不平行，也是可以實現雙軸調節的，只是公式略有不同。通過調節兩個軸的角度來調節激光器瞄準的方向，角度的計算如圖5所示
不妨設云臺的兩個調節軸軸線跟激光光軸相交于固定的點L (x3, y3, z3),
當目標在T (X，Y, Z)時，激光的水平角度(激光在水平面xOz平面內投影跟z軸正方向夾角)Φ = arctg ((X-x3)/(Y-y3))，這里不妨設這個角度在正負90度間。其他角度范圍的計算可以類似導出；
激光在豎直方向的角度(激光與其在水平面xOz平面內投影的夾角)Θ = arctg(Y-y3)/Sqrt ((Ζ-ζ3) ~2+(Χ-χ3) ~2)，這里不妨設這個角度在正負90度間。其他角度范圍的計算可以類似導出；
這就是調節云臺的角度參數。擺鏡系統包括兩個擺鏡，兩個擺軸、激光器光軸兩兩正交，這樣激光由諧振腔發出后，可以實現在一個立體角范圍內快速調節。
其調節參數類似于云臺系統的計算方法。微控制器軟件結構方框圖如圖6所示
主程序main啟動后經過初始化進入等待狀態，即不停掃描“圖像數據就緒標志”，發現其置位后去識別其是否為目標，并復位該標志，是目標的話計算其(質心)坐標，瞄準、射擊；攝像機采集的圖像數據驅動微控制器產生中斷信號，中斷服務例程ISR被此信號啟動，然后初始化并傳輸數據(也可能產生中斷信號的同時一幀數據已經傳輸完畢)，每傳輸一段數據，例如每個圖像通道采集一幀數據之后，設置“圖像數據就緒標志”，從ISR中返回,繼續執行主程序。優選地，可以作瞄準提前量計算
因為攝像到發射激光要經過一個延遲，這個延遲可能導致發射光束脫靶，所以瞄準要納入提前量的考慮。不妨設蚊子飛行軌跡是線性軌跡，即在比較短的時間內是直線飛行，通過對蚊子的一段時間的跟蹤得出其速度矢量是(Vx，Vy，Vz)—一注意這是個變量，而攝像到 發射激光經歷的時間是t，當O時刻得到圖像，那么可以預測蚊子已經飛到了 T1(X + Vx. t，Y+Vy. t，Z + Vz. t)，瞄準時應對準Tl。類似地，可以對蚊子的飛行軌跡作其他模型的預測，例如高階預測，比方說加速度也是可以預測的。整體
系統開機后，聲波發生器開始工作，吸引雄蚊飛來，同時攝像頭開始采集視頻信號，視頻處理單元也開始辨別飛動的目標，當辨識結果是蚊子時開始跟蹤，調節激光槍方向，完成調節時發射激光脈沖，殺傷蚊子或破壞蚊子翅膀。整個設備可以安置在一個云臺上，以增加工作角度。
權利要求
1.一種激光滅蚊裝置，包括兩個或更多攝像頭，微控制器，激光器，對準系統，攝像頭跟微控制器電氣連接，微控制器跟激光器電氣連接，微控制器跟對準系統電氣連接，激光器跟對準系統機械連接；特征是它還包括聲波引蚊裝置。
2.如權利要求I所述裝置，特征是所述聲波引蚊裝置包括波形產生電路、發聲元件，波形產生電路與發聲元件連接。
3.如權利要求I所述裝置，特征是所述波形產生電路是振蕩電路、單片機、可編程邏輯電路或ASIC。
4.如權利要求I所述裝置，特征是所述單片機、可編程邏輯電路或ASIC是預先編程為可產生方波或PWM波的器件。
5.如權利要求2、3或4所述裝置，特征是所述發聲元件是揚聲器或壓電陶瓷發聲片。
6.如權利要求I所述裝置，特征是所述聲波引蚊裝置的發聲的基頻是30(T400Hz。
7.如權利要求I所述裝置，特征是所述對準系統是云臺系統，包括兩個轉軸調節部分，兩個轉軸不平行，各轉軸與激光光軸也不平行。
8.如權利要求7所述裝置，特征是兩個調節部分的轉軸和激光光軸兩兩垂直。
9.如權利要求I所述裝置，特征是所述對準系統是擺鏡系統，包括2個擺鏡，其擺軸不平行，各擺軸與激光光軸也不平行。
10.如權利要求9所述裝置，特征是各擺鏡擺軸和激光光軸兩兩垂直。
11.一種激光滅蚊方法，特征是通過聲波吸引蚊子，并用兩個或更多攝像頭拍攝蚊子圖像，之后通過圖像識別確定其空間坐標，并通過對準系統控制激光器瞄準，發射激光殺死或殺傷蚊子。
12.如權利要求11所述方法，特征是所述聲波引蚊是用如下步驟實現的，用波形產生電路產生波形信號，再用波形信號驅動發聲元件發聲。
13.如權利要求12所述方法，特征是所述波形產生電路產生波形的方法可以是通過振蕩電路、單片機、可編程邏輯電路或ASIC產生的。
14.如權利要求13所述方法，特征是通過單片機、可編程邏輯電路、ASIC或振蕩電路產生的波形信號是方波或PWM波。
15.如權利要求11所述方法，特征是產生的聲波基頻是30(T400HZ。
16.本方案的好處是，這個頻率范圍對蚊子比較有效。
17.如權利要求11所述方法，特征是所述對準由兩個軸向的角度調節來實現，兩軸不平行，兩軸與激光光軸也不平行。
18.如權利要求16所述方法，特征是所述的云臺兩軸調節部分的轉軸和激光光軸兩兩垂直。
19.如權利要求11所述方法，特征是所述對準系統是擺鏡系統，包括2個擺鏡，其擺軸不平行，兩擺軸與激光光軸也不平行。
20.如權利要求18所述方法，特征是兩擺軸和激光光軸兩兩垂直。
21.如權利要求11所述方法，特征是連續跟蹤目標一段時間得到其速度參數，瞄準時對目標作提前量修正。
全文摘要
本發明是采用激光作為殺滅蚊子的能量源，在此基礎上增加一種用聲波引誘蚊子的功能，以提高滅蚊設備附近的蚊子密度，從而提高殺滅效率。本裝置包括攝像頭，微控制器，激光器，對準系統，攝像頭跟微控制器電氣連接，微控制器跟激光器電氣連接，微控制器跟對準系統電氣連接，激光器跟對準系統機械連接；此外本裝置還包括聲波引蚊裝置，跟微控制器連接。
文檔編號A01M1/22GK102726358SQ201210176138
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者余立群, 曹建軍 申請人:湖北天罡投資有限公司