本發明屬于涉及電子技術應用領域，更具體地，涉及一種基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置及其操作方法。

背景技術：

從人類進入農耕社會以來，鼠害一直是糧食產量受到威脅的原因之一。人類在與老鼠斗爭的中逐漸形成了一些被共同認可并廣泛使用的傳統方法，這些方法可以歸結為四大類：物理方法、化學方法、生物學方法和生態學方法。這些方法均有各自的優缺點，在不同的適用范圍中表現出來的驅鼠效果也不盡相同，但它們都沒有能夠達到讓使用者完全滿意的驅鼠目的。

目前，電子驅鼠裝置由于其成本低、體積小、便于處理、環境友好，已逐漸成為驅鼠滅鼠裝置的主流，且不同功率級別的電子驅鼠裝置已經被用于各種場合。

然而，目前的電子驅鼠裝置還存在以下技術問題：

(1)驅鼠裝置的作用信號單一，多為單純的超聲波或單純的電磁波亦或單純的音頻信號，作用效果單一且不明顯；

(2)驅鼠裝置的作用信號呈規律性變化，尤其在一些模擬電路搭建的驅鼠裝置上表現尤為突出，這種規律變化的信號會使鼠類產生一定適應性，不利于長時間使用；

(3)驅鼠裝置信號的融合性差，這種情況主要存在于由模擬電路搭建的驅鼠裝置中，在一些驅鼠裝置中提供了電磁波和超聲波結合的方法，但是超聲波和電磁波只是簡單的更替，沒有有機融合在一起。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置及其操作方法，其目的在于，解決現有電子驅鼠裝置中存在的驅鼠作用單一并且不明顯、不適合長時間使用、融合性差的技術問題，且本發明具備更高的靈活性、適用性和更好的驅鼠效果。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置系統，包括電源電路、控制器及其外圍電路、超聲波驅動電路、超聲波發生電路、電磁波驅動電路、電磁波發生電路、音頻電路、以及音頻發生電路，超聲波驅動電路的輸入端連接控制器及其外圍電路的第一輸出端，超聲波發生電路的輸入端連接超聲波驅動電路的輸出端，電磁波驅動電路的輸入端連接控制器及其外圍電路的第二輸出端，電磁波發生電路的輸入端連接電磁波驅動電路的輸出端，音頻電路的輸入端連接控制器及其外圍電路的第三輸出端，音頻發生電路的輸入端連接音頻電路的輸出端，電源電路與控制器及其外圍電路、超聲波驅動電路、超聲波發生電路、電磁波驅動電路、電磁波發生電路、音頻電路、音頻發生電路分別電連接。

優選地，電源電路用于為各個電路提供相應的電源電壓，控制器及其外圍電路用于對來自外部的電壓或電流信號進行AD采樣，并通過編程對采樣結果進行處理，以生成PWM信號和控制信號，并將生成的PWM信號傳送到超聲波驅動電路和電磁波驅動電路，將控制信號傳送到音頻電路，超聲波驅動電路用于對PWM信號中的超聲波PWM信號進行放大，并將放大后的超聲波PWM信號傳送到超聲波發生電路，超聲波發生電路用于將放大后的超聲波PWM信號轉換成超聲波信號并發出，電磁波驅動電路用于通過光耦隔離和雙向晶閘管控制開關將PWM信號中的電磁波PWM信號進行放大，并將放大后的電磁波PWM信號傳送到電磁波發生電路，電磁波發生電路用于使用電感線圈將放大后的電磁波PWM信號轉換成電磁波信號并發出，音頻電路用于采用音頻芯片采集和存儲仿生音頻，并將該仿生音頻以電信號的方式發送到音頻發生電路，音頻發生電路用于將來自音頻電路的電信號轉換為音頻信號，并經濾波后輸出音頻信號。

優選地，電源電路包括保險絲、第一電阻、第二電阻、第一電容、整流橋、第三電阻、第二電容、穩壓二極管、第四電阻、第三電容、第五電阻、第一LED指示燈、第四電容、穩壓芯片、以及第五電容，保險絲的輸入端連接市電火線，輸出端通過第一電阻接至市電零線，第一電容與第二電阻并聯后串接在火線上，另一端與零線分別接整流橋的兩個交流輸入端，第二電容、穩壓二極管、第四電阻并聯后與第三電阻串聯接在整流橋之間，整流橋輸出經第三電容濾波后的電壓給超聲波模塊。

優選地，控制器及其外圍電路包括主控制器MCU、下載接口電路、復位電路、晶振電路、以及A/D電路，下載接口電路連接主控制器MCU的下載通道接口，用于提供程序的修改和調試，復位電路連接主控制器MCU的復位引腳，用于提供主控制器MCU的復位，晶振電路連接主控制器MCU的外部時鐘輸入引腳，用于提供主控制器MCU的時鐘信號，A/D電路連接主控制器MCU的A/D采集引腳，用于提供控制器隨機數源的A/D值。

優選地，超聲波驅動電路包括三極管和第一電感，三極管的集電極連接控制器及其外圍電路的超聲波PWM輸出接口，發射極接地，集電極接第一電感，第一電感的另一端連接濾波后的電壓。

優選地，超聲波發生電路包括超聲波振子，超聲波振子并聯在第一電感兩端，用于輸出超聲波。

優選地，電磁波驅動電路包括第六電阻、第六電容、第七電阻、雙向晶閘管、第八電阻、光耦、第二LED指示燈、第九電阻、以及第二電感，雙向晶閘管的T₁極連接電源電路中整流橋的火線輸入端，T₂極連接第九電阻的一端，第九電阻的另一端接電源電路中的零線，第六電容和第七電阻并聯后并聯接在雙向晶閘管的T₁和T₂兩極，第六電阻并聯在雙向晶閘管的T₁極和G極兩端，光耦的1腳接LED指示燈的陰極，第二LED指示燈的陽極連接控制器及其外圍電路的電磁波PWM輸出接口，光耦的2腳和3腳接地，光耦的4腳連接第八電阻的一端，第八電阻的另一端接光耦的G極。

優選地，電磁波發生電路包括第二電感，用于輻射電磁波。

優選地，音頻電路包括語音芯片、錄音輸入電路、音頻輸出電路、以及輸入輸出指示電路，錄音輸入電路連接語音芯片的話筒輸入端，用于提供音頻模塊的輸入信號，音頻輸出電路連接語音芯片的語音信號輸出端，唷年關于提供音頻模塊的輸出信號，輸入輸出指示電路連接語音芯片的錄放音指示引腳，用于提供錄放音指示，語音芯片的控制放音引腳連接控制器及其外圍電路中的一個I/O引腳，用于控制放音信號輸入。

按照本發明的另一方面，提供了一種上述基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置的操作方法，包括以下步驟：

(1)控制器及其外圍電路通過內置A/D模塊或外置A/D芯片對智能驅鼠裝置內的電壓信號進行采樣，以得到AD值，并選擇AD值的最后兩位作為系統的隨機數源；

(2)主控制器MCU分別通過不同的程序對系統的隨機數源進行處理，以得到兩組不同的隨機數1和隨機數2；

(3)主控制器MCU將其中一組隨機數賦值給內部超聲波PWM定時器，以生成頻率和占空比隨機的超聲波PWM信號，并將另外一組隨機數賦值給電磁波PWM定時器，以生成頻率和占空比隨機的電磁波PWM信號；

(4)超聲波驅動電路將超聲波PWM信號放大，并將放大后的超聲波PWM信號作用于超聲波發生電路，以生成超聲波；

(5)電磁波驅動電路將電磁波PWM信號放大，并將放大后的電磁波PWM信號作用于電磁波發生電路，以生成電磁波；

(6)主控制器MCU輸出控制信號到音頻電路，以控制音頻電路放音。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發明通過超聲波、電磁波和仿生音頻三種信號相互融合，從多個方面進行驅鼠作用，從而解決現有驅鼠裝置作用效果單一且不明顯的技術問題；

(2)本發明裝置的超聲波和電磁波采用一定范圍內的隨機頻率和占空比，可有效解決鼠類對單一信號的適應性，從而使本發明的裝置能夠得以長期使用；

(3)本發明可通過編程實現針對不同環境下的驅鼠作業的裝置工作方法，調整和修改靈活方便；

(4)本發明裝置元件簡單，體積小，實現成本低，便于推廣；

(5)本發明裝置的操作方法具備綠色環保的驅鼠方式。

附圖說明

圖1是本發明基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置的示意框圖。

圖2是本發明智能驅鼠裝置中電源電路的示意圖。

圖3是本發明智能驅鼠裝置中控制器及其外圍電路的示意圖。

圖4是本發明智能驅鼠裝置中超聲波模塊電路的示意圖。

圖5是本發明智能驅鼠裝置中電磁波模塊電路的示意圖。

圖6是本發明智能驅鼠裝置中音頻模塊的示意圖。

圖7是本發明基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置的操作方法的流程圖。

圖8是本發明方法中超聲波的工作程序流程框圖。

圖9是本發明方法中電磁波的工作程序流程框圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

本發明提供的基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置結構簡單，可控可調性強，驅鼠信號隨機，可廣泛應用于各種驅鼠場合；解決了目前電子驅鼠器信號簡單、適應性不好等問題。

圖1示出本發明基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置系統的模塊結構，其包括電源電路1、控制器及其外圍電路2、超聲波驅動電路3、超聲波發生電路4、電磁波驅動電路5、電磁波發生電路6、音頻電路7、音頻發生電路8。

超聲波驅動電路3的輸入端連接控制器及其外圍電路2的第一輸出端，超聲波發生電路4的輸入端連接超聲波驅動電路3的輸出端，電磁波驅動電路5的輸入端連接控制器及其外圍電路2的第二輸出端，電磁波發生電路6的輸入端連接電磁波驅動電路5的輸出端，音頻電路7的輸入端連接控制器及其外圍電路2的第三輸出端，音頻發生電路8的輸入端連接音頻電路7的輸出端。

電源電路1與控制器及其外圍電路2、超聲波驅動電路3、超聲波發生電路4、電磁波驅動電路5、電磁波發生電路6、音頻電路7、音頻發生電路8分別電連接，用于為各個電路提供相應的電源電壓。

電源電路1包括保險絲F₁、第一電阻R₁、第二電阻R₂、第一電容C₁、整流橋D₁、第三電阻R₃、第二電容C₂、穩壓二極管D₂、第四電阻R₄、第三電容C₃、第五電阻R₅、第一LED指示燈D₃、第四電容C₄、穩壓芯片P₁、以及第五電容C₅；保險絲F₁的輸入端連接市電火線，輸出端通過第一電阻R₁接至市電零線，第一電容C₁與第二電阻R₂并聯后串接在火線上，另一端與零線分別接整流橋D₁的兩個交流輸入端；整流橋D₁輸出端輸出經第三電容C₃濾波后的電壓VCC₃給超聲波模塊；第二電容C₂、穩壓二極管D₂、第四電阻R₄并聯后與第三電阻R₃串聯接在整流橋D₁之間，穩壓二極管D₂輸出VCC₁供給音頻模塊和穩壓芯片P₁；穩壓芯片P₁輸出VCC₂供給控制器及其外圍電路2。

控制器及其外圍電路2用于對來自外部的電壓或電流信號進行AD采樣，并通過編程對采樣結果進行處理，以生成脈沖寬度調制信號(Pulse width modulation，簡稱PWM)信號和控制信號，并將生成的PWM信號傳送到超聲波驅動電路3和電磁波驅動電路5，將控制信號傳送到音頻電路7。

控制器及其外圍電路2包括主控制器MCU、下載接口電路、復位電路、晶振電路、以及A/D電路；下載接口電路連接主控制器MCU的下載通道接口，提供程序的修改和調試；復位電路連接主控制器MCU的復位引腳，提供主控制器MCU的復位；晶振電路連接主控制器MCU的外部時鐘輸入引腳，提供主控制器MCU的時鐘信號；A/D電路連接主控制器MCU的A/D采集引腳，提供控制器隨機數源的A/D值。

超聲波驅動電路3用于對PWM信號中的超聲波PWM信號進行放大，并將放大后的超聲波PWM信號傳送到超聲波發生電路4。

超聲波驅動電路3包括三極管Q₁和第一電感L₁；三極管Q₁的集電極連接控制器及其外圍電路2的超聲波PWM輸出接口，發射極接地，集電極接第一電感L₁，第一電感L₁另一端接電源電路1的VCC₃。

超聲波發生電路4用于采用超聲波振子或換能器將放大后的超聲波PWM信號轉換成超聲波信號并發出。

超聲波發生電路4包括超聲波振子SPK₁，超聲波振子SPK₁并聯在第一電感L₁兩端，用于輸出超聲波。在本發明的替換性實施方式中，超聲波振子也可被替換成超聲波換能器。

電磁波驅動電路5用于通過光耦隔離和雙向晶閘管控制開關將PWM信號中的電磁波PWM信號進行放大，并將放大后的電磁波PWM信號傳送到電磁波發生電路6。

電磁波驅動電路5包括第六電阻R₆、第六電容C₆、第七電阻R₇、雙向晶閘管Q₂、第八電阻R₈、光耦Q₃、第二LED指示燈D₄、第九電阻R₉、以及第二電感L₂；雙向晶閘管Q₂的T₁極連接電源電路(1)中整流橋D₁的火線輸入端，T₂極連接第九電阻R₉的一端，第九電阻R₉的另一端接電源電路(1)中的零線；第六電容C₆和第七電阻R₇并聯后并聯接在雙向晶閘管Q₂的T₁和T₂兩極；第六電阻R₆并聯在雙向晶閘管Q₂的T₁極和G極兩端；光耦Q₃的1腳接LED指示燈D₄的陰極，第二LED指示燈D₄的陽極連接控制器及其外圍電路的電磁波PWM輸出接口，光耦Q₃的2腳和3腳接地，光耦Q₃的4腳連接第八電阻R₈的一端，第八電阻R₈的另一端接光耦Q₃的G極。

電磁波發生電路6用于使用電感線圈將放大后的電磁波PWM信號轉換成電磁波信號并發出。

電磁波發生電路6包括第二電感L₂，用于輻射電磁波。

音頻電路7用于采用音頻芯片采集和存儲仿生音頻，并將該仿生音頻以電信號的方式發送到音頻發生電路8。

音頻電路7包括語音芯片P₂、錄音輸入電路、音頻輸出電路、輸入輸出指示電路。錄音輸入電路連接語音芯片P₂的話筒輸入端，提供音頻模塊的輸入信號；所述音頻輸出電路連接語音芯片P₂語音信號輸出端，提供音頻模塊的輸出信號；所述輸入輸出指示電路連接語音芯片P₂錄放音指示引腳，提供錄放音指示。語音芯片P₂的控制放音引腳連接控制器及其外圍電路(2)中的一個I/O引腳，用于控制放音信號輸入。

音頻發生電路8連接音頻電路7的音頻輸出電路的輸出端，用于將來自音頻電路7的電信號轉換為音頻信號，并經濾波后輸出音頻信號。

電源電路如圖2所示，采用市電輸入，阻容降壓，四個同型號的二極管或集成整流橋整流，穩壓二極管和電阻分壓，穩壓芯片穩壓分別為裝置各個模塊提供電源電壓。

控制器及其外圍電路如圖3所示，包括主控制器MCU、下載電路、復位電路、晶振電路、A/D電路；主控制器應包含PWM模塊和I/O輸入輸出。

超聲波驅動電路和超聲波發生電路如圖4所示，超聲波PWM信號控制三極管Q₁的通斷頻率對超聲波PWM信號進行放大，超聲波振子或換能器與電感并聯作為超聲波發生電路，輸出超聲波。

電磁波驅動電路和電磁波發生電路如圖5所示，電磁波PWM信號通過光耦隔離控制雙向晶閘管的通斷將電磁波PWM信號進行放大，通過電感線圈L₁輻射電磁波。

音頻電路和音頻發生電路如圖6所示，電路由語音芯片及其外圍的基本配置電阻電容構成，該語音芯片可以是任何品牌任何型號可以進行錄放和存儲音頻信號的芯片。

圖7所示，基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置系統的程序流程圖，為了便于說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下：

圖7所示，系統的程序包括主程序部分和中斷程序部分，主程序執行一系列相關功能的初始化，中斷程序做主要的程序處理，程序處理包括讀取A/D值、隨機數算法處理、工作模式規則設定、信號輸出等。其中隨機算法處理可以是任意可以將AD采樣值的后兩位轉化為可為PWM模塊頻率和占空比賦值的程序算法，工作模式設定可以根據不同的工作環境對三種信號進行任意方式的融合。

圖8和圖9所示，隨機頻率和占空比的超聲波和電磁波的產生方式具體為采樣一個電壓信號，將AD采樣值后兩位的采樣值漂移作為系統的隨機數源，進行不同的數據處理后，滿足提前設定的賦值范圍的結果數分別為超聲波PWM和電磁波PWM的頻率和占空比進行賦值，輸出相應頻率范圍的PWM信號，不滿足提前設定的賦值范圍的結果數舍去并為超聲波PWM和電磁波PWM的頻率和占空比賦定值，輸出應頻率的PWM信號。

本發明利用MCU數字化方法取代傳統的模擬電路實現多種信號融合的驅鼠裝置功能，其可行性與特點包括：(1)通過A/D采樣得到采樣值的后幾位的采樣漂移值作為系統的隨機數源，利用數字化方法實現隨機信號的輸出，與傳統固定或固定可變信號的驅鼠裝置相比可有效防止鼠類產生適應性，具有更好的驅鼠效果；(2)利用軟件程序實現超聲波信號、電磁波信號和仿生音頻信號的有機融合，與傳統單一信號的驅鼠裝置相比可從多方面進行作用，驅鼠效果更好；(3)數字化后，可通過算法實現靈活的功能調整，以使裝置適用于不同的環境；(4)數字化后，可以在程序中加入更為復雜的算法，以及高效的容錯機制，可進一步提高系統的安全穩定性。

根據本發明的另一個實施方式，還公開了一種上述基于MCU多信號融合技術的智能驅鼠裝置的操作方法，包括以下步驟：

(1)控制器及其外圍電路通過內置A/D模塊或外置A/D芯片對智能驅鼠裝置內的電壓信號進行采樣，以得到AD值，并選擇AD值的最后兩位作為系統的隨機數源；

(2)主控制器MCU分別通過不同的程序對系統的隨機數源進行處理，以得到兩組不同的隨機數；具體而言，這兩種不同的程序可以是任何可以將兩位AD值轉化為PWM配置寄存器值并良好運行的運算程序；

(3)主控制器MCU將其中一組隨機數賦值給內部超聲波PWM定時器，以生成頻率和占空比隨機的超聲波PWM信號，并將另外一組隨機數賦值給電磁波PWM定時器，以生成頻率和占空比隨機的電磁波PWM信號；

(4)超聲波驅動電路將超聲波PWM信號放大，并將放大后的超聲波PWM信號作用于超聲波發生電路，以生成超聲波；

(5)電磁波驅動電路將電磁波PWM信號放大，并將放大后的電磁波PWM信號作用于電磁波發生電路，以生成電磁波；

(6)主控制器MCU輸出控制信號到音頻電路，以控制音頻電路放音。

應該注意的是，可以通過編程實現三種信號輸出順序和組合的設定規則，可根據用戶使用環境等特點進行隨意調節。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。