万其明 周天凤 蔡教武 姚鑫
中山职业技术学院信息工程学院
摘要：本文针对蚊香、灭蚊器等传统驱蚊灭蚊方式存在的含有化学成分等对生态环境及人有害的缺点，利用蚊虫对一定波长的光线躲避的特性，提出一种可AI交互智能驱蚊灯的设计与实现的方法。本文从电路设计、元件选型等几方面进行阐述，设计与实现一款有无毒、无味、无噪音、节能环保、可AI交互、远程控制的智能驱蚊灯。
关键词：灯；蚊灯；驱蚊灯；AI；智能；远程控制；智能灯；环保
众所周知，人们总是深受蚊子困扰，被蚊子叮咬后，轻则会引起皮肤瘙痒，重则感染塞卡病毒、黄热并登革热、乙脑等疾玻据统计，蚊子每年造成的死亡人数多达70多万人。如何进行有效的灭蚊、驱蚊是人们最关注的话题之一。目前人们使用的主流蚊子防护产品有花露水、驱蚊喷雾、蚊香、电蚊香、电蚊拍、紫外线诱导灭蚊器。可是，电蚊香等的有效成分都是含有杀虫成分的化学物品，长时间吸入会对人体健康造成很大的伤害。而且，灭蚊后产生的蚊虫尸体长期放置也会对生态和人们健康有害。因此智能驱蚊灯的设计具有极强的现实价值意义。
昆虫学家研究蚊子的生理特性时发现蚊子（及许多虫子包括飞蛾）对某些光会特别敏感和喜欢，对另外一些光会特别厌恶。根据这一原理，研究人员研究出一种蚊虫厌恶的特殊光源材料能将蚊虫驱走。蚊子对不同光波有不同的反应：对人眼睛最能接受，视疲劳最少，看得也最清楚的530-590nm波段的光波,蚊子有它固有的逆光生物特性,它是怕这种光。
本文研究的智能驱蚊灯就是运用了光子驱蚊的原理，通过使用特殊的光源材料，产生大量蚊虫不喜欢的光，从而达到驱赶蚊虫的效果。由于其生产的驱蚊灯是以可见光来驱赶蚊虫的，所以对人体和环境无任何污染的危害，是目前国内外最安全环保的高驱蚊产品。
1.总体设计
本文研究的驱蚊灯主要包括电源模块、降压模块、WiFi模块、LED灯盘、开关模块和人机APP等几部分，设计的整体结构如图1所示：
2.电路元器件的选型
2.1 智能驱蚊灯WIFI主控芯片的选型
一款合适的WIFI主控芯片在在设计的硬件的电路中有至关重要的地位，因此在选取WIFI主控芯片时必须要综合全面考虑，对于WIFI主控芯片的选取主要有三个主要因素考虑：
（1）功能控制，本文的智能驱蚊灯硬件需要WIFI主控芯片完成对灯盘控制，以及显示面板指示灯的控制。因此主控芯片需要具备较丰富的I/O端口，但需要较强的数据处理的能力。
（2）性价比，智能驱蚊灯的特点是环保节能，因此在选型需要具备低功耗和低成本，在满足功能的需求前提下，尽力做到性能最优化以及价格最低化。
（3）易用性，综合考虑智能驱蚊灯制作的周期，选取的主控芯片应该具有丰富的技术资料，以及使用性较强。
综上所述，本文智能驱蚊灯所采用的WIFI主控芯片是TYWE2SWiFi智能控制模块，它由一个高集成的无线芯片和少量的外围器件构成，内置了wifi网络协议栈和丰富的库函数。TYWE2S内嵌低功耗的32位CPU，1Mbyte闪存，50KBSRAM和外设资源，而且它是一个 RTOS 平台，集成了所有 Wi-Fi MAC 以及 TCP/IP 协议的函数库。
TYWE2S 功能原理图如图 3 所示：
2.2电源模块主控芯片的选型
为了提高智能驱蚊灯的便携性，满足在外使用，内嵌了一个锂电池，使用USB充电，因此电源模块主控芯片选取的是完整的锂离子电池恒流/恒压线性电源管理芯片。
AP5056 专门设计适用于USB的供电规格。基于内部MOSFET结构，不需要外部感应电阻和隔离二极管，当外部环境温度过高或在大功率工作时，热反馈可以调节充电电流以降低芯片温度。
充电电压被固定在4.2V，充电电流可通过外部电阻设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值 1/10 ，AP5056 将自动终止充电循环。当输入端（适配器或USB电源）拔掉后，AP5056自动进入低电流状态，电池漏电流将降到2μA以下。AP5056还可被设置于停机状态，使电源电流降到50μA。
AP5060电源管理芯片满足了硬件电路的需求，并且达到节能的要求。
2.3降压模块芯片的选型
TYWE2S主控芯片的驱动电压是3.3V，而电路输入的电压是5V，因此我们选择AMS1117系列稳压器作为电压模块的主控芯片，AMS1117设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的最小压差保证不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。它相比起其它性价比较高，转换率也比较好。
2.4智能驱蚊LED灯的选型
选用发光角度为120度、所用芯片材料为氮化镓铟、封装为SMD2835（尺寸为3.5mmX2.8mmX0.7mm）LED灯珠，可以发出530-590nm波段的光波。其他参数如下。
3.智能驱蚊灯系统的调试与测试
3.1 硬件检查
①检查硬件焊接是否有虚焊，引脚之间是否有短路，连接处有无接触不良。
②对照电路图检查是否有焊接错误。
③线路连接是否有问题，包括多线、少线和错线。
④特殊元器件是否按规定位置摆放。
⑤布局时是否将功率信号和小信号器件尽可能分开。
⑥原理图符号和对应元器件管脚是否一一对应。
⑦LED灯通电后是否正常发光。
3.2 硬件功能
当准备检查和调试一块板的时候，一定要先认真做好目视检查，检查在焊接的过程中是否可见的短路和管脚虚焊等故障，检查是否有元器件型号放置错误，第一脚放置错误，漏装配等问题，然后用万用表测量各个电源到地的电阻，以检查是否有短路，这个好习惯可以避免上电后损坏电路板。
3.3 软件功能
实现通过手机APP远程控制。
打开智能驱蚊灯，然后关掉其它光源，半小时后，蚊虫可减少80%以上，使用时间越长效果越好。
长时间使用后，即使还没有使用智能驱蚊灯，环境中的蚊、虫也明显比其它地方少，因此长期使用效果最佳。在驱蚊、虫时，注意关掉其他光源，因为其他光源中含有大量蚊、虫喜欢的光源，从而影响智能驱蚊灯的效果。
4.结论
本文设计与实现的可AI交互智能驱蚊灯由TYWE2S模块及该模块所依托的云平台及APP、电源模块、降压模块、开关模块及特制的LED灯盘构成，经测试运行正常，系统具有实时性和稳定性的特点，可适用于夜间驱蚊、照明，可用于室内驱蚊以及户外驱蚊：夜晚纳凉、野外露营、夜间垂钓等。也适合家居使用。
参考文献
[1] 朱健民. 高效驱蚊灯的试制.中国知网,2015.
[2]张来源. 基于智能硬件的蚊类灭杀设计与实现[D].黑龙江大学,2016.
论文作者:万其明 周天凤 蔡教武 姚鑫
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/27
标签：驱蚊论文; 智能论文; 芯片论文; 蚊虫论文; 模块论文; 蚊子论文; 光源论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;