驱鸟器的设计毕业论文.docx

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驱鸟器的设计毕业论文

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第1章绪论

§1.1鸟类对输电安全的影响

输电线路的研究主要包括杆塔塔型、线路外绝缘、电场分布的计算、导线的布置方式等课题。

近年来出现了一些新的研究领域如静电感应、可听噪音、无线电干扰等，为抵御和防止自然灾害对输电线路所造成的事故又形成了防雷、防污、防冰等三大课题。

输电线路的安全运行对于保证向用户不间断地供电至关重要。

目前输电线路的鸟害事故己成为影响输电线路安全运行的一大隐患，越来越引起电力部门的重视。

鸟害包括鸟啄食绝缘子、鸟排泄粪便及鸟筑巢所引起的绝缘子闪络、线路跳闸等。

目前国内的防鸟害措施主要有在线路杆塔上安装警鸟用的风车、恐怖眼，挂小红旗，安装防鸟刺等。

目前国外的研究发现，利用鸟类遇难报警或垂死前的鸣叫、求救等鸟类物种中特有的，并具有遗传共性的、富有生物学意义的鸣叫声制成的驱鸟器驱鸟效果最好。

因此出现了市面上热卖的声音驱鸟器，把鸟类遇难报警或垂死前的鸣叫、求救等的声音录制在数码芯片内，安装在输电线路铁塔上驱鸟。

然而虽然这类驱鸟器在一定时间内起到了明显的驱鸟效果，但是鸟类是有灵性的动物，久而久之，它们能识别这一骗局，从新肆意妄为，危害输电电路。

鉴于此方面原因，此次设计的驱鸟器增加了飞鸟检测装置，解决鸟类识别、适应的问题。

§1.2驱鸟器的驱鸟原理

本设计采用的是语音驱鸟器，即电子声音驱鸟器。

它是利用声音进行驱鸟，大大降低了鸟类的危害。

目前有两种播放电子合成声音进行驱鸟的设备：

随机的噪音，令鸟类情绪激动（早期的方法）；模仿、复制不同种类鸟类的哀鸣或其天敌的叫声进行驱鸟。

早期的电子声音驱鸟器会产生让鸟类感到难受和不安感的噪音，在某些案例中，掠食的鸟们由于不能和同伴们交流令它们感到恐慌和不舒服，于是便飞走了。

这种方法效果不错。

新一代的电子声音驱鸟器利用数字技术产生不同种类鸟的哀鸣，这种声音集成在数字芯片上，会对同类的鸟造成恐吓作用，另外，这种声音还可以把他们的天敌吸引过来，同时把过路的鸟类吓走。

新一代的声音驱鸟器的分贝小，而且不同于早期的噪音驱鸟方法，更不会造成扰民影响了。

本次设计正式基于新一代声音驱鸟器的基础上，增加了检测装置，有鸟过来时才驱鸟，从而达到更好的驱鸟效果。

§1.3驱鸟器的总体设计

由于鸟害对输电线路的危害会造成大面积的停电，严重影响到了工农业生产和人们的日常生活，且这种趋势卒年增加，而现有的驱鸟器不能解决鸟类的适应问题，故研发出新型的能检测到有无鸟存在的驱鸟器迫在眉睫。

本系统采用微波位移传感器HB100及后续电路、单片机AT89C51和ISD2560语音芯片作为本设计的三个核心模块。

传感器HB100可以检测鸟飞来的速度，并将速度信号转换成电信号送给单片机，单片机处理这一信号，看其是否满足要求，若满足则驱动语音芯片ISD2560放音驱鸟。

实验表明传感器可以精确检测到10米范围内的物体移动，并产生相应的信号，因此选用的传感器是可行的。

单片机是最常用的，能满足资源空间的要求。

语音芯片选用能满足语音播放的功能。

驱鸟器智能系统主要由两个部分组成，既硬件和软件。

硬件由传感器及其后续处理电路、语音芯片电路、电源及复位电路和单片机等组成，在此不多做介绍。

系统的软件采用模块化程序设计思想，整个软件系统由主程序、驱动程序、计算子程序、放音子程序、延时子程序等组成。

微波位移传感器HB100是标准的10.525GHz微波多普勒雷达探测器，这种探测方式与其它探测方式相比具有如下的优点：

非接触探测；不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境；抗射频干扰能力强；输出功率小，对人体构不成危害；远距离：

探测范围超过20米。

系统的主机采用传统的AT89C51单片机。

数码语音芯片选用的是ISD2500系列单片语音录放集成电路ISD2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。

录音时间为60s，能重复录放达10万次。

芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了A/D、D/A转换器。

该系统具有运行可靠接、接口简单、等特点，系统的框图见图1-1。

由图1-1可以看出，该系统硬件接口方便。

整个系统的供电电压为5V。

复位电路在系统的开机时提供复位信号，ISD2560通过地址总线与单片机进行连接。

图1-1原理框图

系统的工作原理是微波位移传感器HB100需要一个频率为4.7KHZ的脉冲信号驱动，这个脉冲信号可以通过单片机生成。

本设计才采用单片机P1.2口输出驱动脉冲信号，控制三极管给传感器供电。

驱动后的HB100一直在发射微波，当有鸟飞来时，传感器接受反射回来的微波，将其频率信号经过后续放大电路转换成电信号，这一电信号在无鸟飞来时持续为高电平，检测到速度时会产生低脉冲。

速度达到5m/s时信号特征是在10ms内产生3个低脉冲，如图1-2所示，此时认为有鸟飞来。

这一信号线连接到单片机的外部中断0上（P3.2），通过软件编程来判断是否有鸟飞来，若有鸟飞来则置低管脚P1.3,P1.3通过继电器连接语音芯片ISD2560，从而确定是否放音驱鸟。

P1.3为低电平时，语音芯片放音驱鸟。

图1-2有飞鸟时放大器输出信号

调试时设计过程的一个极其重要的环节，调试过程应逐步进行，先检查P1.2口是否产生脉冲信号驱动传感器，若无则在此认真检查定时中断程序。

在驱动传感器成功的条件下，检查外部中断0的接口P3.2口，没有物体移动时该端应为高电平，若不对则可能是硬件电路哪里出了故障，此时应检查修改硬件电路。

若P3.2口为高电平，则以人手模拟飞鸟移动，此时在此检查P3.2口确定其是否有低电平扰动，若无仍是硬件电路的毛病，需再次检查硬件电路直至有有物体移动时P3.2口产生低脉冲。

接着查看P1.3口，若程序正确则有物体移动时P1.3口为低电平，P1.3口是语音芯片的片选端，若放音程序和声音程序正确则有物体移动时放音驱鸟。

这样一步一步检查，修改，调试直至整个系统能够正常工作。

另外，还需要考虑驱鸟器的防雨、防潮、抗震能力，设计合适的机壳将所需器件、电路装入其中，以便安装在高压铁塔上。

由于精度需要，传感器HB100H发射微波还会受机壳、环境的影响，因此，实验系统的调试成功并不代表能在实地应用，应用前还得不断的实验。

另外检测模块的供电电路需要保障，这里选用蓄电池供电，以保证能有较长的使用寿命。

通过以上简单介绍，对驱鸟器系统有了概括的了解。

详细介绍见第二、三和第四章节。

第2章驱鸟器的硬件设计

§2.1单片机系统设计

§2.1.1单片机的选择

系统的主机采用传统的AT89C51单片机，由于整个系统的软件不太复杂所以单片机不需要外扩存储器，利用AT89C51单片机的内部资源即可满足要求。

语音芯片选择ISD2560芯片。

§2.1.3传感器选择

传感器选用的是微波位移传感器HB100，它的优点这里不再赘述。

下面介绍一下它的技术指标。

供电：

给HB100供电有连续直流供电（CW）模式和脉动供电（PW）模式两种：

HB100适应电压范围为5V±5％。

在连续直流供电（CW）模式下工作时典型电流为35mA（典型值）。

在低占空比脉冲供电（PW）模式下工作时，推荐给HB100提供5V、脉冲的宽度在5μs～30μs之间（典型值为20μs）、频率为2～4kHz（典型值为2.0kHz）的脉冲供电。

3～10％的占空比脉冲供电时平均电流为1.2mA～4mA。

脉冲供电电压必须在4.75V～5.25V之间，脉冲顶端的平坦度会影响HB100的探测能力。

电源电压超过5.25V时，它的可靠性会降低，并可能导致标称频率外的射频输出和该电路永久性损坏。

射频输出：

在所有推荐工作模式下，HB100的射频功率输出是非常低的，均在对人体构不成任何危害的安全范围内工作。

在连续直流供电（CW）模式下工作时，总输出功率小于15mW。

输出功率密度在5mm处为1mW/，1m处为0.72μW/。

当在5％占空比的脉冲供电模式工作时，功率密度分别减少到50μW/和0.036μW/。

IF输出：

当物体在HB100的有效探测范围内以1m/s的速度相对于HB100做径向移动时，HB100的IF输出为72Hz/ms，IF的脉动输出频率与物体相对径向移动速度成近似线性关系。

IF的输出幅度与物体的大小、距离有关，当一个体重70kg、身高170cm的测试者在距离HB1001m处以1m/s的速度相对HB100做径向移动时，IF的输出为5mV、72Hz/s脉动信号，IF的输出幅度与距离的平方成近似反比关系。

简单测试方法：

连接电源，VCC＝5VDC，IF连接示波器，示波器在10mV/div（AC）20ms/div档，手在HB100前5cm处做径向移动时，示波器上显示脉动信号幅度在20～50mV之间。

简单故障判断：

HB100的IF输出在焊接的时候很容易被击穿，用万用表的二极管档测量IF对GND和GND对IF的压降，正常时（VIF-GNDVGND-IF）分别均在0.25V左右。

§2.2系统的硬件接口设计

微波位移传感器HB100的放大电路与单片机AT89C51的接口电路如图2-2所示。

单片机的复位电路与晶振电路如图2-3所示。

语音芯片与单片机的接口电路如图2-4所示。

图2-2HB100及放大电路与单片机接口

图2-3复位及晶振电路

图2-4语音芯片接口电路

第3章驱鸟器飞鸟检测软件设计

§3.1软件设计的任务

软件设计，即单片机汇编程序的编写，其主要任务是生成一个4.7KHZ的脉冲信号驱动传感器HB100，并与传感器检测信号线连接，以确定是否有鸟飞来。

单片机与语音芯片ISD2560连接，当检测到有鸟启动语音芯片驱鸟。

单片机的资源利用情况如下：

定时器T0、T1，外部中断INT0；与外设连接的管脚有P1.2为传感器驱动信号输出口，P1.3置低驱动语音芯片；内部数据存储器使用情况为30H-33H：

TO初始值，,40H41H：

非初次外部中断时读T1值，50H51H：

初次外部中断读T1值，42H43H：

10ms的初始值。

本设计的主程序是对所需资源的初始化；定时器T0中断产生4.7KHZ的脉冲信号驱动传感器HB100；外部中断0接检测信号线，通过调用计算子程序确定有无鸟，若有鸟，调用放音子程序使语音芯片放音驱鸟。

§3.2软件设计的内容

软件包括：

主程序，初始化子程序，定时器中断程序，外部中断程序，计算子程序，放音子程序，声音子程序，延时子程序。

§3.3主程序设计

主程序的任务是将所需要用到的资源初始化，并等待中断。

其流程图如图3-1所示。

其对应的汇编程序如下：

ORG0000H

LJMPMAIN;复位入口转主程序

ORG0003H

LJMPIINT0;转入外部中断0

ORG000BH

LJMPIT0P;转入T0中断

ORG0030H

MAIN:

MOVSP,#60H

图3-1主程序流程图

LCALLPTOM2;调用T0,T1初始化程序

MOVR2,#03H

CLRF0

LL2:

SETBEA

LJMPLL2

;T0,INT0初始化

PTOM2:

MOVTMOD,#11H;T0定时,T1定时

MOV30H,#0ECH

MOV31H,#0FFH;T0启动脉冲为高电平时的初值

MOV32H,#52H

MOV33H,#0FFH;T0启动脉冲为低电平时的初值

MOVTL0,#52H

MOVTH0,#0FFH;T0赋低电平初值

MOV42H,#23H

MOV43H,#83H;42H43H为10ms所用的机器周期数

CLRP1.2;输出信号初始化

CLRIT0;外部中断0为电平触发模式

SETBEX0;开外部中断0

SETBPT0;定时器T