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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T0为高级中断

CLRPX0;外部中断0为低级中断

SETBTR0

SETBET0;开T0定时

SETBTR1;T1开始计时

SETBEA;开中断

RET

其中定时器T0中断的优先级高于外部中断0的，以保证传感器HB100的驱动信号不受干扰，从而传感器能持续工作。

§3.4定时器T0中断程序设计

定时器T0是给微波位移传感器HB100提供驱动信号的，其流程图如图3-2所示。

其程序设计如下：

;驱动传感器

IT0P:

PUSHPSW;现场保护

CLREA

CLRTR0;关T0中断

MOVA,32H

MOVR0,#30H

XCHA,@R0

MOV32H,A

MOVTL0,A

MOVA,33H

INCR0

XCHA,@R0

MOVA,33H

MOVTH0,A;交换T0定时高低电平初值

CPLP1.2;交换输出脉冲高低电平

图3-2T0中断流程图

CLRTF0;置0T0溢出标志

SETBTR0

SETBET0

SETBEA;开T0中断

POPPSW

RETI

§3.5外部中断0中断程序设计

图3-3外部中断0中断流程图图3-4计算子程序流程图

外部中断0为电平触发方式，当它的管脚P3.2为低电平时中断，进入中断程序，通过计算子程序计算在10ms内有是否有三个以上低脉冲，即是否在10ms内有是否有三次外部中断，若是，则清零管脚P1.3，选中语音芯片

ISD2560，调用放音子程序，放音驱鸟。

此处定时器T1起到计时的作用，每次非初次外部中断到来的时间减去初次外部中断的时间之差与10ms相比，从而使外部中断次数有了时间的限制。

其流程图如图3-3、图3-4所示。

相应程序如下：

;检测

IINT0:

CLREA

PUSHPSW;现场保护

CJNER2,#03H,L1;初次外部中断的T1值放50H51H

MOV50H,TH1

MOV51H,TL1

L1:

MOV40H,TH1;非初次外部中断的T1值放入40H41H

MOV41H,TL1

LCALLJISUAN;调用计算子程序

JBF0,L2;超过10ms跳出

DJNZR2,L2;不是第三次中断则跳出

CLRFY;置0放音标志

LCALLFYIN;调用放音子程序

LCALLDELAY;调用延时子程序

SETBFY;关闭放音标志

MOVR2,#03H;R2赋初值

L2:

CLRF0;初始化10ms标志

SETBEX0;允许外部中断0中断

POPPSW

RETI

;计算子程序

JISUAN:

CLRC

MOVA,41H

SUBBA,51H

MOV41H,A

MOVA,40H

SUBBA,50H

MOV40H,A;非初次外部中断时间减去初次外部中断时间结果放入40H41H

CLRC

MOVA,41H

SUBBA,43H

MOVA,40H

SUBBA,42H;两次中断时间差与10ms比较

JCL4;不超过10ms则跳转

SETBF0;超过10ms置高10ms标志

MOVR2,#03H;R2赋初值

L4:

RET

第4章驱鸟器语音输出软件设计

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。

语音芯片ISD2560放音时，根据需播放的语音内容，找到相应的语音段起始地址，并通过口线送出。

再将P/R端设为高电平，PD端设为低电平，并让/CE端产生一负脉冲启动放音，这时单片机只需等待ISD2560的信息结束信号，即/EOM的产生。

信号为一负脉冲，在负脉冲的上升沿，该段语音才播放结束，所以单片机必须要检测到/EOM的上升沿才能播放第二段，否则播放的语音就不连续，而且会产生啪啪声，这一点在编制软件时一定要注意。

另语音芯片ISD2560的地址分配表见附录1。

驱鸟其软件程序采用单片机汇编语言编写，运用模块化结构形式。

各模块之间相互独立又相互关联，低级模块可以被高级模块重复调用，这样既节省内存空间又便于程序的编制及维护。

语音芯片选中后，当满足有鸟飞来的条件时开始放音驱鸟，其放音子程序和声音子程序及延时子程序的流程图如图4-1，图4-2，图4-3所示。

;放音子程序

FYIN:

SETBP2.5;置放音标志位

MOVP0,#00H;初始化放音开始地址

CLRP2.6

CLRP2.7

MOVR1,#0

LOOP1:

JBFY,LOOP1;是否允许放音

LCALLPLAY

RET

PLAY:

INCR1

图4-1放音子程序流程图

CJNER1,#1,PL1

MOVP0,#00H;送字段1起始地址

CLRP2.6

CLRP2.7LCALLSOUND;放字段1录音

INCR1

PL1:

CJNER1,#2,PL2

MOVP0,#20H;送字段2起始地址

CLRP2.6

CLRP2.7

LCALLSOUND;放字段2录音

INCR1

PL2:

CJNER1,#3,PL3

MOVP0,#40H;送字段3起始地址

CLRP2.6

CLRP2.7

LCALLSOUND;放字段3录音

INCR1

PL3:

CJNER1,#4,PL4

MOVP0,#60H;送字段4起始地址

CLRP2.6

CLRP2.7

LCALLSOUND;放字段4录音

INCR1

PL4:

CJNER1,#5,PL5

MOVP0,#00H;送字段5起始地址

CLRP2.6

CLRP2.7

LCALLSOUND;放字段5录音

INCR1

PL5:

CJNER1,#6,OUT

OUT:

RET

SOUND:

CLRP2.2;选中语音芯片,开始放音

NOP

NOP

LOOP2:

JNBP2.4,LOOP2;是否到达放音结束标志位

SETBP2.2;到结束标志位后结束放音

图4-2延时子程序流程图图4-3声音子程序流程图

RET

;延时子程序

DELAY:

MOVR5,#0EH

KL1:

MOVR4,#0FEH

KL2:

MOVR3,#0FEH

KL3:

DJNZR3,KL3

DJNZR4,KL2

DJNZR5,KL1

RET

END

第5章驱鸟器软件系统调试

驱鸟器的软件设计即单片机汇编语言，是通过编写、修改、调试一步步达到任务书要求的。

源程序可在LOPE编译软件中打开，点击“编译+连接”进行编译连接，生成可执行程序QNQ.HEX。

然后可利用MEP-300单片机程序烧写器烧写程序。

具体方法是：

将MEP-300单片机程序烧写器与电脑连接，将一片AT89C51单片机芯片正确插入烧写器。

打开烧写软件MP100.EXE，点击“芯片操作”、“芯片选择”，然后选择AT89C51。

点击“HEX”，在弹出的对话框中输入程序存放路径，打开QNQ.HEX，点击“自动操作”、“写入”，等待写入操作完毕，取出单片机，插入应用电路即可。

源程序包括主程序，初始化子程序，定时中断程序，外部中断程序，计算子程序，放音子程序，声音子程序和延时子程序。

除了主程序外每一个程序都可以单独调试，这样一块块的调试更方便且不易出错。

定时中断程序的作用是产生驱动传感器的脉冲方波，通过P1.2口语传感器连接，因此最优的调试方法是将该程序烧写入单片机接入电路后，看P1.2口是否输出为脉冲信号即可。

这里莫忘在中断返回前清零定时器溢出标志位TF0。

计算子程序和延时子程序都可以在LOPE编译软件的特殊功能寄存器窗口、输入输出窗口和内部存储器窗口的数值变化中的到调试，这样可以避免算错数和延时进入死循环。

放音子程序和声音子程序通过语音芯片可得到调试。

外部中断程序的作用是检测是否有物体移动。

将所有程序编译成功后烧写进单片机，并连接硬件电路，开始调试。

首先检查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。

驱鸟器的测试分析实际上就是对传感器及后续电路的测试分析。

由于传感器检测信号检测到有物体移动时就会产生脉冲，产生的脉冲数和脉冲的持续时间与物体的移动速度有关。

考虑到产生低脉冲会有干扰信号，将一定时间内产生三个低脉冲认为是有物体移动。

而这个时间段的选择将决定驱鸟器系统检测环节的灵敏度。

灵敏度又直接关系着传感器的检测范围，如距离和角度。

分别将传感器放大电路出来的信号定为5ms、10ms、20ms内有三个低脉冲时认为有物体移动，经上面的调试过程调试证明当10ms内有三个低脉冲时能检测到10m内角度为30度的范围内的物体移动，满足设计要求。

而5ms时灵敏度太低，只能检测到3m范围内的物体移动，20ms时，灵敏度太高，有风就认为是有鸟，这样就会导致语音芯片一直播音驱鸟，不能起到驱鸟效果。

故将P3.2口的检测信号定为10ms内有三个低脉冲时认为有物体移动。

另外应考虑定时中断与外部中断的优先级，因为定时器中断是产生传感器的驱动信号的，传感器不停的工作，因此驱动信号不能受打断，应将定时器中断设置为高优先级的中断。

刚上电时，由于传感器的初始状态不定，和此时硬件电路运行速度达不到，所以在刚开始的10秒钟内整个系统不能正常检测和发音。

10秒钟后，系统能正常检测有无物体移动，并放音驱鸟。

实验表明，设计成的驱鸟器满足以上各个调试阶段的要求，能够准确检测10米范围内的物体移动，语音播放声音洪亮，能传播相当远的距离，能起到驱鸟的效果。

由于整个系统各个部分工作相互联系，其中一个环节出错将导致整个系统的瘫痪，因此调试过程中应该认真细心，不放过每一个细节。

只有这样严谨的调试方法才能达到理想效果。

第6章驱鸟器使用说明书

驱鸟器程序采用单片机汇编语言编写。

运用模块化结构形式。

各模块之间相互独立又相互关联，低级模块可以被高级模块重复调用。

现有程序名为：

QNQ.ASM，版本号为1.0。

程序占用资源如下：

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；

P1.2为传感器驱动信号输出口；

P1.3置低驱动语音芯片。

源程序可在LOPE编译软件中打开，点击“编译+连接”进行编译连接，生成可执行程序QNQ.HEX。

然后可利用MEP-300单片机程序烧写器烧写程序。

具体