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1、目 录前 言1第1章 绪 论31.1 鸟类对输电安全的影响31.2 驱鸟器的驱鸟原理31.3 驱鸟器的总体设计4第2章 驱鸟器的硬件设计72.1 单片机系统设计72.1.1 单片机的选择72.1.3传感器选择72.2 系统的硬件接口设计8第3章 驱鸟器飞鸟检测软件设计103.1 软件设计的任务103.2 软件设计的内容103.3 主程序设计103.4 定时器T0中断程序设计123.5 外部中断0中断程序设计13第4章 驱鸟器语音输出软件设计17第6章 驱鸟器使用说明书24第7章 驱鸟器测试分析报告25第8章 驱鸟器项目开发总结28结 论30参考文献32致 谢34附 录35一、ISD2560内部
2、地址单元寻址35二、功能样机照片36前 言随着工农业生产的迅速发展和社会用电需求的不断提高，人们对输电线路供电可靠性的要求越来越高，但值得注意的是鸟类的生息繁衍条件逐年得到改善，由于鸟类活动引起的输电线路跳闸事故近几年却有不断增多的趋势。鸟害故障已成为电力线路的频发性故障之一。因此，如何降低鸟类活动对输电线和变电站电力设备危害已成为世界性的课题。鸟类对电力线路的危害主要表现在：(1)鸟类筑巢，口叼树枝，铁丝在空中往返飞行，当树枝等掉落在线路导线间或反搭在导线与横担上就会造成短路事故；杆塔上鸟巢被风吹散亦会造成类似情况，引起短路事故。(2)较大鸟类在导线间飞行，争斗可能导致相间短路。(3)鸟粪污
3、染瓷裙，或稀粪沿瓷瓶下流时可能会造成闪络。随着人类对自然生态环境保护意识的加强，鸟类的繁衍数量逐渐增多，活动范围也日趋扩大。而随着电网建设的快速发展，必然会破坏鸟类的自然栖息环境，如何因势利导，达到人类和鸟类的和谐相处，是我们目前应该研究的一个新课题。因此，对于输电线路的防鸟害，应该从研究鸟的种群分布、生活习性及规律、迁徙特点等入手，有意识地去引导鸟类适应新的环境，这样才能使得鸟类有了新的栖息地而不去危害线路。同时，随着鸟类适应能力的增强，各种防鸟害措施需不断更新使用，才能收到好的效果。虽然现今随着鸟害对工农业及人们日常生活的危害的不断加大，市面上涌现出了各种各样价位不同用处不同的驱鸟器，比如
4、超声波驱鸟器、语音驱鸟器、太阳能驱鸟器等等。这些五花八门的驱鸟器在一定时间内还是能起到明显的驱鸟效果的，但是时间长了，鸟类就会适应驱鸟器的存在，继续危害正常生产和生活，而此时驱鸟器也就失效了。鉴于这方面原因，本设计为基于飞鸟检测系统的语音驱鸟器，即设计驱鸟器，实时检有无测到有鸟飞来时才开启驱鸟，没鸟飞来时不驱鸟，从而解决鸟类的适应问题。该检测系统用微波位移传感器检测一定范围的物体移动速度，输出信号经过后续电路调理后，送给单片机，单片机分析、计算并判断是否有鸟飞来、当确定有鸟则启动驱鸟器的语音驱鸟。本文第一章主要介绍了驱鸟器检测系统的总体设计，概述其设计思想及方案。第二章是驱鸟器检测系统的硬件设
5、计，列出了相应的电路连接图。第三章是软件设计，具体详细的介绍了如何检测是否有鸟飞来，如何驱动驱鸟器的语音芯片的单片机汇编语言程序。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
6、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
7、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
8、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ISD
9、2560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
10、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
11、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
12、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
13、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.
14、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5V5。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5s30s 之间（典型值为20s）、频率为2
15、4kHz（典型值为2.0kHz）的脉冲供电。310的占空比脉冲供电时平均电流为 1.2mA4mA。脉冲供电电压必须在4.75V5.25V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0.72W/。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50W/和0.036W/。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HB100 1m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，VCC5VDC，IF连接示波器，示波器在10mV/div （AC）20ms
