多功能綜合驅(qū)鳥(niǎo)器的研制

汪澤州，徐光年，顧衛(wèi)華，干曉明

(1.國(guó)網(wǎng)浙江海鹽縣供電公司，海鹽 314300；2.浙江涵普電力科技有限公司，海鹽 314300）

多功能綜合驅(qū)鳥(niǎo)器的研制

汪澤州1，徐光年1，顧衛(wèi)華1，干曉明2

(1.國(guó)網(wǎng)浙江海鹽縣供電公司，海鹽 314300；2.浙江涵普電力科技有限公司，海鹽 314300）

鳥(niǎo)害會(huì)影響電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路的安全運(yùn)行，本文設(shè)計(jì)一種以32位ARM處理器STM32F103VBT6為核心，通過(guò)雷達(dá)探測(cè)、超聲波和語(yǔ)音技術(shù)的多功能驅(qū)鳥(niǎo)器來(lái)實(shí)現(xiàn)智能驅(qū)鳥(niǎo)。

ARM處理器；雷達(dá)探測(cè)；超聲波驅(qū)鳥(niǎo)；語(yǔ)音驅(qū)鳥(niǎo)

輸電線(xiàn)路是電網(wǎng)的重要組成部分，輸電線(xiàn)路擔(dān)負(fù)著高電壓遠(yuǎn)距離輸送的任務(wù)，因此輸電線(xiàn)路的安全直接影響著用戶(hù)的供電可靠性和供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。影響輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行的一大隱患就是鳥(niǎo)害事故，每年電力系統(tǒng)25%左右的故障是由鳥(niǎo)害引起的。本文介紹了一種以32位ARM處理器STM32F103VBT6為核心，通過(guò)雷達(dá)探測(cè)、超聲波和語(yǔ)音技術(shù)的多功能驅(qū)鳥(niǎo)器，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、使用方便、驅(qū)鳥(niǎo)效果好、使用性能可靠、處理速度快、精度高。

1 傳統(tǒng)的驅(qū)鳥(niǎo)方法及缺陷

傳統(tǒng)的驅(qū)鳥(niǎo)器存在安裝繁瑣、檢修困難、探測(cè)距離短、無(wú)法精確快速檢測(cè)到鳥(niǎo)類(lèi)等缺陷。傳統(tǒng)的驅(qū)鳥(niǎo)方法如安裝金屬防鳥(niǎo)刺，給線(xiàn)路檢修帶來(lái)諸多麻煩；人工拆鳥(niǎo)巢費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)；現(xiàn)有電子驅(qū)鳥(niǎo)器主要依靠發(fā)射超聲波或語(yǔ)音等手段來(lái)驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)，但是不管是否有鳥(niǎo)類(lèi)接近，它們都會(huì)定時(shí)釋放超聲波、爆破音，這樣不僅產(chǎn)生噪音污染，而且鳥(niǎo)類(lèi)會(huì)逐漸適應(yīng)驅(qū)鳥(niǎo)器的聲音，傳統(tǒng)的51單片機(jī)處理器容量小、精度不高、速度慢，使得驅(qū)鳥(niǎo)器的探測(cè)距離短、反應(yīng)慢、驅(qū)趕效果降低。

2 多功能綜合驅(qū)鳥(niǎo)器的設(shè)計(jì)原理和功能

多功能綜合驅(qū)鳥(niǎo)器以32位ARM處理器STM32F103 VBT6為核心，通過(guò)雷達(dá)探測(cè)、超聲波和語(yǔ)音技術(shù)的多功能驅(qū)鳥(niǎo)器來(lái)實(shí)現(xiàn)智能驅(qū)鳥(niǎo)。主要由電源模塊、處理器、雷達(dá)探測(cè)模塊、超聲波模塊及語(yǔ)音模組成。能夠精確快速地探測(cè)到鳥(niǎo)類(lèi)的活動(dòng)，利用超聲波和語(yǔ)音驅(qū)鳥(niǎo)器技術(shù)進(jìn)行智能驅(qū)鳥(niǎo)。如圖1所示。

圖1 整體框圖

2.1 電源模塊

電源模塊由220V電壓經(jīng)過(guò)變壓器、整流橋堆及穩(wěn)壓芯片（LM7805，LD1117AG33A）等轉(zhuǎn)換成32位ARM處理器以及其他模塊的供電電源。如圖2、圖3所示。

圖2 電源模塊圖

圖3 ARM處理器電源模塊圖

2.2 處理器

圖4 處理器STM32F103VBT6原理圖

驅(qū)鳥(niǎo)器的處理器是以32位ARM處理器STM32 F103VBT6為核心，最高72MHz的工作頻率，處理速度快。128K字節(jié)的閃存存儲(chǔ)器和高達(dá)20K的SRAM，單周期的乘法和硬件除法，功能強(qiáng)大。如圖4所示。

2.3 雷達(dá)探測(cè)模塊

雷達(dá)探測(cè)模塊包括微波震蕩源、濾波器、發(fā)送天線(xiàn)、接收天線(xiàn)、混頻器及檢波器。發(fā)射天線(xiàn)通過(guò)濾波器與微波震蕩器相連并可向外定向發(fā)射震蕩微波信號(hào)，發(fā)射天線(xiàn)配套有可接收反射波的接收天線(xiàn)與一混頻器相連，該混頻器還通過(guò)濾波器接收震蕩波，反射波與震蕩波通過(guò)與混頻器相連的檢波器混合檢波后形成一能夠反應(yīng)物體移動(dòng)的低頻信號(hào)，并將該低頻信號(hào)傳輸至相連的32位ARM處理器STM32F103VBT6。如圖5所示。

圖5 雷達(dá)探測(cè)模塊原理框圖

2.4 超聲波模塊

超聲波電路主要是由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T1構(gòu)成的，使用32位ARM處理器STM32F103VBT6內(nèi)部的PWM定時(shí)計(jì)數(shù)器TIM2輸出的16-25kHz方波信號(hào)。一路經(jīng)一級(jí)反相器（U1C與U1E并聯(lián)組成一級(jí)）后送到超聲波發(fā)射換能器的一個(gè)電極（T1的1腳）；另一路經(jīng)兩級(jí)反相器（U1D為第一級(jí)，U1B和U1A組成第二級(jí)）后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極（T1的2腳）。用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反相器并聯(lián)，以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R1，R2一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果。如圖6所示。

在超聲波驅(qū)鳥(niǎo)改變以往超聲波發(fā)聲器件的低效、聲壓分貝低、作用范圍小等缺點(diǎn)，采取了超強(qiáng)型超聲波發(fā)聲器件，在驅(qū)鳥(niǎo)效果上有了進(jìn)一步提高。鳥(niǎo)的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)，對(duì)超聲波非常敏感，能在黑暗中判斷聲音的來(lái)源。鳥(niǎo)類(lèi)的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)是在200-90000Hz，人的聽(tīng)覺(jué)范圍在16-20kHz，超聲波驅(qū)鳥(niǎo)的頻率一般在22-55kHz。超聲波驅(qū)鳥(niǎo)利用一種超聲波脈沖干擾刺激和破壞鳥(niǎo)類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)、生理系統(tǒng)，使其紊亂，已達(dá)到驅(qū)鳥(niǎo)的目的。

圖6 超聲波模塊原理框圖

2.5 語(yǔ)音模塊

采用ARM 32位的處理器STM32F103VBT6的定時(shí)器TIM3作語(yǔ)音驅(qū)鳥(niǎo)部分的PWM發(fā)生信號(hào)，頻率和占空比可以任意調(diào)節(jié)來(lái)滿(mǎn)足控制需求。選取了具有一定爆破音響效果的聲源，并將其采集并固化在ARM處理器的存儲(chǔ)器中，所存儲(chǔ)的聲音信息還可以通過(guò)重新燒寫(xiě)程序的方式更新，以保證驅(qū)鳥(niǎo)效果更加明顯。通過(guò)ARM 32位的處理器STM32F103VBT6的定時(shí)器TIM3的PWM方式輸出音頻信號(hào)，通過(guò)音頻放大器（PAM8006）進(jìn)行功率放大，得到聲音信號(hào)完整并不失真的送到揚(yáng)聲器中進(jìn)行播放。如圖7所示。

圖7 語(yǔ)音模塊原理框圖

多功能綜合驅(qū)鳥(niǎo)器采用箱體結(jié)構(gòu)，體積小便于安裝。雷達(dá)探測(cè)模塊箱體頂部?jī)蓚?cè)，便于偵測(cè)鳥(niǎo)類(lèi)的活動(dòng)。內(nèi)部側(cè)板裝有多個(gè)多個(gè)音頻放大器以及超聲波音頻轉(zhuǎn)換器，用于超聲波和語(yǔ)音驅(qū)鳥(niǎo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

多功能綜合驅(qū)鳥(niǎo)器以32位ARM處理器STM32 F103VBT6為核心，主要是利用多普勒雷達(dá)傳感器和甄別電路，專(zhuān)門(mén)用于偵測(cè)鳥(niǎo)類(lèi)的活動(dòng)，當(dāng)偵測(cè)并分析到在驅(qū)鳥(niǎo)范圍內(nèi)有鳥(niǎo)時(shí)，觸發(fā)語(yǔ)音電路產(chǎn)生具有爆破性的聲音，以驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)離開(kāi)；同時(shí)，利用超聲波電路產(chǎn)生脈沖干擾信息，刺激和破壞鳥(niǎo)類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)、生理系統(tǒng)，使其紊亂，達(dá)到驅(qū)鳥(niǎo)。實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)探測(cè)、音頻和超聲波兩種驅(qū)鳥(niǎo)方式集合驅(qū)鳥(niǎo)的目的，它具有結(jié)構(gòu)合理、使用方便、驅(qū)鳥(niǎo)效果好、響應(yīng)快、精度高等特點(diǎn)。

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Development of Multifunction Comprehensive Driving Birds Equipment

Wang Zezhou1, Xu Guangnian1, Gu Weihua1, Gan Xiaoming2
(1. State Grid Corporation of China, Zhejiang Haiyan Power Supply Company, Haiyan, 314300; 2.Zhejiang Hanpu Power Technology Co., Ltd., Haiyan, 314300 )

the endanger factor of the birds Will affect the safe operation of power system transmission lines. Design a 32-bit ARM processor which STM32F103VBT6 acted as the core. By radar, ultrasonic and voice technology of multi-function drive birds equipment to implement intelligent drive the birds.

ARM processors; radar; drive the birds by ultrasonic and voice

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.01.009

TM72，S764.1，P412.25，Q681文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）01-0034-03

汪澤州，男，工程師，調(diào)度技師，國(guó)網(wǎng)浙江海鹽縣供電公司，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、供電可靠性。

干曉明，男，工程師，學(xué)士，浙江涵普電力科技有限公司，主要從事電能表耐壓試驗(yàn)裝置研究設(shè)計(jì)，電測(cè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。