多功能綜合驅(qū)鳥器的研制

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）

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

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

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

1 傳統(tǒng)的驅(qū)鳥方法及缺陷

傳統(tǒng)的驅(qū)鳥器存在安裝繁瑣、檢修困難、探測(cè)距離短、無法精確快速檢測(cè)到鳥類等缺陷。傳統(tǒng)的驅(qū)鳥方法如安裝金屬防鳥刺，給線路檢修帶來諸多麻煩；人工拆鳥巢費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢；現(xiàn)有電子驅(qū)鳥器主要依靠發(fā)射超聲波或語音等手段來驅(qū)趕鳥類，但是不管是否有鳥類接近，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，而且鳥類會(huì)逐漸適應(yīng)驅(qū)鳥器的聲音，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)鳥器的設(shè)計(jì)原理和功能

多功能綜合驅(qū)鳥器以32位ARM處理器STM32F103 VBT6為核心，通過雷達(dá)探測(cè)、超聲波和語音技術(shù)的多功能驅(qū)鳥器來實(shí)現(xiàn)智能驅(qū)鳥。主要由電源模塊、處理器、雷達(dá)探測(cè)模塊、超聲波模塊及語音模組成。能夠精確快速地探測(cè)到鳥類的活動(dòng)，利用超聲波和語音驅(qū)鳥器技術(shù)進(jìn)行智能驅(qū)鳥。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、接收天線、混頻器及檢波器。發(fā)射天線通過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)射天線配套有可接收反射波的接收天線與一混頻器相連，該混頻器還通過濾波器接收震蕩波，反射波與震蕩波通過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)鳥效果上有了進(jìn)一步提高。鳥的聽覺系統(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源。鳥類的聽覺系統(tǒng)是在200-90000Hz，人的聽覺范圍在16-20kHz，超聲波驅(qū)鳥的頻率一般在22-55kHz。超聲波驅(qū)鳥利用一種超聲波脈沖干擾刺激和破壞鳥類神經(jīng)系統(tǒng)、生理系統(tǒng)，使其紊亂，已達(dá)到驅(qū)鳥的目的。

圖6 超聲波模塊原理框圖

2.5 語音模塊

采用ARM 32位的處理器STM32F103VBT6的定時(shí)器TIM3作語音驅(qū)鳥部分的PWM發(fā)生信號(hào)，頻率和占空比可以任意調(diào)節(jié)來滿足控制需求。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重新燒寫程序的方式更新，以保證驅(qū)鳥效果更加明顯。通過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 語音模塊原理框圖

多功能綜合驅(qū)鳥器采用箱體結(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)鳥類的活動(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，用于超聲波和語音驅(qū)鳥。

3 結(jié)束語

多功能綜合驅(qū)鳥器以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，專門用于偵測(cè)鳥類的活動(dòng)，當(dāng)偵測(cè)并分析到在驅(qū)鳥范圍內(nèi)有鳥時(shí)，觸發(fā)語音電路產(chǎn)生具有爆破性的聲音，以驅(qū)趕鳥類離開；同時(shí)，利用超聲波電路產(chǎn)生脈沖干擾信息，刺激和破壞鳥類神經(jīng)系統(tǒng)、生理系統(tǒng)，使其紊亂，達(dá)到驅(qū)鳥。實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)探測(cè)、音頻和超聲波兩種驅(qū)鳥方式集合驅(qū)鳥的目的，它具有結(jié)構(gòu)合理、使用方便、驅(qū)鳥效果好、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)。