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作者：四川理工学院 夏凯 陈奎霖 谭万锋
指导教师：符长友

　　作品简介

　　开发背景
        物联网在我国的快速崛起，正在推动着我国智能电网进入崭新的发展阶段。高压输电线路是智能电网的重要组成部分，是实现电能远距离输送的主要渠道。高压输电线路的正常运行，直接关系到电网的安全可靠工作，同时也直接影响着国计民生和电力企业的经济效益。据电力行业相关技术报告显示，诱发高压电网合成绝缘子的闪络跳闸事故的因素中，鸟类居于首位，并逐年增多，呈上升趋势。因此，高压输电线路的防鸟害工作刻不容缓，必须加强整治工作。为了确保高压输电线路的正常运行和电网的安全可靠工作，电力系统迫切需要一套安全、有效、可靠的驱鸟装置。
　　目前国内的驱鸟装置绝大多数只注重驱鸟部分，即用声、光、波等方式进行驱鸟，而少有注重如何高效地自动探测是否有鸟的到来。而即使具有自动探鸟功能的驱鸟装置中，其大多采取的是红外感应探测技术。由于红外感应探测有一个致命的弱点：当环境接温度接近于鸟的体温时，红外探测失效，因而不能有效地工作。
　　为此需要研发一套更方便、更有效、更准确的多功能、智能型驱鸟器，不仅能及时、快速、准确地探测出鸟的到来，然后启动相关驱鸟装置，进行驱鸟。否则整个系统处于休眠状态以节约电能，延长太阳能电池板的有效时间。同时把相关信息电力管理中心，延长太阳能电池板的有效时间。同时把相关信息传送到电力管理中心，使其及时掌握各个输电线路上塔吊的运行状态，如温度状况、每天中鸟光临的时间、次数等。这样，不仅有效保证了高压输电线路的正常运行，而且也保护了鸟类，维护了其生态平衡。

　　结构说明
        物联网的高压输电线路智能驱鸟系统由智能驱鸟器和电力管理人员的手机构成，其系统功能如图1所示。智能驱鸟器包括微波探鸟模块、实时时钟模块、语音驱鸟模块、强光驱鸟模块、GPRS无线通信模块、温度传感器模块、单片机主控模块、LCD显示模块等组成，其系统功能如图2所示。电力管理中心用手机替代。　　

　　功能
        本系统自动实现实时探测高压输电线路上的塔吊是否有鸟前来光临。根据探测结果，系统单片机决定是否启动声、光、波等多种驱鸟方式进行驱鸟。并利用温、湿度传感器，实时监测塔吊的环境温度并预警。最后，把鸟光临的时间、环境温度等参数以短信方式及时传送到电力管理人员的手机上，使其及时了解、掌握高压输电线路的工作状况。电力管理人员也可主动查询各个塔吊的工作状况。

　　实物图片　　

 　　应用前景
        “十二五”是智能电网全面建设的关键五年，国家电网公司在未来5年预计投资6850亿元，到2020年总共投资4万亿元用于智能电网的建设。因此，物联网的高压输电线路智能驱鸟系统将有空前的应用前景。此外，本智能驱鸟系统还可应用在机场(飞机升、降时驱赶飞鸟，防止撞击)、农场和果园(驱赶鸟类，提高农作物、农产品的产量)等处。因而，物联网的高压输电线路智能驱鸟系统具有非常强大的实用价值和广阔的市场前景。

　　平台选型说明

　　本系统采用宏晶公司最新推出的STC15 F2K 61S2单片机开发板作为主平台，选用HB100微波模块、GPRS无线通信模块、DHT11温湿度传感器、LCD显示模块、太阳能电池板、蓄电池、NXP8563实时时钟等多种模块。

　　设计说明

　　设计方案
　　目前市面上存在着如下几种驱鸟器：
　　⑴高压电子驱鸟器
　　高压电子驱鸟器安装在高压输电线路的绝缘子上方，当鸟落在驱鸟器板上时，驱鸟器板倾斜，板上的水银开关接通电路，瞬时产生脉冲高压打击驱赶鸟类。本能P8563SH 61S2驱鸟器的有效条件是鸟必须降落在驱鸟器板上，其工作范围非常有限。

　　⑵超声波驱鸟器
　　超声波驱鸟器发出的超声波刺激鸟类的神经系统，破坏鸟类的生存环境，从而远离超声波覆盖的范围，停止筑巢和长期驻留，从而有效避免由鸟害引起高压输电线路的各种隐患。超声波驱鸟器见效慢，由于其主要通过恶化鸟类生存环境而达到长久驱鸟作用。

　　⑶语音驱鸟器
　　语音驱鸟器利用鸟类学仿生技术和电子技术结合原理，采用数字语音芯片存储库技术，播放多种令鸟害怕的声音从而达到驱鸟效果。由于鸟对声音具有极强的适应性，时间稍久鸟对声音已经适应了。

　　⑷红外线驱鸟器
　　红外线驱鸟器利用红外感应原理，探测是否有鸟光临高压输电线路的铁塔，然后启动驱鸟装置部分，进行驱鸟。
　　上述4种驱鸟器，前3种均属于被动型驱鸟器，即不能实时探测高压输电线路的铁塔上是否有鸟，只是被动地间隔一定的时间，启动驱鸟装置部分进行驱鸟。因而驱鸟效果不佳。而第4种红外线驱鸟器属于主动型驱鸟器，即能实时探测探测高压输电线路的铁塔上是否有鸟，若有鸟，启动驱鸟装置进行驱鸟。但红外感应技术有个致命的弱点——当环境温度与鸟的体温接近时，红外探测失效，因而红外线驱鸟器也不能有效地工作。总之，市面上的各种驱鸟器均存在不同程度上的缺陷，因此必须寻求一种全新的探测技术。
　　微波探测技术，采用多普勒(Doppler)原理，即以时间为基础的，当无线电波在行进过程中碰到物体时该电波会被反射，反射波的频率会随碰到物体的移动状态而改变。如果无线电波碰到的物体的位置是固定的，那么反射波的频率和发射波的频率应该相等。如果物体朝着发射的方向移动，则反射回来的波会被压缩，就是说反射波的频率会增加;反之反射回来的波的频率也会随之减小，如图6所示。　　

　　物联网的高压输电线路智能驱鸟系统由智能驱鸟器和电力管理人员的手机构成，其系统功能如图7所示。路智能驱鸟器由微波探鸟模块、实时时钟模块、语音驱鸟模块、强光驱鸟模块、GPRS无线通信模块、温度传感器模块、单片机主控模块、LCD显示模块、太阳能电池板等组成，其系统功能如图8所示。　　

 　　工作原理
　　物联网的高压输电线路智能驱鸟系统采用微波探测技术，实时在线监测是否有鸟光临高压输电线路上的铁塔，并不受风、雨、雪等自然环境因素的影响，然后决定是否启动声音(多种让鸟感到害怕的声音，如猫头鹰的叫声、电闪雷鸣声、鬼哭狼嚎声等，鸟受惊吓而飞走)、强光(刺激鸟的眼睛，使其难以忍受而离开)、超声波(发出与鸟心脏搏动频率接近的超声波，并通过功率放大器，加大超声波功率，使鸟心脏共振，鸟难以忍受而飞离)等多种方式进行驱鸟。同时，采用温度传感器，还能判断高压输电线路及铁塔是否有覆冰，并把每天中鸟光临铁塔的时间及铁塔环境温度等信息通过GPRS无线网络实时传给电力监控中心，若有异常信息则报警，使管理人员能够及时、准确掌握高压输电线路及铁塔的状况。此外，电力管理人员在监控中心也可通过GPRS无线网络随时查询、了解并掌握整个高压输电线路上各个支路上铁塔的状况以及执行相关的控制操作。

　　原理图
　　⑴微波探测模块HB100 该模块根据多普勒原理设计的微波探测器，由FET介质DRO微波震荡源(10.525GHz)、功率分配器、发射天线、接收天线、混频器、检波器等电路组成。发射天线向外定向发射微波，遇到物体时被反射，反射波被接收天线接收，然后到混合器与振荡波混合，混合、检波后的低频信号反应了物体移动的速度。其原理图如图9所示。　　

 　　⑵语音模块 该模块采用ISD4002芯片。该芯片是台湾Winbond公司推出的4000系列之一，3V工作电压，单片录放时间2至4分钟，音质好。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平FLASH存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内FLASH存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率可为 4.0、5.3、6.4、8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年，反复录音10万次。其原理图如图10所示。　　

 　　⑶GPRS模块 该模块采用台湾明基(BENQ)公司推出的新一代GPRS模块M22，主要为语音传输、短消息发送和数据业务提供无线接口。M22集成了完整的射频电路和GPRS的基带处理器，特别适合于开发一些GPRS的无线应用产品。如监控、调度、车载和遥控等系统。也可以直接作为终端产品进行语音传输。其原理图如图11所示。　　

 　　⑷喇叭驱动电路 如图12所示。　　

 　　⑸实时时钟电路 如图13所示。　　

 　　作品特色

　　先进性
　　本系统提出并采用了多普勒微波探测技术，对高压输电线路上的塔吊实现实时探测是否有鸟前来光临，然后启动声、光、波等多种方式驱鸟。最后通过GPRS，将相关信息以无线方式传送到电力管理中心。同时，电力管理中心也可主动查询高压线路的工作情况与工作状态。

　　实用性
　　“十二五”规划是智能电网全面建设的关键五年，国家电网公司到2020年总共投资4万亿元用于智能电网的建设。此外，物联网的高压输电线路智能驱鸟系统还可应用在机场、农场与果园等处。因而，本系统具有广泛的实用价值和空前的市场前景。

　　创新性
　　⑴利用多普勒原理，实时准确监测铁塔上是否有鸟光临，而不受风、雨、雪、温度等环境因素的影响。
　　⑵利用实时时钟、光敏、温湿度传感器，使系统在晚上与温度超过36℃或低于零下3℃时处于待机，以节省能耗。
　　⑶设计了太阳能电池板跟随器，自动跟踪太阳光线功能。
　　⑷采用GPRS无线通信，使电力管理人员能够及时、准确掌握各个输电线路的工作状态。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2334