一种全向声波驱鸟器及驱鸟方法与流程

本发明涉及输电杆和塔驱鸟技术领域，具体涉及一种全向声波驱鸟器及驱鸟方法。

背景技术：

自1920年美国艾迪森首先提出将鸟类活动用以解释架空输电线路不明原因，其提出将鸟类活动用以解释架空输电线路不明原因造成闪络的观点之后，鸟类对输电线路的危害开始逐渐被人们所重视。而输电杆、塔常常成为鸟类停留，栖息的重要场地。从鸟害事故分析看，一般将输电线路鸟害故障分为电击、身体撞击、鸟粪空间闪络、鸟粪污闪、筑巢以及啄食等6大类。尤其在黎明和黄昏时是鸟类外出觅食和归巢嬉戏的时刻，杆塔是其重要的活动范围，其大量行为均在此刻发生，因此将其从杆塔周围驱离，不让鸟类在此区域停留，则可避免鸟类的筑巢、嬉戏、栖息等行为，也就可保障线路等电力设施的安全。

为此，人们采用了各种各样的驱鸟措施，一般的办法就是安装防鸟刺和风力驱鸟器，在绝缘子串的正上方杆塔横担上，安装呈放射状的钢刺，此措施是一种传统方式，有一定的作用，但有些防鸟刺易于老化，老化后效果差。也有一部分声波驱鸟器，但受定向强声发射技术和光电系统视场的限制，通常配合一维或二维转台来实现全向驱鸟，存在机构复杂、体积大、成本高、可靠性差等问题，需要耗费大量的人力物力进行维护。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种全向声波驱鸟器及驱鸟方法解决了现有驱鸟机构复杂、体积大、成本高和可靠性差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种全向声波驱鸟器，包括：驱鸟器壳体、供电单元壳体、控制单元壳体、发射单元壳体、供电单元、控制单元和发射单元；所述发射单元壳体置于驱鸟器壳体的顶部，所述供电单元壳体和控制单元壳体与驱鸟器壳体固定连接；

所述供电单元与控制单元电连接；所述控制单元与发射单元通信连接。

进一步地，供电单元壳体包括：抽屉式供电箱体、第一把手、第二把手、第一前置散热孔和后置散热孔；

所述第一把手设置于抽屉式供电箱体的抽面的一端；所述第二把手设置于抽屉式供电箱体的抽面的另一端；所述第一前置散热孔设置于抽屉式供电箱体的抽面上；所述后置散热孔设置于与抽屉式供电箱体的抽面相对的一面上。

进一步地，供电单元包括：太阳能电池板、电源管理模块和储能锂电池组；

所述太阳能电池板的输出端与电源管理模块的第一输入端连接；所述储能锂电池组的输出端与电源管理模块的第二输入端连接；所述电源管理模块的输出端与控制单元连接；所述电源管理模块固定在抽屉式供电箱体内；所述储能锂电池组与抽屉式供电箱体的抽面固定连接。

进一步地，控制单元壳体包括：抽屉式控制箱体、第三把手、第四把手和第二前置散热孔；

所述第三把手设置于抽屉式控制箱体的抽面的一端；所述第四把手设置于抽屉式控制箱体的抽面的另一端；所述第二前置散热孔设置于抽屉式控制箱体的抽面上。

进一步地，控制单元包括：信号调理模块、无线通信模块、音频功放模块、热管理模块和雷达驱动模块；

所述信号调理模块分别与无线通信模块、音频功放模块、热管理模块和雷达驱动模块通信连接。

进一步地，发射单元壳体为正多边形柱体；

所述发射单元包括：雷达、匹配输出模块和多个换能器；所述雷达驱动模块与雷达连接；所述匹配输出模块的输入端与音频功放模块连接，其输出端分别与多个换能器连接；所述正多边形柱体的每一个侧面均设置一个换能器。

进一步地，热管理模块包括：放大器a、放大器b、温度传感器、脉宽调制子模块、tec驱动子模块、轴流风机和tec半导体制冷片；

所述放大器a的正相输入端与温度传感器连接，其反相输入端接入参考电压tref，其输出端分别与放大器b的反相输入端、tec半导体制冷片的a端和tec驱动子模块的a接线口连接；所述放大器b的正相输入端接地，其输出端与脉宽调制子模块连接；所述脉宽调制子模块分别与轴流风机和tec半导体制冷片连接。

上述进一步方案的有益效果为：为保证及时响应电源电压的任何变化，该设计包括两个并行反馈回路：脉宽调制器、放大器b和tec驱动电路构成内回路；温度传感器和惠斯通电桥a构成外回路。

在放大器a内完成实测温度tmea和参考温度tref的差值放大，同时提供稳定外部闭环所需的频率相位和增益校正，在任何时刻，它都会向内环提供达到适当温度所需的电流值。内回路以高频开关调节的方式调节进入tec的电流值，实现高效率的转换，产生最小的过剩热量，达到最大的冷却效率。

进一步地，tec驱动子模块包括：电感l1、电感l2、电感l3、接地电阻r1、电阻r2、电阻r3、接地电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、nmos管q1、nmos管q2、pmos管q3、nmos管q4、接地电容c1、接地电容c2、接地电容c3、电容c4、接地电容c5、接地电容c6、电容c7、电容c8、接地电容c9、稳压二极管d1、稳压二极管d2、稳压二极管d3、稳压二极管d4、放大器max4122和tec接线端；

所述nmos管q1的栅极分别与pmos管q3的栅极、nmos管q4的栅极和接地电阻r4连接，并作为tec驱动子模块的dh端；所述nmos管q1的漏极分别与电感l1的一端、稳压二极管d1的负极、接地电容c6、稳压二极管d2的负极和pmos管q3的源极连接；所述nmos管q1的源极分别与稳压二极管d1的正极、电感l2的一端、nmos管q2的漏极和稳压二极管d2的负极连接，并作为tec驱动子模块的lx端；所述nmos管q2的栅极与接地电阻r1连接，并作为tec驱动子模块的dl端；所述nmos管q2的源极接地；所述tec接线端的k接线口分别与电感l2的另一端、接地电容c1和电容c4的一端连接，其a接线口分别与电阻r2的一端、电阻r3的一端、电容c4的另一端、接地电容c5和电感l3的一端连接；所述nmos管q4的漏极分别与电感l3的另一端、稳压二极管d3的正极、pmos管q3的漏极和稳压二极管d4的负极连接，其源极接地；所述稳压二极管d2的正极接地，所述稳压二极管d4的正极接地；所述放大器max4122的正相输入端分别与电容c8的一端、电阻r8的一端和电阻r6的一端连接，其反相输入端分别与电阻r5的一端、电阻r7的一端和电容c7的一端连接，其输出端分别与电容c7的另一端和电阻r7的另一端连接，并作为tec驱动子模块的imea端；所述放大器max4122的供电端分别与电阻r9的一端和接地电容c9连接；所述电阻r8的另一端与电容c8的另一端连接，并作为tec驱动子模块的vref端；所述电阻r5的另一端分别与电阻r2的另一端和接地电容c2连接；所述电阻r6的另一端分别与电阻r3的另一端和接地电容c3连接；所述电阻r9的另一端与电感l1的另一端连接，并作为tec驱动子模块的v+端；所述tec接线端用于接入tec半导体制冷片。

上述进一步方案的有益效果为：tec驱动电路采用桥式结构，包括三个n通道的mos管和一个p通道mos管组成，由互补信号dh、dl以及参考电平信号lx驱动，dh信号以lx信号为参考，dl信号则无需参考信号，在0～v+之间切换，实现高低电平的切换，从而驱动桥式结构中的mos管。

tec驱动子模块的主要功能是为tec提供两种极性的电流：一种用于冷却，一种用于加热，当tec驱动电路的每个支路的电流相等时，桥是平衡的，没有电流进入tec。

一种全向声波驱鸟方法，包括以下步骤：

s1、通过雷达对周围目标区域进行扫描，建立目标区域的三维点云图像；

s2、通过信号调理模块对三维点云图像进行图像处理，得到目标相对位置信息；

s3、通过信号调理模块将本地音频文件经音频算法处理，得到音频信号；

s4、对音频信号进行放大成不同频段和不同强度的音频信息；

s5、根据目标相对位置信息，通过信号调理模块控制相应的换能器进行播放音频信息，对目标范围内的鸟类进行驱赶。

综上，本发明的有益效果为：

1、换能器环形排列的方式，无需复杂伺服机构实现全向驱鸟。

2、采用雷达成三维点云图像，无需复杂光电系统及图像融合算法实现全向探鸟。

3、在需要作用距离需要增大的条件下，调整功率，可直接增大换能器灵敏度和辐射范围。

4、实现输电杆、塔上使用的低成本、低功耗和小体积全向探驱一体的驱鸟方法。

附图说明

图1为一种全向声波驱鸟器的结构示意图；

图2为供电单元壳体的结构示意图；

图3为一种全向声波驱鸟器的系统框图；

图4为控制单元壳体的结构示意图；

图5为控制单元的系统框图；

图6为热管理模块的系统框图；

图7为tec驱动子模块的电路图；

图8为一种全向声波驱鸟方法的流程图；

其中，1、供电单元壳体；2、控制单元壳体；3、发射单元壳体；101、第一把手；102、第二把手；103、第一前置散热孔；104、后置散热孔；105、电源管理模块；106、储能锂电池组；201、第三把手；202、第四把手；203、第二前置散热孔；204、信号调理模块；205、音频功放模块；206、热管理模块；207、雷达驱动模块；208、轴流风机。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种全向声波驱鸟器，包括：驱鸟器壳体、供电单元壳体1、控制单元壳体2、发射单元壳体3、供电单元、控制单元和发射单元；所述发射单元壳体3置于驱鸟器壳体的顶部，所述供电单元壳体1和控制单元壳体2与驱鸟器壳体固定连接；

所述供电单元与控制单元电连接；所述控制单元与发射单元通信连接。

如图2所示，供电单元壳体1包括：抽屉式供电箱体、第一把手101、第二把手102、第一前置散热孔103和后置散热孔104；

所述第一把手101设置于抽屉式供电箱体的抽面的一端；所述第二把手102设置于抽屉式供电箱体的抽面的另一端；所述第一前置散热孔103设置于抽屉式供电箱体的抽面上；所述后置散热孔104设置于与抽屉式供电箱体的抽面相对的一面上。

如图3所示，供电单元包括：太阳能电池板、电源管理模块105和储能锂电池组106；

所述太阳能电池板的输出端与电源管理模块105的第一输入端连接；所述储能锂电池组106的输出端与电源管理模块105的第二输入端连接；所述电源管理模块105的输出端与控制单元连接；所述电源管理模块105固定在抽屉式供电箱体内；所述储能锂电池组106与抽屉式供电箱体的抽面固定连接。

在本实施例中，太阳能电池板采用高效单晶硅电池板，用于将太阳能转换为电能。

电源管理模块105用于对模块进行供电，并对储能锂电池组106进行充放电管理。

如图4所示，控制单元壳体2包括：抽屉式控制箱体、第三把手201、第四把手202和第二前置散热孔203；

所述第三把手201设置于抽屉式控制箱体的抽面的一端；所述第四把手202设置于抽屉式控制箱体的抽面的另一端；所述第二前置散热孔203设置于抽屉式控制箱体的抽面上。

如图3所示，控制单元包括：信号调理模块204、无线通信模块、音频功放模块205、热管理模块206和雷达驱动模块207；

所述信号调理模块204分别与无线通信模块、音频功放模块205、热管理模块206和雷达驱动模块207通信连接。

信号调理模块204用于完成图像处理、目标甄别、音频处理和自动识别目标并将特定音频输出至发射单元输出定向强声。

如图5所示，信号调理模块204以stm32f103vet6单片机为核心，采用高性能的语音解码芯片vs1053b进行语音处理，通过宽频音频功放模块驱动换能器，实现有效的驱鸟声音输出，以达到驱鸟效果。

stm32f103vet6单片机依次连接音频编解码vs1053b、音频通道选择cd4052、环绕混响pt2399和存储卡at24c02，对外部输入和内部存储音频进行调制、编解码、通道选择、混响的处理后，音频功放模块驱动换能器。

stm32f103vet6单片机通过无线通信模块实现与上位机的通信，接收上位机下发的控制指令，并执行相应的操作；通过雷达驱动模块207驱动多线面阵激光雷达或毫米波雷达工作，并对返回数据进行处理后传输回单片机进行处理；通过热管理模块206切换传导散热模式及半导体电热控制模式，确保设备正常使用。

发射单元壳体3为正多边形柱体；

所述发射单元包括：雷达、匹配输出模块和多个换能器；所述雷达驱动模块207与雷达连接；所述匹配输出模块的输入端与音频功放模块205连接，其输出端分别与多个换能器连接；所述正多边形柱体的每一个侧面均设置一个换能器。

每个换能器频响曲线一致，等角度分布，且根据与待驱离目标的位置关系分为主扬声器和辅扬声器，控制单元输出的音频信号经过算法处理过后生成不同频段、不同强度的音频信息分别输出到主扬声器和辅扬声器中，将控制单元产生的音频信息有选择性的释放出来。

雷达对目标区域进行持续扫描，形成的目标区域三维点云图像，经控制单元进行图像处理、目标甄别后得出目标相对位置信息，音频信号经算法处理、音频放大后输出发射单元，实现目标驱离。

如图6所示，热管理模块206包括：放大器a、放大器b、温度传感器、脉宽调制子模块、tec驱动子模块、轴流风机208和tec半导体制冷片；

所述放大器a的正相输入端与温度传感器连接，其反相输入端接入参考电压tref，其输出端分别与放大器b的反相输入端、tec半导体制冷片的a端和tec驱动子模块的a接线口连接；所述放大器b的正相输入端接地，其输出端与脉宽调制子模块连接；所述脉宽调制子模块分别与轴流风机208和tec半导体制冷片连接。

热管理模块206用于控制雷达、雷达驱动模块207和音频功放模块205的工作温度。

如图7所示，tec驱动子模块包括：电感l1、电感l2、电感l3、接地电阻r1、电阻r2、电阻r3、接地电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、nmos管q1、nmos管q2、pmos管q3、nmos管q4、接地电容c1、接地电容c2、接地电容c3、电容c4、接地电容c5、接地电容c6、电容c7、电容c8、接地电容c9、稳压二极管d1、稳压二极管d2、稳压二极管d3、稳压二极管d4、放大器max4122和tec接线端；

所述nmos管q1的栅极分别与pmos管q3的栅极、nmos管q4的栅极和接地电阻r4连接，并作为tec驱动子模块的dh端；所述nmos管q1的漏极分别与电感l1的一端、稳压二极管d1的负极、接地电容c6、稳压二极管d2的负极和pmos管q3的源极连接；所述nmos管q1的源极分别与稳压二极管d1的正极、电感l2的一端、nmos管q2的漏极和稳压二极管d2的负极连接，并作为tec驱动子模块的lx端；所述nmos管q2的栅极与接地电阻r1连接，并作为tec驱动子模块的dl端；所述nmos管q2的源极接地；所述tec接线端的k接线口分别与电感l2的另一端、接地电容c1和电容c4的一端连接，其a接线口分别与电阻r2的一端、电阻r3的一端、电容c4的另一端、接地电容c5和电感l3的一端连接；所述nmos管q4的漏极分别与电感l3的另一端、稳压二极管d3的正极、pmos管q3的漏极和稳压二极管d4的负极连接，其源极接地；所述稳压二极管d2的正极接地，所述稳压二极管d4的正极接地；所述放大器max4122的正相输入端分别与电容c8的一端、电阻r8的一端和电阻r6的一端连接，其反相输入端分别与电阻r5的一端、电阻r7的一端和电容c7的一端连接，其输出端分别与电容c7的另一端和电阻r7的另一端连接，并作为tec驱动子模块的imea端；所述放大器max4122的供电端分别与电阻r9的一端和接地电容c9连接；所述电阻r8的另一端与电容c8的另一端连接，并作为tec驱动子模块的vref端；所述电阻r5的另一端分别与电阻r2的另一端和接地电容c2连接；所述电阻r6的另一端分别与电阻r3的另一端和接地电容c3连接；所述电阻r9的另一端与电感l1的另一端连接，并作为tec驱动子模块的v+端；所述tec接线端用于接入tec半导体制冷片。

图7中，v+为驱动电路电源电压，tmea为实测温度，tref为参考温度，imea为实测温度对应的电流值，iref为参考温度对应的电流值，pg为轴流风机的驱动信号。

如图8所示，一种全向声波驱鸟方法，包括以下步骤：

s1、通过雷达对周围目标区域进行扫描，建立目标区域的三维点云图像；

s2、通过信号调理模块204对三维点云图像进行图像处理，得到目标相对位置信息；

s3、通过信号调理模块204将本地音频文件经音频算法处理，得到音频信号；

s4、对音频信号进行放大成不同频段和不同强度的音频信息；

s5、根据目标相对位置信息，通过信号调理模块204控制相应的换能器进行播放音频信息，对目标范围内的鸟类进行驱赶。