摘要：为了提高变电站现场设备运行环境安全性，本文针对鸟类攻击线路问题，依据视觉驱鸟技术原理、LD发光原理，提出一种用于变电站的智能激光驱鸟系统的设计方案。该系统由主控模块、激光驱鸟模块、LED闪光驱鸟色带模块、供电模块组成，通过控制灯光闪烁与模拟鸟类天敌影像，致使鸟类惊吓逃走，从而达到驱鸟目的。测试结果表明，本系统可以有效去除鸟类，满足系统开发需求。
关键词：变电站；激光驱鸟；STC89C52单片机
近年来，变电站遭受鸟类攻击事件频繁发生，由于鸟类的捕食、筑巢活动、飞行等活动，掉落铁丝等物体，对变电站输电线路的正常运行造成了严重影响[1]。为了避免类似事件再次发生，大部分变电站采用人工驱鸟方法驱除变电站周围鸟，但是驱除效果不佳[2]。随着智能化技术的出现，改变了传统人工驱鸟方式，智能激光驱鸟系统成为了当前重要研究内容。
一、系统设计原理
1、视觉驱鸟技术原理
大部分鸟类属于群居动物，一些鸟类在某个区域筑巢以后，将吸引更对鸟类在此区域附近筑巢。筑巢过程中鸟口中叼的材料繁杂，包括铁丝等物件，如果在变电站输电线路掉落，很有可能使得线路陷入危险环境中，造成变电站输电线路故障[3]。鸟类比较聪敏，它们对闪光、影像、声音等比较敏感，如果遭受刺激便会立即做出反应，迅速撤离。基于鸟类习性，本文将采用视觉技术设计驱鸟系统。
视觉驱鸟技术根据鸟类敏锐视觉系统特点，采用发光装置或者发光材料，通过人造风力，模拟鸟类天敌姿态，以此冲击鸟类视觉，致使鸟类遭受惊吓逃离现场，达到驱鸟目的[4]。
2、LD发光原理
N型和P型半导体在重度掺杂作用下，致使N区和P区费米能级EF产生深度斜坡，此时粒子数原有分布方式将转变为分转分布。在扩散过程中，电子流动到价带与空穴形成整体，激发出辐射光，在此辐射光的作用下，非平衡载流子结构发生变化，发射出受激辐射光子[5]。在半导体内平行反射镜面作用下形成谐振腔，经过反馈和振荡刺激，最终输出激光。
二、用于变电站的智能激光驱鸟系统设计
本文将依据上述原理，选取单片机作为核心控制器，设计一套用于变电站的智能激光驱鸟系统。
1、系统总体框架结构
图1系统总体框架结构图
通常情况下，鸟类活动影像信息可以通过拍摄装置获取，目前影像拍摄方案逐渐成熟，因此，本文在设计驱鸟系统时，以驱鸟控制功能为主，设计如图1的系统总结框架结构。智能激光驱鸟系统由主控模块、激光驱鸟模块、LED闪光驱鸟色带模块、供电模块组成。
驱鸟系统通过软件、键盘、LCD显示、实时时钟控制单片机下达驱鸟命令，系统单片机用于控制驱动器、激光驱动器、步进电机驱动器等，利用驱动器控制LED驱动电路和激光探头，通过发射闪烁绿色激光惊吓鸟类，达到驱鸟目的。整个系统由光电补充电源供电。
2、系统主控模块
图2主控单元硬件电路图
本系统主控硬件电路选取STC89C52单片机为核心控制器，添加LEC显示电路、按键控制电路、时钟电路等部分构成主控单元电路。在单片机的作用下，通过各个端口控制驱鸟音频声、绿激光旋扫、驱鸟色带。如图2所示为主控单元硬件电路图。
本系统采用C语言编写程序，根据变电站实际情况设计安全范围，如果采集到的信息超出了安全范围，则系统指定发射激光驱鸟。
3、激光驱鸟模块
利用夹具固定激光头，连接电机和联轴器，根据单片机发送的控制命令，启动激光驱鸟控制器，发射532nm绿色光束，利用该光束模拟鸟类天敌形态，致使鸟类遭受惊吓逃离，从而实现驱鸟目的[6]。
对于控制命令的下达设计，当单片机接收到超出变电站输电线路安全范围的鸟类活动信号以后，向步进电机驱动器发出控制命令信号，通过驱动步进电机启动激光器，使得二位平面被激光束覆盖，形成鸟类天敌形态。
4、LED闪光驱鸟色带模块
（1）LED的选取
本系统采用贴片式LED灯珠组件LED驱鸟色带，该色带基色为3种，经过灯光测试得到如表1所示的LED重要光色电参数，为系统激光驱鸟设计提供参考依据。
表1 LED重要光色电参数
本文利用SN3352芯片驱动LED灯，通过设置输入电压范围来调节输出功率，使得输出功率达到最大值，构建LED基本驱动电路。在其基础上设计频闪电路，如图3所示为频闪电路原理图。
图3频闪电路原理图
在图3中，核心控制器为STC89C52单片机，通过驱动PWM强光控制模块实现驱鸟控制目标，该电路主要由键盘、LED显示器、实时时钟、单片机、LED驱动器、LED组合灯具构成。根据鸟类习性，利用键盘、LED显示器、实时时钟、单片机形成控制器下达控制命令，在LED驱动器的作用下启动LED组合灯具。其中，频闪电路采用的调控方法根据闪频、光强、光质进行合理设定，通过调整总时间长短，致使灯具产生“动”效，形成鸟类天敌影像，达到驱鸟目的。
5、系统供电模块
由于本系统需要长期在野外工作，需要24小时不间断供电，如果仅采用太阳能电池板，则遇到阴雨天将无法为系统供电。本文针对这一问题，采用继电器、蓄电池、充放电控制器、太阳能电池板、开关电源，设计了系统供电模块。该供电模块采用光电互补方式为系统供电，已从而保证系统得以稳定运行。
三、系统测试分析
为了验证智能驱鸟系统设计方案的可靠性，本文通过开展室内驱鸟测试实验，选取20只麻雀作为实验对象，按照系统原理搭建硬件环境。
1、测试方法
（1）采用灯光闪烁方式和不闪烁方式照射LED色带，维持4min；
（2）模拟猫、老鼠、毛毛虫3个不同影像，发射绿激光。
采用上述两种方法照射，观察麻雀的逃离情况。
2、测试结果分析
表2 LED色带照射测试结果
通过观察表3中的测试结果可知，麻雀受猫影像刺激最大，逃离数量较多。因此，本系统支持影像模拟，通过模拟鸟类天敌影像可以有效驱除鸟类。
总结
本文主要针对变电站输电线路遭受鸟类攻击问题，提出一种适用于变电站的智能驱鸟系统设计方案。该方案选取STC89C52单片机作为核心控制器，重点开发驱鸟控制部分。与以往研究不同的是本系统依据LED原理、LD原理，采取灯光闪烁方式和影像模拟方式设计了驱鸟功能。测试结果表明，灯光闪烁对鸟类刺激较大，并且鸟类天敌影像容易使其受到惊吓逃离。通过本文的研究，有助于变电站现场设备运行环境安全性的改善。
参考文献：
[1]田杰,余鹏,陈硕.一种综合性驱鸟系统的设计与实现[J].电子设计工程,2018, 26(4)：141-144.
[2]赵勤学,杨俊杰,楼志斌.智能变电站安全在线监测系统设计[J].电测与仪表,2017, 54(7)：34-40.
[3]吴卓文.一种适用于户外电容组的多功能驱鸟装置设计及应用[J].现代制造, 2016(36)：112-113.
[4]黄朝阳,王敏,成兵,等.变电站激光防鸟设备的研制与应用浅析[J].河南电力技术, 2017(1)：24-26.
[5]陈硕,池浩南,林海.变电站驱鸟器存在问题及改进措施[J].中国新技术新产品, 2018(6)：37-38.
[6]李亚明,骆立实,杨明,等.关于500kV变电站鸟害防治分析研究[J].科研, 2016(11)：00120-00120.
论文作者:陆昕1,陈华2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/1
标签：鸟类论文; 变电站论文; 系统论文; 激光论文; 单片机论文; 模块论文; 色带论文; 《电力设备》2018年第29期论文;