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崔小龙 林 林 储亚男 吉 斌
江苏省电力公司海安县供电公司 226600
【摘 要】针对野外电力设施容易遭受鸟类侵扰的情况，我们从鸟类的生活习性出发，针对当前现有驱鸟器的仅有单一驱鸟措施的情况，设计了一种多功能、全天候，基于Zigbee通信协议的自动控制驱鸟系统。
【关键词】电力设施；驱鸟；2.4G通信网络
引言
由于近年来自然生态环境的改变，鸟类数量逐步增多，鸟类找不到大树筑巢，有的甚至把巢筑到铁塔、电线杆上[1]。鸟类筑巢的潮湿树枝枯藤、铁丝等易导电材料，容易造成线路短路；鸟类排放的大量粪便，会污染瓷瓶导致线路跳闸；鸟类钻进变压器空隙间易引起瞬间断电故障，这些都严重威胁着电网的安全运行，给电力部门和人们的生产生活带来了重大经济损失[2]。
鸟害故障的防治技术措施可分为驱鸟型、隔离型和引导型3类[3、8]。驱鸟型措施是设法让鸟类远离架空线路设施，如安装防鸟刺、风车式驱鸟器等；隔离型措施是将鸟类活动与线路带电的关键部位分隔开，如安装绝缘防鸟隔板等；引导型措施是主动为鸟类提供栖息场所，使鸟类避开线路设施。当前行业使用的驱鸟器多采用单一驱鸟方式。主要包括闪光驱鸟，超声波驱鸟，电磁驱鸟，红外驱鸟[4]。当前主要驱鸟方式比较如下：
表一：各种驱鸟方式对比
驱鸟方式 优点 缺点 成本
闪光驱鸟 利用自然光无消耗能源 有效范围小，受天气影响较大 中等
声音驱鸟 利用鸟类天性，不受地形限制消耗能源多 有效范围小，对环境产生影响，产生噪声污染 中等
超声波驱鸟 有效范围大不受环境地形限制 对鸟类神经系统，生理系统有影响 高
电磁驱鸟 布设方便，不受环境影响 能源消耗多，成本高 高
驱鸟剂 布设方便，没有能源消耗 持续时间短，对环境影响较大 低
系统功能
本文讨论一种基于无线网络的自动控制驱鸟系统。系统实现在野外条件下，全天候，任意气象条件下，无人员值守的驱鸟阵列。采用闪光驱鸟以及超声波驱鸟相结合的方式，进行环境互补驱鸟。具体工作方式为，在阳光充足的条件下，采用闪光驱鸟方式，在暗夜环境下，采用超声波驱鸟方式。闪光驱鸟在有风情况下，采用自然风驱动驱鸟器工作。当在无风环境下，采用电机驱动方式，驱动闪光驱鸟器工作[5]。
系统硬件设计
硬件部分包括控制器，驱动器，检测电路，通信模块，以及供电系统[6]。结构框图如下：
图1 系统硬件设计
考虑成本因素，本系统设计包含主节点与子节点。子节点相对于主节点缺少检测系统。在同一区域布设一个主节点以及6个子节点，成驱鸟器阵列。主节点通过测量当前光照以及风速，并根据经验设定值，向子节点发送控制指令，控制驱鸟系统工作模式。这样同时满足根据环境灵活选择去鸟方式，以及大范围驱鸟效果。
控制系统设计
控制系统采用德州仪器（Texas Instruments）的MSP430F149作为控制芯片。该芯片是一款16 位超低功耗 MCU，具有 60kB 闪存、2048B RAM、12 位 ADC、双 DAC、2 个 USART、I2C、HW 乘法器和 DMA。非常适合野外长时间不间断工作。该芯片工作电路如下：
驱鸟系统设计
驱鸟系统设计包括闪光驱鸟以及超声波驱鸟两种方式[7]。闪光驱鸟在光照条件较好的情况下使用，超声波驱鸟用于在光照比较差和夜间驱鸟。闪光驱鸟在有风的情况下，直接由风力驱动，在无风情况下由电机驱动，这样能够最大限度节省驱鸟系统能源，并达到全环境的适应性能。
通信系统设计
通信系统采用2.4G无线通信协议，采用NRF24L01作为通信模块。具有可配置性好，电流消耗极低，传播距离远的特点。通信采用广播模式。在一个驱鸟器群组里，由主机发送控制命令，从机接受主机信息并转发指令。
图2 无线发射电路图
供电系统设计
系统供电采用太阳能和蓄电池相结合的方式供电，不依赖于电网供电[9]。能够方便布设驱鸟器阵列。太阳能采用24V整体供电电池板，电池采用12V蓄电池供电。在光照条件较好情况下，采用太阳能电池板供电，同时对蓄电池进行充电，在夜间以及光照条件较差的情况下，采用蓄电池供电。实测表明。在光照条件一般情况下，蓄电池能够提供18V供电电压，能够满足系统正常供电需求。电源转换采用宽电压三端稳压芯片，能够满足输入电压的宽范围变动：输入电路如下：
图3 供电电路图
系统软件设计
系统软件分为主机控制软件以及从机控制软件。主机控制软件完成现场环境变量测量，和数据发送功能。从机接收来自主机控制信息，并对驱鸟系统完成操作。程序流程图如下：
图4 主机程序流程图 图5从机程序流程图
结构设计
驱鸟器设计为满足野外工作条件，需要满足防水，防晒，防火以及防电击穿的条件。驱鸟器控制器采用塑料外壳设计，防止导电，内部设计防水密封条，外部接口采用航空插头，提高连接件稳定性。
结论
本系统是一个基于2.4G无线网络的自动控制驱鸟阵列。满足大范围，全体候，不受天气影响的智能驱鸟系统，经过测试，整套系统能在野外运行一个月而不需要人工维护。提高和保障电力系统输电线路运行的安全可靠性，避免由于鸟类筑巢引起电力事故。
参考文献：
[1] 李晓辉，杨天泉，鲍晓明，等.电网鸟害研究及驱鸟器设计[J].黑龙江科技信息，2013（32）.
[2] 王少华，叶自强.架空输电线路鸟害故障及其防治技术措施[J].高压电器，2011，47（2）：61-67. [3] 朱济林，王欢，华大鹏.一种新型的驱鸟装置——电磁驱鸟器[J].河南电力，2009（2）：48-49.
[4] 杨荣，李远征，吴爱权，等.机场 Claws 驱鸟器的效能评价[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2009，32（1）：60-63.
[5] 张东阳，朱瑞刚，谢强，等.多普勒探鸟与多方式驱鸟相结合的智能驱鸟器[J].电力科学与工程，2010，26（5）：38-41.
[6] 王轶，彭周华，刘迈.基于 AT89C2051 单片机的驱鸟器设计[J].自动化信息，2007（10）：66-67.
[7] 赵军.高速铁路驱鸟方法研究及驱鸟器的使用 [J][J].城市建设理论研究（创新科技），2011，4.
[8] 韩吉芳.介绍两款新型驱鸟器[J].农村百事通，2013（11）：57-57.
[9] 闵拥军.220kV 输电线路红外驱鸟器的研制[J].贵州电力技术，2005，8（4）：52-53.李功新.输电线路驱鸟器的研制 [J][J].电网技术，2006，30（3）：94-97.
（上接第170页）
键在于选择与建筑结构形象一致的结构体系，技术上具有可行性。形式是建筑意义、功能表达的直接形式和方法，我们看到某建筑从其外观即可看出是该建筑的大致类型，基本上可以说出其用途，这是无法替代的。在空间、形式和环境审美过程中，既要考虑人的视觉美感，又要考虑心理美学特征，这是建筑形式构思的价值体现。建筑结构体系不同，结构选型也存在着较大的差异，建筑设计应重点考虑形式上的内容，这关系着建筑设计各方面，建筑结构体系变更可引起建筑形式发生较大的改变。
随着科技水平的不断提高，新型建材的出现和应用，使得建筑设计有了更多的结构选择，建筑造型上有了较大的空间，创作才能得以充分发挥。
2.3建材技术对建筑美学产生的影响
各种建材之间的颜色、材质以及强度和形态等，存在着较大的差异性，尤其是物理性能差别更大，而这对建筑艺术会产生较大的影响，然对建筑结构却是必不可少的。建材成为结构与形式完美结合点，调节作用得以有效发挥。每一种建材的特点都比较突出，审美价值各异，若能有效利用，则可获得良好的艺术效果。物理特性的差异，在很大程度上对结构选型造成了制约，尤其是制作方式、手段方面的制约更为显著。实践中，人的不性格因人而异，建材的属性也存在着较大的区别。比如，木材给人自然、清新之感；石材深沉、稳重，甚至会产生冰冷之感；陶瓷则给人一种素雅、干净和光洁之感。根据建材坚硬度、疏密度以及洁净度，会给人不同的审美感。若能与造型意义结合在一起考虑，则会迸发出火花。在此过程中，建议建筑师借鉴雕塑家的经验，对建材应当有敏锐的洞察力，结合拟建高层建筑结构体系、功能以及所处的环境条件，进行综合考虑。
3、结束语
总而言之，我们不能一味地追求形式而严重忽略了建筑结构，当建筑结构施工建设完成以后，可能会出现一些隐患或者危险。建筑结构与形式之间的完美结合，同时这也是建筑师、结构工程师以及施工人员的共同梦想，本文研究目的和价值也体现在此。
参考文献：
[1]关静.高层建筑结构形式设计的探讨[J]中国新技术新产品，2011（07）.
[2]孟聪龄，王月秀.木构建筑在世博建筑中的应用[J].城市建设理论研宄，2012（33）.
[3]黄立群.高层建筑造型地域化走向基础研究[D]重庆大学，2014.
[4]杜咏，陈瑜.建筑结构与造型[M]中国建筑工业出版社，2009.
江苏省电力公司海安县供电公司 226600
【摘 要】针对野外电力设施容易遭受鸟类侵扰的情况，我们从鸟类的生活习性出发，针对当前现有驱鸟器的仅有单一驱鸟措施的情况，设计了一种多功能、全天候，基于Zigbee通信协议的自动控制驱鸟系统。
【关键词】电力设施；驱鸟；2.4G通信网络
引言
由于近年来自然生态环境的改变，鸟类数量逐步增多，鸟类找不到大树筑巢，有的甚至把巢筑到铁塔、电线杆上[1]。鸟类筑巢的潮湿树枝枯藤、铁丝等易导电材料，容易造成线路短路；鸟类排放的大量粪便，会污染瓷瓶导致线路跳闸；鸟类钻进变压器空隙间易引起瞬间断电故障，这些都严重威胁着电网的安全运行，给电力部门和人们的生产生活带来了重大经济损失[2]。
鸟害故障的防治技术措施可分为驱鸟型、隔离型和引导型3类[3、8]。驱鸟型措施是设法让鸟类远离架空线路设施，如安装防鸟刺、风车式驱鸟器等；隔离型措施是将鸟类活动与线路带电的关键部位分隔开，如安装绝缘防鸟隔板等；引导型措施是主动为鸟类提供栖息场所，使鸟类避开线路设施。当前行业使用的驱鸟器多采用单一驱鸟方式。主要包括闪光驱鸟，超声波驱鸟，电磁驱鸟，红外驱鸟[4]。当前主要驱鸟方式比较如下：
表一：各种驱鸟方式对比
驱鸟方式 优点 缺点 成本
闪光驱鸟 利用自然光无消耗能源 有效范围小，受天气影响较大 中等
声音驱鸟 利用鸟类天性，不受地形限制消耗能源多 有效范围小，对环境产生影响，产生噪声污染 中等
超声波驱鸟 有效范围大不受环境地形限制 对鸟类神经系统，生理系统有影响 高
电磁驱鸟 布设方便，不受环境影响 能源消耗多，成本高 高
驱鸟剂 布设方便，没有能源消耗 持续时间短，对环境影响较大 低
系统功能
本文讨论一种基于无线网络的自动控制驱鸟系统。系统实现在野外条件下，全天候，任意气象条件下，无人员值守的驱鸟阵列。采用闪光驱鸟以及超声波驱鸟相结合的方式，进行环境互补驱鸟。具体工作方式为，在阳光充足的条件下，采用闪光驱鸟方式，在暗夜环境下，采用超声波驱鸟方式。闪光驱鸟在有风情况下，采用自然风驱动驱鸟器工作。当在无风环境下，采用电机驱动方式，驱动闪光驱鸟器工作[5]。
系统硬件设计
硬件部分包括控制器，驱动器，检测电路，通信模块，以及供电系统[6]。结构框图如下：
图1 系统硬件设计
考虑成本因素，本系统设计包含主节点与子节点。子节点相对于主节点缺少检测系统。在同一区域布设一个主节点以及6个子节点，成驱鸟器阵列。主节点通过测量当前光照以及风速，并根据经验设定值，向子节点发送控制指令，控制驱鸟系统工作模式。这样同时满足根据环境灵活选择去鸟方式，以及大范围驱鸟效果。
控制系统设计
控制系统采用德州仪器（Texas Instruments）的MSP430F149作为控制芯片。该芯片是一款16 位超低功耗 MCU，具有 60kB 闪存、2048B RAM、12 位 ADC、双 DAC、2 个 USART、I2C、HW 乘法器和 DMA。非常适合野外长时间不间断工作。该芯片工作电路如下：
驱鸟系统设计
驱鸟系统设计包括闪光驱鸟以及超声波驱鸟两种方式[7]。闪光驱鸟在光照条件较好的情况下使用，超声波驱鸟用于在光照比较差和夜间驱鸟。闪光驱鸟在有风的情况下，直接由风力驱动，在无风情况下由电机驱动，这样能够最大限度节省驱鸟系统能源，并达到全环境的适应性能。
通信系统设计
通信系统采用2.4G无线通信协议，采用NRF24L01作为通信模块。具有可配置性好，电流消耗极低，传播距离远的特点。通信采用广播模式。在一个驱鸟器群组里，由主机发送控制命令，从机接受主机信息并转发指令。
图2 无线发射电路图
供电系统设计
系统供电采用太阳能和蓄电池相结合的方式供电，不依赖于电网供电[9]。能够方便布设驱鸟器阵列。太阳能采用24V整体供电电池板，电池采用12V蓄电池供电。在光照条件较好情况下，采用太阳能电池板供电，同时对蓄电池进行充电，在夜间以及光照条件较差的情况下，采用蓄电池供电。实测表明。在光照条件一般情况下，蓄电池能够提供18V供电电压，能够满足系统正常供电需求。电源转换采用宽电压三端稳压芯片，能够满足输入电压的宽范围变动：输入电路如下：
图3 供电电路图
系统软件设计
系统软件分为主机控制软件以及从机控制软件。主机控制软件完成现场环境变量测量，和数据发送功能。从机接收来自主机控制信息，并对驱鸟系统完成操作。程序流程图如下：
图4 主机程序流程图 图5从机程序流程图
结构设计
驱鸟器设计为满足野外工作条件，需要满足防水，防晒，防火以及防电击穿的条件。驱鸟器控制器采用塑料外壳设计，防止导电，内部设计防水密封条，外部接口采用航空插头，提高连接件稳定性。
结论
本系统是一个基于2.4G无线网络的自动控制驱鸟阵列。满足大范围，全体候，不受天气影响的智能驱鸟系统，经过测试，整套系统能在野外运行一个月而不需要人工维护。提高和保障电力系统输电线路运行的安全可靠性，避免由于鸟类筑巢引起电力事故。
参考文献：
[1] 李晓辉，杨天泉，鲍晓明，等.电网鸟害研究及驱鸟器设计[J].黑龙江科技信息，2013（32）.
[2] 王少华，叶自强.架空输电线路鸟害故障及其防治技术措施[J].高压电器，2011，47（2）：61-67. [3] 朱济林，王欢，华大鹏.一种新型的驱鸟装置——电磁驱鸟器[J].河南电力，2009（2）：48-49.
[4] 杨荣，李远征，吴爱权，等.机场 Claws 驱鸟器的效能评价[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2009，32（1）：60-63.
[5] 张东阳，朱瑞刚，谢强，等.多普勒探鸟与多方式驱鸟相结合的智能驱鸟器[J].电力科学与工程，2010，26（5）：38-41.
[6] 王轶，彭周华，刘迈.基于 AT89C2051 单片机的驱鸟器设计[J].自动化信息，2007（10）：66-67.
[7] 赵军.高速铁路驱鸟方法研究及驱鸟器的使用 [J][J].城市建设理论研究（创新科技），2011，4.
[8] 韩吉芳.介绍两款新型驱鸟器[J].农村百事通，2013（11）：57-57.
[9] 闵拥军.220kV 输电线路红外驱鸟器的研制[J].贵州电力技术，2005，8（4）：52-53.李功新.输电线路驱鸟器的研制 [J][J].电网技术，2006，30（3）：94-97.
（上接第170页）
键在于选择与建筑结构形象一致的结构体系，技术上具有可行性。形式是建筑意义、功能表达的直接形式和方法，我们看到某建筑从其外观即可看出是该建筑的大致类型，基本上可以说出其用途，这是无法替代的。在空间、形式和环境审美过程中，既要考虑人的视觉美感，又要考虑心理美学特征，这是建筑形式构思的价值体现。建筑结构体系不同，结构选型也存在着较大的差异，建筑设计应重点考虑形式上的内容，这关系着建筑设计各方面，建筑结构体系变更可引起建筑形式发生较大的改变。
随着科技水平的不断提高，新型建材的出现和应用，使得建筑设计有了更多的结构选择，建筑造型上有了较大的空间，创作才能得以充分发挥。
2.3建材技术对建筑美学产生的影响
各种建材之间的颜色、材质以及强度和形态等，存在着较大的差异性，尤其是物理性能差别更大，而这对建筑艺术会产生较大的影响，然对建筑结构却是必不可少的。建材成为结构与形式完美结合点，调节作用得以有效发挥。每一种建材的特点都比较突出，审美价值各异，若能有效利用，则可获得良好的艺术效果。物理特性的差异，在很大程度上对结构选型造成了制约，尤其是制作方式、手段方面的制约更为显著。实践中，人的不性格因人而异，建材的属性也存在着较大的区别。比如，木材给人自然、清新之感；石材深沉、稳重，甚至会产生冰冷之感；陶瓷则给人一种素雅、干净和光洁之感。根据建材坚硬度、疏密度以及洁净度，会给人不同的审美感。若能与造型意义结合在一起考虑，则会迸发出火花。在此过程中，建议建筑师借鉴雕塑家的经验，对建材应当有敏锐的洞察力，结合拟建高层建筑结构体系、功能以及所处的环境条件，进行综合考虑。
3、结束语
总而言之，我们不能一味地追求形式而严重忽略了建筑结构，当建筑结构施工建设完成以后，可能会出现一些隐患或者危险。建筑结构与形式之间的完美结合，同时这也是建筑师、结构工程师以及施工人员的共同梦想，本文研究目的和价值也体现在此。
参考文献：
[1]关静.高层建筑结构形式设计的探讨[J]中国新技术新产品，2011（07）.
[2]孟聪龄，王月秀.木构建筑在世博建筑中的应用[J].城市建设理论研宄，2012（33）.
[3]黄立群.高层建筑造型地域化走向基础研究[D]重庆大学，2014.
[4]杜咏，陈瑜.建筑结构与造型[M]中国建筑工业出版社，2009.