【正文】 ................................................................ 8 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)............................................................................................................................................ 5 課題的來(lái)源和意義 ............................................................................................................................... 1 引言........................................................................................................................................................ 1第二章 智能化機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)........................................................................................................ 5 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)................................................................................................................................. 8第三章 系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).............................................................................................................................. 16 硬件外圍電路設(shè)計(jì) ................................................................................................................... 23 智能化驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人控制板通信解析程序 ............................................................................... 42 下一步要做的工作 .............................................................................................................................. 48I基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)的研制摘要隨著航空事業(yè)的快速發(fā)展，航空災(zāi)難帶來(lái)的危害和損失越來(lái)越引起人們的注意。（4）對(duì)機(jī)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、鳥(niǎo)情采集設(shè)備、聯(lián)動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和搭建，確保了所有設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)控管理和異常報(bào)警。 Birds collection equipment。鳥(niǎo)撞問(wèn)題現(xiàn)今已經(jīng)被航空界確定為最為嚴(yán)重的“A”類(lèi)航空安全災(zāi)難[5]。2形象驅(qū)趕的經(jīng)典方法主要有豎立稻草人或在旗幟上畫(huà)上鳥(niǎo)類(lèi)天敵的恐怖圖案，對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)起到視覺(jué)上的恐嚇驅(qū)趕，在氣球上繪制鷹眼、在飛機(jī)上畫(huà)圖案來(lái)驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)，在機(jī)場(chǎng)上安裝彩帶、反光風(fēng)輪、閃光帶等，利用光線發(fā)射來(lái)對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)眼睛進(jìn)行刺激性驅(qū)趕。網(wǎng)捕和獵殺的方式長(zhǎng)期進(jìn)行具有明顯的效果，但是槍殺的方式破壞了生態(tài)平衡。機(jī)場(chǎng)上的很多充氣氣球都被鳥(niǎo)類(lèi)啄爛，甚至有鳥(niǎo)類(lèi)在煤氣炮、音頻驅(qū)鳥(niǎo)器上拉屎，有和驅(qū)鳥(niǎo)人員挑釁的意味；化學(xué)驅(qū)鳥(niǎo)方式長(zhǎng)期使用積累對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了很大的破壞；網(wǎng)捕獵殺的方式具有明顯的效果，但是破壞了生態(tài)平衡，違背了驅(qū)鳥(niǎo)不傷鳥(niǎo)的原則；生態(tài)驅(qū)鳥(niǎo)是一項(xiàng)長(zhǎng)久的工作，無(wú)法短期內(nèi)有效的降低機(jī)場(chǎng)上的鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量。決定研制基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)場(chǎng)智能化驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)來(lái)滿足機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)工作的需要，沿著國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)的根據(jù)機(jī)場(chǎng)的實(shí)際鳥(niǎo)情隱患信息啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，解決了機(jī)場(chǎng)以前無(wú)鳥(niǎo)情設(shè)備動(dòng)作，有鳥(niǎo)情設(shè)備不能及時(shí)動(dòng)作的弊端。5第二章 智能化機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，將能夠查詢(xún)到的物理對(duì)象接入互聯(lián)網(wǎng)或者電信網(wǎng)絡(luò)中去，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將傳感器技術(shù)、各種先進(jìn)算法相結(jié)合的新興技術(shù)。 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用隨著各項(xiàng)高新技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入到各行各業(yè)中，廣泛應(yīng)用在第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也推動(dòng)了許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。6最后的應(yīng)用層就是具體做出反應(yīng)的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是直接與人類(lèi)日常生活及工作相互接軌的，例如報(bào)警器，自動(dòng)灌溉機(jī)等等，類(lèi)似于人的手腳等等能夠發(fā)出實(shí)際行動(dòng)的器官。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將計(jì)算機(jī)信息與物理世界結(jié)合在一起，將改變自然世界的人與物體的交互模式[22]。8網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，首先要將輸出傳輸?shù)狡渥罱穆酚晒?jié)點(diǎn)，然后根據(jù)路由表查找到的最優(yōu)路徑，到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。并且大部分都是窄帶跳頻。當(dāng)前，基于 ARM 內(nèi)核的 32 位嵌入式處理器以功耗低、成本低和功能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)成為手持設(shè)備、通信設(shè)備和多媒體消費(fèi)產(chǎn)品的最佳選擇。BSP 對(duì)軟件開(kāi)發(fā)人員和硬件開(kāi)發(fā)人員起到了橋梁作用，無(wú)需關(guān)心對(duì)方的詳細(xì)情況就可以獨(dú)立完成自己部分的開(kāi)發(fā)。應(yīng)用較為廣泛的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有嵌入式 Linux、Windows CE、UC/OSⅡ和 Android。嵌入式微控制器也被稱(chēng)為微控制器。CortexM、SecurCore 微處理器多種類(lèi)型。在此簡(jiǎn)單介紹兩種常見(jiàn)的 ARM 開(kāi)發(fā)環(huán)境。ADS 開(kāi)發(fā)平臺(tái)：ARM ADS 也是 ARM 公司的集成開(kāi)發(fā)工具，ADS 開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括 ARM 實(shí)時(shí)庫(kù)、命令行開(kāi)發(fā)、GUI 開(kāi)發(fā)、支持軟件和實(shí)際使用程序。14(5）監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)的重要單元，時(shí)刻監(jiān)控檢測(cè)這發(fā)射機(jī)的各模塊工作狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析處理，啟動(dòng)自身保護(hù)和緊急停止。（3）選擇性選擇性是指接收機(jī)能夠從各種不同的信號(hào)中選擇出自己需要的有用信號(hào)，過(guò)濾到無(wú)用信號(hào)和干擾信號(hào)的能力?；灸軌蛲ㄟ^(guò)短波網(wǎng)絡(luò)和主站進(jìn)行通信，將從短波網(wǎng)絡(luò)接收的平臺(tái)的命令信息接收、解析和處理后，通過(guò) zigbee 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人和聲驅(qū)炮，進(jìn)行驅(qū)鳥(niǎo)動(dòng)作控制，驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人和聲驅(qū)炮也能夠?qū)⒆陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)信息通過(guò) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)交荆緦?duì)接收到的信息進(jìn)行解析處理后通過(guò)短波網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器平臺(tái)，服務(wù)器在線記錄各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常，如有異常，做出報(bào)警響中繼站節(jié)點(diǎn)的功能是完成兩種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)、數(shù)據(jù)的分析處理，由于鳥(niǎo)情采集數(shù)據(jù)較大，復(fù)雜度較高，需要選用數(shù)據(jù)處理能力較好的單片機(jī)才能確保中繼站節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，在本系統(tǒng)中選用的 MCU 是宏晶科技生產(chǎn)的 STC12LE5A60S2，該單片機(jī)是新一代 8051 增強(qiáng)型的單片機(jī)，速度快、功耗低以及較強(qiáng)的抗干擾能力受到了工控型設(shè)備的喜愛(ài)。 智能化驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)本課題對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的研究是在保持原有中繼站節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器主站監(jiān)管平臺(tái)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)傳感器信息采集節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器主站監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。溫度采集電路 DS18B20 溫度傳感器電路[50]，DS18B20 和主機(jī) CPU 之間的通信只需要一個(gè)信號(hào)線和一個(gè)地線即可，因?yàn)樗鼈鬏數(shù)臄?shù)據(jù)是 9 位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，而且電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，由于每一個(gè)溫度傳感器都有自身的序列號(hào)，因此同一個(gè)單線上可以放置多個(gè) DS18B20，實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)的信息采集。21需要抗高頻干擾能力強(qiáng)、波紋小、具有過(guò)流過(guò)壓保護(hù)功能，因此選用了線性電源代替普通開(kāi)關(guān)電源，并增加穩(wěn)壓濾波模塊。（3）內(nèi)存管理單元ARM7 一般沒(méi)有 MMU，ARM9 一般都有 MMU，MMU 單元是大型操作系統(tǒng)必需的硬件支持，如 LINUX、WINCE 等。 傳感器信息采集節(jié)點(diǎn) CPU 介紹前期的鳥(niǎo)情信息采集手持機(jī)選用的 CPU 是意法半導(dǎo)體的 STM32 系列的 ARM7 芯片，本文中提到的傳感器信息采集節(jié)點(diǎn)選用的 CPU 是 S3C2440 芯片，該芯片由三星公司生產(chǎn)。電源保護(hù)控制電路，該電路采用三極管和單片機(jī) IO 口控制繼電器的通斷，當(dāng)連續(xù)工作次數(shù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)將通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向中心主站報(bào)告工作狀態(tài)，并自身實(shí)時(shí)檢測(cè)工作溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度上限值時(shí)啟動(dòng)扇熱風(fēng)扇對(duì)設(shè)備進(jìn)行散熱，并向中心平臺(tái)上報(bào)溫度狀況，當(dāng)設(shè)備溫度持續(xù)上升或者仍在高頻率工作，此時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向基站發(fā)送報(bào)警信息，基站將報(bào)警信息上傳到服務(wù)器平臺(tái)軟件，將關(guān)閉基站工作并開(kāi)啟快速散熱裝置，待溫度將到合適值時(shí)啟動(dòng)基站，并報(bào)告給上位機(jī)軟件平臺(tái)基站已經(jīng)恢復(fù)正常工作。預(yù)警保護(hù)電路如圖 34 所示，電路主要有掉電存儲(chǔ)部分，數(shù)碼管顯示部分、電源部分、溫度采集部分、繼電器控制部分、電源部分、485 轉(zhuǎn)換電路。機(jī)場(chǎng)內(nèi)的驅(qū)鳥(niǎo)聯(lián)動(dòng)設(shè)備又能夠自己組合成獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人組成智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人設(shè)備之間能夠通過(guò) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行通信，相互傳輸工作狀態(tài)和驅(qū)鳥(niǎo)命令信息，這種網(wǎng)絡(luò)配置的優(yōu)勢(shì)在于某個(gè)設(shè)備由于信號(hào)的衰減和個(gè)體差異未能接收到下發(fā)給自身的驅(qū)鳥(niǎo)命令信息，附近的驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人能夠通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)的方式將驅(qū)鳥(niǎo)命令傳遞過(guò)來(lái)，大大降低了信息的遺漏，同時(shí)也能避免正在進(jìn)行驅(qū)鳥(niǎo)動(dòng)作的智能機(jī)器人重復(fù)動(dòng)作。它已經(jīng)成為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，ZigBee 技術(shù)的點(diǎn)是低速率、低功耗、短時(shí)延、高容量、低成本等[48]。1615調(diào)頻系統(tǒng)中不僅對(duì)調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)具有較高的要求，對(duì)調(diào)頻接收系統(tǒng)同時(shí)也有較高的要求，調(diào)頻接收機(jī)的性能指標(biāo)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[45]：（1）工作頻率范圍接收機(jī)的工作頻率是指接收系統(tǒng)能夠接收無(wú)線電波的頻率范圍，接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)的工作頻率要求要相對(duì)應(yīng)。(2）功率放大單元廣播發(fā)射機(jī)功放單元由前級(jí)功放和末級(jí)功放兩部分組成。（2）查找和替換功能，用戶可以在多個(gè)文件中，利用字符串通配符，進(jìn)行字符串的搜索和替換。1編譯和鏈接過(guò)程于一體的編譯工具；； CPU 及片上外設(shè)模擬器的源碼級(jí)調(diào)試器； 接口，該接口直接進(jìn)行硬件的軟件調(diào)試和鏈接 ULINK2 仿真器； Flash ROM 中的 Flash；、設(shè)備數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶向?qū)?。嵌入式開(kāi)發(fā)需要軟硬件綜合開(kāi)發(fā)[39]，主要是因?yàn)椋旱谝?，一個(gè)嵌入式產(chǎn)品是軟硬件的結(jié)合體。這樣，除了特殊不能集成的部分，集成起來(lái)的嵌入式系統(tǒng)變得簡(jiǎn)潔，體積功耗方面也有了較大的提高和改進(jìn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)等高科技電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的熱浪也越來(lái)越猛烈，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)也越來(lái)越明顯，嵌入式系統(tǒng)的未來(lái)向著小體積、低成本、節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方向發(fā)展，同時(shí)更加注重顧客的操作體驗(yàn)性。嵌入式系統(tǒng)一般由四個(gè)主要部分組成，嵌入式系統(tǒng)的組成圖如圖 22 所示，圖 22 嵌入式系統(tǒng)組成（1）嵌入式硬件平臺(tái)嵌入式硬件平臺(tái)是以嵌入式處理器為中心，包括多種存儲(chǔ)器，通用和專(zhuān)用設(shè)備接口，同時(shí)要包含電源、時(shí)鐘等基本的模塊電路，嵌入式硬件平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)是集成化增強(qiáng)，很隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，短波通信系統(tǒng)大幅度完善，在現(xiàn)階段凸顯出了重要價(jià)值和意義。Mesh 拓?fù)湟话闶怯扇舾蓚€(gè) FFD 和 RFD 組成，其中 RFD 只能與其范圍內(nèi)的 FFD 進(jìn)行通信，F(xiàn)FD之間可以進(jìn)行完全對(duì)等的通信。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：（1）自組織在傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過(guò)程中，傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)常無(wú)法按照特定的設(shè)計(jì)進(jìn)行安排，這就對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)提出了自組織的要求，自身必須具有需要的管理和配置能力才能滿足多跳轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)需求。7 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以感知世界上每一個(gè)物體，將每一個(gè)物體聯(lián)系起來(lái)。（4）定位跟蹤型基于物聯(lián)網(wǎng)的定位追蹤方式多種多樣，涉及到射頻技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和 GPS 定位技術(shù)，目前常見(jiàn)的定位系統(tǒng)中短距離的定位系統(tǒng)采用的是射頻技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，中長(zhǎng)距離的定位系統(tǒng)采用的是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和 GPS 結(jié)合的定位系統(tǒng)。包括圖像、聲音的錄入工具。 物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展1995 年比爾（2）制定加密協(xié)議將無(wú)線驅(qū)鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)、鳥(niǎo)情信息采集設(shè)備和聯(lián)動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)設(shè)備在線管理，確保網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的正常工作，防止設(shè)備故障導(dǎo)致的鳥(niǎo)情隱患無(wú)法解除，導(dǎo)致鳥(niǎo)撞事故的發(fā)生。本文所研究的主要內(nèi)容如下：（1）對(duì)一期項(xiàng)目鳥(niǎo)情信息采集系統(tǒng)中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)，增加了溫度報(bào)警保護(hù)、中繼站、主站狀態(tài)檢測(cè)管理系統(tǒng)，提高了無(wú)線驅(qū)鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)管。美國(guó)正在研制雷達(dá)探鳥(niǎo)系統(tǒng)，變被動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)為主動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)。水是生命之源，除了能滿足鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)水的生理需要外，還有微小生物，各種昆蟲(chóng)和水生動(dòng)植物是鳥(niǎo)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，而這些小生物又是鳥(niǎo)的食物，所以有水的地方，鳥(niǎo)類(lèi)的活動(dòng)頻繁。鳥(niǎo)刺是在一個(gè)圓形底座上設(shè)置許多針體，導(dǎo)致鳥(niǎo)類(lèi)無(wú)法停落在機(jī)場(chǎng)區(qū)域，避免了鳥(niǎo)害的產(chǎn)生。該系統(tǒng)在多個(gè)軍用機(jī)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，大大改善了機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起飛和降落環(huán)境，為航空安全做出了貢獻(xiàn)，該系統(tǒng)中的聯(lián)動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)設(shè)備受到了機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)工作人員的贊賞，大大節(jié)省了機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)人力和財(cái)力支出。 課題的來(lái)源和意義本課題來(lái)源于山東省科技發(fā)展項(xiàng)目，是山東師范大學(xué)和空軍某部的合作項(xiàng)目。在撞擊的過(guò)程當(dāng)中，由于鳥(niǎo)類(lèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的巨大改變超出了鳥(niǎo)類(lèi)身體的承受程度，造成鳥(niǎo)類(lèi)死亡，肢體分裂，因此鳥(niǎo)撞更類(lèi)似軟體碰撞[1]。II本文的主要工作有：（1）研制了驅(qū)鳥(niǎo)聯(lián)動(dòng)設(shè)備主要包括智能化驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人和誘導(dǎo)式聯(lián)動(dòng)聲驅(qū)炮。參加科研工程項(xiàng)目.....................