本發明屬于智能控制技術領域，針對居民區鳥害設計出一種太陽能變頻式超聲波驅鳥裝置。

背景技術：

近幾年來，因城市生態條件和小區綠化環境的改善，越來越多的鳥兒喜歡來到小區里棲息生活。特別是在春夏兩個季節，鳥類更是集中。人們關心愛護鳥類，但與此同時人們也受到了鳥類的困擾。鳥在早晨異常活躍，頻繁而尖銳的鳥叫聲讓附近居民早晨無法安睡，尤其是對于現在工作壓力大、睡眠質量差的人來說，更是頭痛不已。而且鳥糞、鳥毛也很容易引起人們呼吸道的感染或者其他疾病。

人們嘗試了一些簡單的驅鳥方式，如用竹竿敲打、用聲音驚嚇等，但都沒能達到最理想的效果。鳥兒是人類的朋友，不能采取極端措施傷害鳥群，因此，有必要研究一種可以應用于居民區的驅鳥裝置，這對于維護小區環境以及促進人鳥和諧相處具有非常重要的意義。

目前，驅鳥裝置主要用于農場、果園、漁場、風力發電廠和機場等場合。現有的驅鳥方法主要可分為三類：①刺激鳥類聽覺類，主要有語音驅鳥器等。②刺激鳥類視覺類，主要有激光驅鳥器、風車式驅鳥器等。③刺激鳥類味覺類，主要是各種驅鳥劑。以上所說的各種驅鳥措施都存在著一定的弊端，如工作方式單一，驅鳥效率低，適應性差，大多不能滿足居民區的驅鳥需求。因此需要考慮設計出一種可用于居民區的高效節能的驅鳥裝置。

技術實現要素：

本發明提出了一種具有定時功能的太陽能變頻式超聲波驅鳥器，可以周而復始地發出位于20kHZ—80kHZ之間的10種不同頻率的超聲波，減小了鳥類的適應性。用戶還可以自行設定開啟時間與關閉時間。同時采用太陽能供電，降低了驅鳥的成本。

本發明主要包括超聲波發生模塊，定時開關模塊和太陽能供電模塊。

其超聲波發生模塊包括：十進制計數/分頻器CD4017，定時器NE555，音頻功率放大器LM386，二極管D1-D11，電阻R1-R12，電容C1、C6-C9，超聲波喇叭LS1、LS2，插頭P1。具體電路：單片機的P2^5端口連接CD4017的CLK端口（14引腳），并輸出一定寬度的方波信號。CD4017的8、13和15引腳接地。CD4017的Q0、Q1、Q2、…、Q9輸出端分別外接一個二極管和電阻，并且與R11和D11組成并聯回路同時與NE555的7引腳相連。由于CD4017的輸出端的電阻阻值各不相同，它們分別與定時器NE555的2引腳的外接電容C1組成充電時間常數不同的回路，因此在Q0、Q1、Q2、…、Q9依次為高電平的各個時段內，NE555輸出端周而復始地產生十種振蕩頻率不同的超聲波信號。單片機的P2^7端口連接定時器NE555的復位引腳4引腳，通過控制復位引腳的高低電平狀態，繼而控制超聲波發生器的開啟與停止。同時，為了獲得更好的驅鳥效果，使用了兩個高頻喇叭LS1和LS2并聯的接法。由于要驅動兩個超聲波喇叭并保證超聲波喇叭輸出功率足夠大，采用了音頻功率放大器LM386，LM386的電壓增益內置為20，所以不需要再在音頻功率放大器LM386的1腳和8腳之間增加外接電阻和電容即可驅動超聲波喇叭，使之能夠達到一定的功率。NE555的輸出端3引腳通過電容C9與音頻功率放大器的輸入端正極3引腳相連，為LM386提供輸入信號。同時VOUT端接電容C7和電阻R12、引腳7接保護電容C6和引腳2、引腳4一起接地。CD4017、NE555和LM386的VCC端接5V電源供電。

其定時開關模塊包括：微控制芯片STC89C52、時鐘芯片DS1302、液晶顯示器1602、時間設置按鍵S1-S5、排阻R0-R1、晶振Y0與Y2、電容C0-C2、電阻R0-R5、滑動電阻R7、復位按鈕RST、插頭JP1。具體電路：排阻R1的2-9引腳分別與單片機STC89C52的8-1引腳和LCD的7-14引腳相連；排阻R0的2-9引腳與單片機的39-32引腳相連；復位按鈕與C2并聯后其與R0電阻連接端與單片機的9引腳相連，與R1電阻連接端接地；單片機第18引腳接晶振Y0和電容C0，第19引腳接晶振Y0和電容C1；獨立按鍵S1-S5分別接單片機的10-14引腳；LCD的第3引腳通過滑動電阻R7接地；其4-6引腳接單片機的17-15引腳；DS1302的X1-2兩端分別與晶振Y2的兩端相連；DS1302的5-7引腳接單片機的23-21引腳并且分別再并連上一個上拉電阻R5-R3；各VCC端接5V電源。

其太陽能供電系統包括：9V/5W的太陽能電池板、6V/3A的光伏系統控制器、6V/4.5aH的鉛酸蓄電池、穩壓芯片LM2596、電容CFF、CIN、Cout、電阻R1-R2、電感L1、吸納二極管D1。具體電路：控制器先接蓄電池，再接電池板，最后接負載。LM2596的引腳1（輸入端口）接太陽能控制器的負載端口，在引腳1和地之間接入旁路電容CIN，引腳3和引腳5接地，引腳4連接電阻R1、R2和前饋電容CFF，引腳2（輸出端口）連接吸納二極管D1和電容Cout。

本發明的有益效果是：采用變頻式超聲波驅鳥的方法彌補了傳統驅鳥器的缺陷，對鳥類的適用性廣，并且對人和各種設備沒有影響和危害。采用太陽能供電系統，為驅鳥裝置的不間斷工作，提供了穩定的供電電源。采用定時開關設計，可以根據居民區鳥兒的生活習性自行調整驅鳥裝置工作的時間，從而更有效率，更加節能。

附圖說明

圖1是本發明的整體功能結構示意圖。

圖2是本發明的超聲波發生電路原理圖。

圖3是本發明的定時開關設計原理圖。

圖4是本發明的太陽能供電系統示意圖。

圖5是本發明的穩壓模塊電路示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對發明作進一步說明。

如圖1所示，本系統主要由六部分構成，即單片機STC89C52、DS1302時鐘芯片、1602液晶顯示器、超聲波發生裝置、鍵盤電路以及太陽能供電系統。其中通過鍵盤可以將當前日期時間信息以及超聲波發生裝置的開啟與停止時間信息寫入DS1302時鐘芯片，單片機循環讀取當前DS1302時鐘芯片內部的信息并實時刷新顯示在液晶顯示器1602上。當前時間與設置的開啟時間相同時，超聲波發生裝置工作，當前時間與設置的停止時間相同時，超聲波發生裝置停止工作。整個系統采用單片機的C語言編寫程序對其進行設置，并控制超聲波發生器的開啟與停止。驅鳥系統中的供電系統主要由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組以及LM2596穩壓模塊構成，通過光電轉換將太陽能轉換成電能并儲存在蓄電池中，并通過穩壓電路穩壓至5V為驅鳥裝置的工作提供不間斷穩定的電源。

如圖2所示，超聲波發生裝置采用定時器NE555構成多諧振蕩器，單片機輸出一定的方波信號驅動十進制分頻器CD4017的CP端，使CD4017的輸出端Q0-Q9依次輸出高電平，由于CD4017的Q0-Q9輸出端連接的電阻阻值各不相同,它們分別與NE555外接電容C1組成的充電時間常數不同的回路,因此在Q0-Q9依次為高電平的各個時段內，超聲波喇叭周而復始地輸出十種頻率不同的超聲波信號。同時為了使驅鳥的效果更加好，使用了兩個超聲波喇叭并聯的接法。

如圖3所示，定時開關設計采用STC89C52單片機作為核心控制元件，采用DS1302作為時鐘芯片，采用LCD1602模塊作為顯示器件，采用獨立鍵盤作為控制器件。單片機能夠循環讀取當前DS1302時鐘芯片的信息并刷新顯示在液晶顯示屏1602上。按鍵控制部分采用五個獨立式按鍵S1、S2、S3、S4、S5來進行定時開關的設置。分別連接單片機STC89C52的10至14引腳。具體操作方式如下：

初始化時鐘：

S1按下→顯示屏上的秒位閃爍，S2按下→秒+1，S3按下→確定設置時間；

S1再次按下→顯示屏上的分鐘位閃爍，S2按下→分鐘+1，S3按下→確定設置時間；

S1再次按下→顯示屏上的時鐘位閃爍，S2按下→時鐘+1，S3按下→確定設置時間；

S1再次按下→顯示屏上的日期位閃爍，S2按下→日期+1，S3按下→確定設置時間；

S1再次按下→顯示屏上的月份位閃爍，S2按下→月份+1，S3按下→確定設置時間；

S1再次按下→顯示屏上的年份位閃爍，S2按下→年份+1，S3按下→確定設置時間；

開啟和關閉的設置：

S4按下→定時開啟時間分鐘閃爍，S2按下→分鐘+1，S3按下→確定設置時間。之后S4每多按下一次，可分別對開啟時間的小時、日、月、年進行設置；

S5按下→定時停止時間分鐘閃爍，S2按下→分鐘+1，S3按下→確定設置時間。之后S5每多按下一次，可分別對停止時間的小時、日、月、年進行設置；

若當前時間等于開啟時間，超聲波發生器工作，若當前時間等于停止時間，則超聲波驅鳥器停止工作.

如圖4所示，控制器應先接蓄電池，再接電池板，最后接負載，否則會損壞控制器。本系統所需的電源來自電池板以及蓄電池中儲存的電能。太陽能電池板輸出的電壓在9V左右，功率為5W左右。用9V/5W的太陽能電池板通過太陽能控制器給6V蓄電池充電，因為本系統的供電電壓為5V，所以需要提前將6V電壓穩壓到5V再供給系統使用，因此需要一個低電壓差的降壓穩壓電路為系統提供電能。為了提高電能的利用效率，減少能量損耗，穩壓電路部分采用LM2596穩壓模塊降壓至5V給自身系統供電。

如圖5所示，穩壓模塊LM2596的引腳1（輸入端口）接太陽能控制器的負載端口，為了防止在輸入端口出現較大的瞬態電壓，在引腳1和地之間接入旁路電容CIN，引腳3和引腳5接地，引腳4連接電阻R1、R2和前饋電容CFF，引腳2（輸出端口）連接吸納二極管D1為電感電流提供通路，輸出電容Cout用來對輸出進行濾波以及提高環路的穩定性。