CN106954621A - 一种超声波驱鸟器检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波驱鸟器检测仪及检测方法，涉及仪器检测技术领域。该检测方法包括：获取超声波驱鸟器发出的超声波信号；获取放大的超声波信号、放大的超声波信号的频率和放大的超声波信号的幅度；获取超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离；根据放大的超声波信号和超声波驱鸟器检测仪检测超声波声强最大值，获取超声波声强测量信号；根据超声波声强测量信号，获取超声波声强实际信号；将超声波信号的频率、超声波信号的幅度、距离和超声波声强实际信号显示出来。该发明可以远距离判断超声波驱鸟器工作与否，获知超声波频率、本仪器到目标的距离和超声波辐射强度，极大地方便了使用者掌握超声波驱鸟器的工作情况，适合野外工作。

Description

一种超声波驱鸟器检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及仪器检测技术领域，更具体的涉及一种超声波驱鸟器检测仪及检测方法。

背景技术

鸟是人类的朋友，随着人们对环保的重视和环境的不断改善，鸟类的活动对人类的生产生活也带来了不少麻烦。因国家野生动物保护法规定，不允许任何人任何理由打杀鸟类，那么在驱鸟应用上采用超声波驱赶的方式，占有大部分驱鸟设备的市场。超声波驱鸟器一般都安装在十几米到几十米高的输变电杆塔上，或者粮库，或者物流仓储等大型库房的穹顶上，果园农田的高杆或者树木上，平时的监测和维护很难完成。因为是超声波，人耳无法听到的，可能在超声波驱鸟器不能正常工作时不能及时发现。

现有的超声波驱鸟器检测技术，只能通过接触式的示波器、频率计等仪器设备，并且在超声波驱鸟器拆开的情况下才能测得，不能对使用中的超声波驱鸟器进行检查。

综上所述，现有技术中的超声波驱鸟器检查设备，存在不能对使用中的超声波驱鸟器进行检查的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种超声波驱鸟器检测仪及检测方法，用以解决现有技术中存在不能对使用中的超声波驱鸟器进行检查的问题。

本发明实施例提供一种超声波驱鸟器检测仪，包括：组合超声波传感器、信号调理电路、激光测距模块、单片机和显示屏；

所述组合超声波传感器，用于获取超声波驱鸟器发出的超声波信号；

所述信号调理电路包括放大电路、频率提取电路和幅度采样电路；所述放大电路，用于获取放大的超声波信号；所述频率提取电路，用于获取放大的超声波信号的频率；所述幅度采样电路，用于获取放大的超声波信号的幅度；

所述激光测距模块，用于获取超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离；

所述单片机，用于根据放大的超声波信号和超声波驱鸟器检测仪检测超声波声强最大值，获取超声波声强测量信号；用于根据超声波声强测量信号，通过声强衰减算法，获取超声波声强实际信号；以及用于将所述超声波信号的频率、所述超声波信号的幅度、所述超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离和所述超声波声强实际信号通过所述显示屏显示出来。

较佳地，所述组合超声波传感器包括NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器；NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器的输出正极相连作为所述组合超声波传感器的输出正极，NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器的输出负极相连作为所述组合超声波传感器的输出负极。

较佳地，所述信号调理电路、所述单片机和所述显示屏均与电源管理模块电连接。

较佳地，所述单片机与发光体电连接。

较佳地，所述单片机与按键电连接。

本发明实施例提供一种超声波驱鸟器检测仪的检测方法，包括：

获取超声波驱鸟器发出的超声波信号；

获取放大的超声波信号、放大的超声波信号的频率和放大的超声波信号的幅度；

获取超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离；

根据放大的超声波信号和超声波驱鸟器检测仪检测超声波声强最大值，通过公式(1)，获取超声波声强测量信号；

根据超声波声强测量信号，通过公式(2)，获取超声波声强实际信号；

将超声波信号的频率、超声波信号的幅度、超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离和超声波声强实际信号显示出来；

所述公式(1)如下：

I_d＝150·(V_o/V_cc)

所述公式(2)如下：

I_d＝I·e^-ad

其中，I_d为超声波声强测量信号；V_o为放大的超声波信号；V_cc为单片机工作电压；I为超声波声强实际信号；a为衰减系数；d为超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离。

本发明实施例中，提供一种超声波驱鸟器检测仪及检测方法，与现有技术相比，其有益效果如下：

1、本发明为使用者或设备维护者，在无法到达超声波驱鸟器的地方，可以获得超声波驱鸟器工作状态的一种手持式电子设备，可以远距离判断超声波驱鸟器工作与否，且获知工作的超声波频率、本仪器到目标的距离和超声波的辐射强度，极大地方便使用者或维护者掌握超声波驱鸟器的工作情况，适合野外工作；可以实现在地面检测高处的超声波驱鸟器工作状态，不用危险地爬上爬下，在地面远距离就可以监测超声波驱鸟器的工作情况，及时发现有问题的驱鸟器设备；对于生产厂商，可以方便地在出厂前进行超声波驱鸟器的产品功能和质量的检测，保证了产品质量和提高生产效率；可以用于超声波驱鸟器的出厂前检验，手持便携非接触，无需打开机壳，极大地方便了检验者操作，提高了生产效率，节约了生产成本。

2、本发明采用组合超声波传感器，弥补单一超声波传感器对频点过于敏感的缺点，检测结果更科学(驱鸟器的超声波不是单一频点的，一般都是一个频谱范围内的所有频率，如16k～60kHz)。

3、本发明可以在白天利用太阳光给仪器充电，节能环保，使用方便，有阳光就可以自动充电，不怕长距离线路巡检。

4、本发明的长效光源发光体，可以作为长时间的临时照明。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超声波驱鸟器检测仪原理示意图；

图2为本发明实施例提供的单一超声波传感器的频率与灵敏度特性曲线图；

图3为本发明实施例提供的三个超声波传感器连接关系图；

图4为本发明实施例提供的三个超声波传感器复合后的频率与灵敏度特性曲线图；

图5为本发明实施例提供的放大电路原理图；

图6为本发明实施例提供的频率提取电路原理图；

图7为本发明实施例提供的幅度采样电路原理图；

图8为本发明实施例提供的电源管理模块、充电电池和太阳能电池的电路原理框图；

图9为本发明实施例提供的一种超声波驱鸟器检测仪的检测方法流程图。

附图标记说明：

101-组合超声波传感器，102-信号调理电路，103-激光测距模块，104-单片机，105-显示屏，106-电源管理模块，107-发光体，108-按键，201-MicroUSB插座，202-充电控制模块，203-电量监测模块，204-升压芯片，205-电源极性转换器，206-电源稳压器，207-充电电池，208-太阳能电池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种超声波驱鸟器检测仪原理示意图。如图1所示，该检测仪包括：组合超声波传感器101、信号调理电路102、激光测距模块103、单片机104和显示屏105。

具体地，组合超声波传感器101，用于获取超声波驱鸟器发出的超声波信号。

较佳地，组合超声波传感器101包括NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器；NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器的输出正极相连作为所述组合超声波传感器101的输出正极，NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器的输出负极相连作为所述组合超声波传感器101的输出负极。

图2为本发明实施例提供的单一超声波传感器的频率与灵敏度特性曲线图；图3为本发明实施例提供的三个超声波传感器连接关系图；图4为本发明实施例提供的三个超声波传感器复合后的频率与灵敏度特性曲线图。

需要说明的是，目前市场所见超声波传感器，也叫超声波接收器，它由两个压电晶片夹着一个共振板组成，当共振板接收到介质(如空气)中传来的超声波时，将随着声波产生形变，共振板压迫压电晶片作机械振动，压电晶片将机械能转换为电压信号输出。由于共振板在某个频率点是产生谐振的，此时的机械振幅也是最大，压迫压电晶体输出的电压信号也是最大的，在其它频率上不是谐振，那么输出的电压信号也就相对较小。因此，单一超声波传感器的灵敏度在使用频率范围内不是平坦的，如图2所示，其共振板的谐振频率是40kHz，从图2中可见其在该频点的灵敏度最高，而其两侧的频率点的灵敏度是较低的。

需要说明的是，用一只超声波传感器来检测20kHz～60kHz(驱鸟用的频段)，显然不会得到平坦的特性曲线，而采用不同频点的超声波传感器复合使用，以使其整个超声波频段内呈现一个较为平坦的特性曲线，为仪器的提供一个良好的工作前提。组合超声波传感器是建立在不同谐振频点的单个传感器之上，单一传感器可以选择市面上出售的即可，本发明专利采用的是NU25C10R、NU40C10R、NU60C10R三只超声波传感器，谐振频率点依次为25kHz、40kHz、60kHz，三个超声波传感器按照输出电极的相位链接在一起，如图3所示。

需要说明的是，三个超声波传感器复合后的特性曲线就会互相叠加弥补，得到如图4所示的特性曲线，该曲线平坦度波动经实测符合测量需求。

具体地，信号调理电路102包括放大电路、频率提取电路和幅度采样电路；放大电路，用于获取放大的超声波信号；频率提取电路，用于获取放大的超声波信号的频率；幅度采样电路，用于获取放大的超声波信号的幅度。

图5为本发明实施例提供的放大电路原理图；如图5所示，放大电路的作用是将组合超声波传感器101接收到的微弱电压信号进行放大，因组合超声波传感器101的输出阻抗很高，所以要选择较高输入阻抗的运算放大器作为前级放大。该放大电路采用两级放大，第一级采用差分放大器放大超声波传感器输出的电压信号，Au＝100；第二级设计为放大倍数可调的放大器，以便于进行量程校准使用。第二级的Au＝10～50。其中U1A和U1B运算放大器型号均可采用TI062。

图6为本发明实施例提供的频率提取电路原理图；如图6所示，频率提取电路包括一个电压比较器和一个电平转换器，并将转换得到的脉冲送单片机104的外部计数输入端P3.4/T0口进行频率测量处理。电压比较器由R9、U2A组成，作用是对前级输出的交变的信号进行过零比较，在U1A的输出得到对应的脉冲信号，该脉冲信号幅值为±3.5v。为了与单片机104的输入电平相匹配，需要增加电平转换器。电平转换器由V1、R10、R11组成，其中V1为N沟道场效应管，R10为V1的源极电阻，R11为V1的漏极电阻。当电压比较器输出正电压时，V1源极得到驱动电压，V1导通，其漏极变为低电平(0v)输出给单片机104；当电压比较器输出负电压时，V1源极失去驱动电压，V1截止，其漏极低变为高电平(+3.3v)输出给单片机104。从而实现了正负电压到0～3.3v电平的转换。

图7为本发明实施例提供的幅度采样电路原理图；如图7所示，被测超声波经过前级的放大后，需要进行超声波幅度的采样，幅度采样电路由均值检波电路、单片机104内部的ADC组成。此处的ADC也可以采用专用的模数转换器，这里充分利用单片机104内部资源，节约成本，采用了单片机104内部自带的10位ADC，分辨率满足要求。由运放U3及其外围电阻和二极管组成的精密全波整流电路是一个典型的应用，滤波电容C5对前级电压进行精密整流后的脉动电压进行滤波，使交变的前级电压变为平滑的直流电压，供给ADC进行电压采样，采样到的电压值即为由超声波传感器104测得的超声波声压幅度。

具体地，激光测距模块103，用于获取超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离。

具体地，单片机104，用于根据放大的超声波信号和超声波驱鸟器检测仪检测超声波声强最大值，获取超声波声强测量信号；用于根据超声波声强测量信号，通过声强衰减算法，获取超声波声强实际信号；以及用于将超声波信号的频率、超声波信号的幅度、超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离和超声波声强实际信号通过显示屏105显示出来。

较佳地，信号调理电路102、单片机104和显示屏105均与电源管理模块106电连接。

图8为本发明实施例提供的电源管理模块电路原理框图；如图8所示，太阳能电池产生的电压，或者由外接的Micro USB插座输送来的电压，可由充电控制芯片LTC4054，自动实现给4.2v锂电池充电。Micro USB插座与目前通用的Android手机充电器接口兼容，可借用Android手机充电器为本仪器充电。锂电池的4.2v电压经过升压芯片KF6388升压到+5v，再由电源极性转换器ICL7660，转换输出-5v，同时也由电源稳压器HT7133，转换输出+3.3v，其中，+5v和-5v供给信号调理电路中的运算放大器电源，+3.3v为单片机、显示电路、激光测距模块的电源，照明用LED高效光源电源使用+4.2v电压。

需要说明的是，本发明中的锂电池电量监测使用芯片DS2762，其监测结果以通讯方式传送给单片机，包括剩余电量、电池电压、电池温度等参数，这些参数将显示在显示器上。

较佳地，单片机104与发光体107电连接。优选地，发光体107采用高效发光二极管。

较佳地，单片机104与按键108电连接。

需要说明的是，本发明为使用者或设备维护者，在无法到达超声波驱鸟器的地方，可以获得超声波驱鸟器工作状态的一种手持式电子设备，可以远距离判断超声波驱鸟器工作与否，且获知工作的超声波频率、本仪器到目标的距离和超声波的辐射强度，极大地方便使用者或维护者掌握超声波驱鸟器的工作情况，适合野外工作；可以实现在地面检测高处的超声波驱鸟器工作状态，不用危险地爬上爬下，在地面远距离就可以监测超声波驱鸟器的工作情况，及时发现有问题的驱鸟器设备；可以用于超声波驱鸟器的出厂前检验，手持便携非接触，无需打开机壳，极大地方便了检验者操作，提高了生产效率，节约了生产成本；对于生产厂商，可以方便地在出厂前进行超声波驱鸟器的产品功能和质量的检测，保证了产品质量和提高生产效率。

需要说明的是，本发明采用组合超声波传感器，弥补单一超声波传感器对频点过于敏感的缺点，检测结果更科学(驱鸟器的超声波不是单一频点的，一般都是一个频谱范围内的所有频率，如16k～60kHz)。

需要说明的是，本发明可以在白天利用太阳光给仪器充电，节能环保，使用方便，有阳光就可以自动充电，不怕长距离线路巡检。

需要说明的是，本发明的长效光源发光体，可以作为长时间的临时照明。

图9为本发明实施例提供的一种超声波驱鸟器检测仪的检测方法流程图。如图9所示，该方法包括：

步骤S301，获取超声波驱鸟器发出的超声波信号。

步骤S302，获取放大的超声波信号、放大的超声波信号的频率和放大的超声波信号的幅度。

需要说明的是，放大的超声波信号的频率的测量为：根据频率的定义，被测超声波频率的测量，采用单位时间内测得的脉冲数即可，即每秒测量一次从外部计数输入端P3.4/T0口进入单片机的脉冲数。这里的1秒信号有单片机内部定时中断产生，每当1秒中断到来时，取出T0计数器的计数值TH0、TL0，将此值用于频率的显示，同时将TH0、TL0清零，为下一次计数做初始化，等待下一个1秒中断的到来，如此往复。定时中断采用定时器T1，单次定时50ms，中断20次为1秒。

步骤S303，获取超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离。

步骤S304，根据放大的超声波信号和超声波驱鸟器检测仪检测超声波声强最大值，通过公式(1)，获取超声波声强测量信号。

步骤S305，根据超声波声强测量信号，通过公式(2)，获取超声波声强实际信号。

需要说明的是，对于超声波驱鸟器发出的超声波的辐射强度，与距离和环境有很大关系(超声波在空气中传播会衰减，包括扩散衰减、空气吸收衰减、周围物体吸收衰减、屏障衰减，以及风、气温、湿度、空气成分等造成的气象因素衰减等)，要计算出具体的超声波辐射强度比较困难，而本发明所述仪器，不是作为计量仪器使用的，而是作为超声波驱鸟器定性检查仪器使用的。因此，这里只对检测到的超声波范围内的电压信号进行近似的变换和显示。

需要说明的是，变换的方法为：因本仪器采用的是集成在单片机内部的10位模数转换器(即ADC)，ADC的参考电压为单片机工作电压Vcc＝3.3v，当输入到单片机ADC引脚的电压为3.3v时，ADC的转换结果为最大数字量0x3ff，根据超声波驱鸟器常用超声波发生器的声强范围，确定本仪器检测超声波的声强最大值为150dB，可以根据公式(1)由单片机程序计算出超声波声强并显示，公式(1)如下：

I_d＝150·(V_o/V_cc)

其中，I_d为超声波声强测量信号；V_o为放大的超声波信号；V_cc为单片机工作电压。

需要说明的是，在检测仪出厂前应该对检测仪进行标定，标定方法是使用标准仪器发出指定声强的超声波，调节检测仪信号调理电路中的第二级放大器的放大倍数(电位器R8)，使显示值等于标准仪器发出的声强值，并用三防漆固定电位器的位置。

步骤S306，将超声波信号的频率、超声波信号的幅度、超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离和超声波声强实际信号显示出来。

需要说明的是，在声波传播时，声强衰减如公式(2)所示，公式(2)如下：

I_d＝I·e^-ad

其中，I为超声波声强实际信号；a为衰减系数；d为超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离。

需要说明的是，衰减系数a取固定值，忽略空气温湿度、成分、周围物体等影响，得到近似的等效声强即可满足要求。由此可见，在本检测仪处检测到的超声波声强并不是超声波驱鸟器实际发出的超声波声强，而是经过空气传播一段距离后的声强值。根据公式(2)，以及本仪器的激光测距功能测得的实际距离，可以计算出超声波驱鸟器发出的等效超声波声强值，可在本仪器的显示器上显示出来，供用户参考。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种超声波驱鸟器检测仪，其特征在于，包括：组合超声波传感器(101)、信号调理电路(102)、激光测距模块(103)、单片机(104)和显示屏(105)；

所述组合超声波传感器(101)，用于获取超声波驱鸟器发出的超声波信号；

所述信号调理电路(102)包括放大电路、频率提取电路和幅度采样电路；所述放大电路，用于获取放大的超声波信号；所述频率提取电路，用于获取放大的超声波信号的频率；所述幅度采样电路，用于获取放大的超声波信号的幅度；

所述激光测距模块(103)，用于获取超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离；

所述单片机(104)，用于根据放大的超声波信号和超声波驱鸟器检测仪检测超声波声强最大值，获取超声波声强测量信号；用于根据超声波声强测量信号，通过声强衰减算法，获取超声波声强实际信号；以及用于将所述超声波信号的频率、所述超声波信号的幅度、所述超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离和所述超声波声强实际信号通过所述显示屏(105)显示出来。

2.根据权利要求1所述的超声波驱鸟器检测仪，其特征在于，所述组合超声波传感器(101)包括NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器；NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器的输出正极相连作为所述组合超声波传感器(101)的输出正极，NU25C10R超声波传感器、NU40C10R超声波传感器和NU60C10R超声波传感器的输出负极相连作为所述组合超声波传感器(101)的输出负极。

3.根据权利要求1所述的超声波驱鸟器检测仪，其特征在于，所述信号调理电路(102)、所述单片机(104)和所述显示屏(105)均与电源管理模块(106)电连接。

4.根据权利要求1所述的超声波驱鸟器检测仪，其特征在于，所述单片机(104)与发光体(107)电连接。

5.根据权利要求1所述的超声波驱鸟器检测仪，其特征在于，所述单片机(104)与按键(108)电连接。

6.一种超声波驱鸟器检测仪的检测方法，其特征在于，包括：

获取超声波驱鸟器发出的超声波信号；

获取放大的超声波信号、放大的超声波信号的频率和放大的超声波信号的幅度；

获取超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离；

根据放大的超声波信号和超声波驱鸟器检测仪检测超声波声强最大值，通过公式(1)，获取超声波声强测量信号；

根据超声波声强测量信号，通过公式(2)，获取超声波声强实际信号；

将超声波信号的频率、超声波信号的幅度、超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离和超声波声强实际信号显示出来；

所述公式(1)如下：

I_d＝150·(V_o/V_cc)

所述公式(2)如下：

I_d＝I·e^-ad

其中，I_d为超声波声强测量信号；V_o为放大的超声波信号；V_cc为单片机工作电压；I为超声波声强实际信号；a为衰减系数；d为超声波驱鸟器检测仪与超声波驱鸟器之间的距离。