机场驱鸟监控系统的研究与开发

摘要

鸟撞对于航空业而言是一个无法避开的影响飞行安全的重大难题。但是目前为止，对驱鸟设备的状态检测只有人工定期巡检，这种方式不能实时掌握驱鸟设备的状态并耗费人力资源。针对目前机场驱鸟过程中，驱鸟设备时常因温度过高、电压过低、压力不足等原因使得驱鸟设备无法工作与无法检测驱鸟设备是否工作成功的问题，提出了一种基于STM32的远程监控系统。该系统以嵌入式STM32为控制和数据处理核心，采集温度传感器、压力传感器、声音传感器的输出信号以及电源电压信号，并对采集到的声音信号进行了加窗和FFT处理，提取频谱中信号的最大模值，将采集到的数据和处理结果通过ZigBee技术上传给上位机，完成上位机和下位机的通信。本文的工作旨在为系统的产品化提供一种依据，本文主要内容如下： 1．设计了基于STM32F303VCT6的监控系统，可以实现对电压、温度、压力以及声音等参数的测量；采用了基于ZigBee技术的无线传输方法，可以实现工作人员远程实时监控驱鸟设备工作状态。 2．在对声音信号的处理过程中针对快速傅里叶变换造成频谱泄露、误差比较大的问题，首先在Matlab中模拟各个窗函数来选取最佳的窗函数，进而在STM32F303中采用加入Hamming窗的方法进行改进，减少频谱泄露。 3．在上位机上设计了驱鸟系统信息管理软件，根据实际的要求设计不同的系统窗体，其中包括登录界面、用户管理界面、系统运行界面等。在系统中既可对用户信息进行管理，同时也可远程控制下位机的操作动作、接收实时数据并在上位机上显示。 4．对电压、温度、声音等参数进行测量实验和数据对比实验，测量结果表明，本系统能够实现对驱鸟设备进行电压、温度、声音等参数的远程实时监控。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 驱鸟技术的国内外研究现状

1.3 本文主要内容安排

1.4 本章小结

2 系统总体方案设计与STM32微控制器概述

2.1 系统总体方案设计

2.2 STM32微控制器概述

2.2.1 Cortex-M4内核

2.2.2 嵌套向量中断控制器（NVIC）

2.3 ZigBee技术概述

2.3.2 ZigBee网络拓扑结构

2.4 本章小结

3 系统硬件设计

3.1 主控芯片外围电路设计

3.2 无线模块外围电路设计

3.3 信号采集模块设计

3.3.1 温度采集模块

3.3.2 声音采集模块

3.3.3 电压采集模块

3.4 SWD接口电路

3.5 电源管理模块设计

3.6 驱鸟模块电路设计

3.7 本章小结

4 基于STM32的FFT实现

4.1 傅里叶变换概述

4.2 频谱泄露与窗函数的选择

4.2.1 频谱泄露分析

4.2.2 窗函数的选择

4.3 FFT在STM32中的实现

4.3.1 Hamming窗的实现

4.3.2 FFT的实现

4.4 STM32与MATLAB实现FFT对比分析

4.5 本章小结

5 系统软件设计

5.1 下位机软件设计

5.1.1 下位机软件开发环境介绍

5.1.2 下位机主程序设计

5.1.3 串口软件设计

5.1.4 ZigBee节点软件设计

5.2 上位机软件设计

5.2.1 系统需求分析

5.2.2 数据库的选择和设计

5.2.3 系统开发软件的介绍

5.2.4 各功能块的软件设计与实现

5.2.5 串行口通信软件设计

5.3 本章小结

6 系统运行结果展示和分析

6.1 系统运行过程展示

6.1.1 系统主界面

6.1.2 系统的启用运行

6.1.3 系统的驱鸟运行

6.1.4 系统的状态查看

6.2 温度传感器数据可靠性测试

6.3 下位机电源电压测量可靠性测试

6.4 声音信号采集和处理可靠性测试

6.5 无线通信距离可靠性测试

6.6 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献