一种用于鸟类飞行行为研究的硬件电路设计
一种用于鸟类飞行行为研究的硬件电路设计[20191213092006]
摘 要
大自然是人类的老师，研究大自然中动物，植物的身体特性，可以帮助我们了解更多关于运动机理的知识。
人类从豹子的跑步姿势中学的到了起跑时身体重心前移，臀部高于肩部，以获得最有效的加速效果。鸟类是飞行的大师，可以自由自在的在天空飞翔。同样，我们也可以基于鸟类飞行的行为，课题的研究讲模拟出鸟类飞行时头部的摆动的频率和幅度，了解鸟类飞行的行为规则，为人类飞行器械模拟鸟类飞行得到最科学的方法。
本课题以三轴加速度传感器为核心，结合单片机与通信知识，搭建出重量较轻，体积够小，来检测出鸟类飞行时头部的摆动频率和幅度。同时要注意硬件电路具有低功耗、防水、防潮、防震动、操作方便可靠的特点。
本设计实现的功能是采用MMA7361模拟加速度传感器检测鸟类的飞行或者其他运动或静止状态的物体，将采集的三轴数据通过P89PLC916单片机的处理，传输到PC机中进行分析处理。本设计从信号采集模块开始，对数字型模拟型模块进行分析，综合评价，选择了模拟型的加速度传感器。从功能，体积，功耗，等角度选择P89LPC916单片机作为信号处理模块。信号的传输采用USB转串口的方法，简单方便，易实现，信号传输稳定，易与电脑相连接，容易对数据进行下一步的处理分析。本设计作为实验模拟装置，对进一步研究提供了参考价值。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:鸟类飞翔模拟单片机神经元网络故障检测
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 鸟类飞行行为的基本特点与规律 1
1.2 鸟类飞行行为的研究的意义 2
1.3 鸟类飞行行为研究的其他领域的意义 3
1.4 课题研究内容和章节安排 6
第二章 系统的总体方案与系统研究 7
2.1 系统总体设计规划 7
2.2 子系统分析 7
2.2.1 信号采集模块 7
2.2.2 核心处理器 8
2.2.3 通信传输方式 9
2.2.4 电源模块 10
2.2.5 锂电池模块 13
2.3 核心及关键技术 14
2.4 本章小结 14
第三章硬件电路系统设计 15
3.1 总体结构设计 15
3.2 P89LPC916单片机系统设计 16
3.2.1 CPU 17
3.2.2 低功耗选择 18
3.2.3 A/D 转换器 18
3.2.4 I/O 口配置 18
3.3 三轴加速度传感器模块 19
3.3.1 基本工作原理 19
3.3.2 I/O 口配置 19
3.3.3 与MCU连接 21
3.3.4 动态与静态加速度 23
3.4 USB转串口模块 24
3.4.1 转换芯片特点与原理图 24
3.4.2 转换芯片的引脚与电路 25
3.5 电源模块 27
3.5.1、输出电压： 28
3.5.2 负载调整： 29
3.6 本章小结 29
第四章 系统程序设计 31
4.1 程序设计总体结构 31
4.2 主函数程序设计 31
4.3 子函数程序设计 32
4.3.1 端口初始化 32
4.3.2 串口初始化 32
4.3.3 定时器初始化 33
4.3.4 设定量程 34
4.3.5 A/D转换字程序的设计 34
4.3.6 发送数据程序设计 35
4.4 本章小结 36
第五章 系统调试及问题分析和解决 37
5.1 系统硬件调试 37
5.1.1 电源模块 37
5.1.2、仿真和测试接口（JTAG）电路调试 38
5.1.3、微处理器模块调试 38
5.1.4、数据通信模块调试 38
5.2 下一步的实验研究工作 40
5.3 本章小结 41
参考文献 42
致谢 43
附录 44
一、英文原文 44
二、中文翻译 46
三、系统原理图和PCB图 49
第一章 绪论
1.1 鸟类飞行行为的基本特点与规律
鸟类是高等脊椎动物,它们是由古爬行类进化而来的。鸟类非常能适应飞翔生活。鸟类的形态结构与许多同爬行类有共同之处，但也有很多不同之处。这些不同之处与爬行类相比较有了较大的发展，具有一系列比爬行类高级的进步性特征。
鸟类非常善于飞翔，是当今世界飞行的王者。它们的前肢进化成专门用于飞行的器官——翅膀，后肢起用于行走和支持体重的作用。鸟的嘴由角质喙构成，用于觅食，理羽、衔物，配合灵活的颈椎，鸟类的嘴可以部分代替“手”的作用。
它们的身体成纺锤体，可以在飞行时减少阻力从而更加节省体力。骨髓间充满空气，具备气囊，这样，它们的身体会更加轻便。鸟类食量很大，消化得也特别快，因而使鸟的体力特别强，可以不停歇的在空中飞行较长的时间。此外，鸟的神经系统非常发达，视力很好，体重相对较轻，体表被羽毛等等。
它们的动作特点是：
1、以飞翔为主要运动状态，飞行时翅膀上下扇动，动作柔和优美。
?2、由于翅膀宽大，飞行时空气对翅膀产生升力和推力（还有阻力），托起身体上升和前进。扇翅动作一般比较缓慢，翅膀扇下时展得略开，动作有力；抬起时比较收拢，动作柔和。?
3、飞行过程中，当飞到一定的高度后，用力扇动几下翅膀，就可以利用上升的气流展翅滑翔。
?4、阔翼鸟的动作都是偏缓慢，走路动作与家禽相似，涉禽类腿脚细长，常踏草涉水步行觅食，能飞善走。他的提腿跨步曲伸动作，幅度大而明显。?
5、大鸟翅膀上下扇动的中间过程，需按曲线运动要求来画动画。
鸟类的飞行原理是：通过翅膀的扇动，向下拍打气流，利用气流的反作用力提升自己在空中的高度，维持它的飞行。假设鸟在水平飞行。当鸟的翅膀完全伸展开时，鸟在空中的高度相对达到最底点。当鸟开始收起翅膀时，它在空中的高度相对达到最高点。鸟类的翅膀可以收放自如，但由于生理构造的特点，翅膀中间的关节可以向下和向后弯曲。因此当鸟类拍打翅膀的时候，为了增加向下时的阻力，翅膀伸展。为了减小向上的阻力时，翅膀收缩。
鸟类适应于空中的快速动作。它们是流线型的，在空中消耗最小的能量。它凭借着气流的方向，帮助飞翔动作，飞翔时腿部蜷缩着紧贴身体或朝后拖曳着。?
鸟类飞行的气体动力学非常复杂，这里不必详加叙述。飞行的冲击力来自鸟翼向身体下面的空气气垫的有力一击。这时，空气阻力使用羽毛之间紧密闭拢，而翅膀的面积则尽可能地张大，最大限度地增强冲击力。鸟类胸部肌肉发达，向下的冲击很有力。控制翅膀向上的肌肉力量则要小得多。在这一动作中，翅膀部分地折叠起来，使面积缩小，而羽毛象叶片似地分开，让空气从间隙穿过。身体经常稍微的向上倾斜，在向下一击时身体略略抬高，翅膀向上时，身体有稍稍落下。?
在正常的飞翔中，翅膀不是笔直地上下的。向上扑打时，翅膀略向后，向下扑打时，略向前。这与我们料想中向前飞行的翅膀动作正相反，不过向前的推动力实际上是由于翅膀表面适当的倾斜度产生的。翅膀的这种向前和向后的扑打，尤其是当鸟盘旋在空气时（这时身体几乎垂直，翅膀的扑打几乎水平）特别明显。当鸟飞升或降落在地上时也是这样[1]。
1.2 鸟类飞行行为的研究的意义
鸟对人类的贡献是众所周知的。鸟类还有一种特殊的作用，这就是它启发了人类的智慧，为人类探求理想的技术装置或交通工具，提供了原理和蓝图。可以说，在结构、功能、通讯等方面，鸟类是人类的老师，许多现代科学技术问题，科学家常常需要去请教鸟类。
鹰击长空，鸽翔千里，鸟类可以在空中自由飞行，这对人类是多么大的吸引和激励啊！传说，在2000多年前，中国的著名工匠鲁班，曾研究和制造过木鸟。据历史文献记载，1900多年前，中国就有人把鸟羽绑在一起，做成翅膀，能够滑翔百步以外。400多年以前，意大利人达·芬奇根据对鸟类的观察和研究，设计了扑翼机，试图用脚蹬的动来扑动飞行。后来，经过许多科学家的试验，人们才弄清鸟类定翼滑翔的机理，认识到机翼必须像鸟翼那样前缘厚，后缘薄，构成曲面才能产生升力，再加上工业提供了轻质的金属材料和大功率发动机，终于在1903年发明了飞机，实现了几千年来人类渴望飞上天空的理想。
人类自从发明了飞机，飞上天空以后，就在不断地对飞机进行革新改造，不论是体积、载重、速度，都很快超过了鸟类。现代飞机已经比任何鸟类都飞得更快、更远、更高，尤其是近年来出现的各种飞行器，可以到星际间航行，更是鸟类所望尘莫及的。尽管这样，在某些飞行技术和飞行器的结构上，人造的飞机仍然不如鸟类那么完善而且精致，更不要说消耗能源方面了。例如，金鸻可以连续在海洋上空飞行4000多公里，而体重只减少60克，如果飞机能用这种效率飞行，那将会节省许多燃料。
鸟类的翅膀具有许多特殊功能和结构，使得它们不仅善于飞行，而且会表演许多“特技”，这些特技还是目前人类的技术难以达到的。小小的蜂鸟是鸟中的“直升机”，它既可以垂直起落，又可以退着飞。在吮吸花蜜时，它不像蜜蜂那样停落在花上，而是悬停于空中。这是多么巧妙的飞行啊。制造具有蜂鸟飞行特性的垂直起落飞机，已经成为许多飞机设计师梦寐以求的愿望。
鹰的眼睛是异常敏锐的。翱翔在两三千米高空的雄鹰，两眼扫视地面，它能够从许多相对运动着的景物中发现兔子、老鼠，并且敏捷地俯冲而下，一举捕获。鹰眼还具有对运动目标敏感、调节迅速等特点，它能准确无误地识别目标。现代电子光学技术的发展，使我们有可能研究一种类似鹰眼的系统，帮助飞行员识别地面目标，同时可以控制导弹。
候鸟的迁徙路程，短则几百公里，长则几千公里。但是，它们总能准确地到达世世代代选定的目的地。这说明候鸟有极好的导航本领。科学家们早已对这些现象展开了研究，认为鸟类所以有很好的导航本领，是因为它们都有各自的特殊感觉器官，能够感觉和分析自然界不同地域环境因素的变化，从而辨认方向，寻找迁徙路线。有的靠辨认太阳的位置，利用太阳作定向标；有的靠辨认星星的方位，利用星象导航；有的靠感觉地球磁场的变化，利用地磁导航；还有的利用地球的重力场导航。弄清鸟类导航的原理之后，仿生学家在企鹅的启示下，人们设计了一种新型汽车——“企鹅牌极地越野汽车”。这种汽车用宽阔的底部贴在雪面上，用轮勺推动前进，这样不仅解决了极地运输问题，而且也可以在泥泞地带行驶。
此外，鸟类所特有的生理结构和功能，还为机械系统、仪器设备、建筑结构和工艺流程的创新，提供了许多仿生学上的课题。所以，鸟既是人类的朋友，又是人类的老师。为了科学的未来和人类的幸福，我们也应当好好保护鸟类。
鸟给人类了许多无价的启示：人们看到天空中的飞鸟，想到了一种能把我们带到天空中飞的机器：飞机；山雕飞落地刹那间的坚定和稳重，让人觉得自己也可以从天空中飞下，安全落地；飞翔中的蜻蜓，给人类创造直升飞机带来了灵感；猫头鹰灵巧无声的飞行，改造了飞机的性能；天鹅在水面上撩飞的优雅，使水上飞机问世，。研究金翅鸟能改善飞机功能、研究鸽子可预测地震等那些肯思考的人，通过观察天空中飞行的鸟类，获得了灵感，而创造出来的奇迹，让我们受益无穷。
1.3 鸟类飞行行为研究的其他领域的意义
机械故障诊断：机械故障诊断需要进一步确定故障的性质，程度，类别，部位，原因，发展趋势等，为预报，控制，调整，维护提供依据。主要包括信号检测，特征提取，状态识别，诊断决策。 诊断技术发展几十年来，产生了巨大的经济效益，成为各国研究的热点。从诊断技术的各分支技术来看，美国占有领先地位。美国的一些公司，如Bently，HP等，他们的监测产品基本上代表了当今诊断技术的最高水平，不仅具有完善的监测功能，而且具有较强的诊断功能，在宇宙、军事、化工等方面具有广泛的应用。美国西屋公司的三套人工智能诊断软件（汽轮机TurbinAID，发电机GenAID，水化学ChemAID）对其所产机组的安全运行发挥了巨大的作用。还有美国通用电器公司研究的用于内燃电力机车故障排除的专家系统DELTA；美国NASA研制的用于动力系统诊断的专家系统；Delio Products公司研制的用于汽车发动机冷却系统噪声原因诊断的专家系统ENGING COOLING ADCISOR等。近年来，由于微机特别是便携机的迅速发展，基于便携机的在线、离线监测与诊断系统日益普及，如美国生产的M6000系列产品，得到了广泛的应用。 英国于70年代初成立了机器保健与状态监测协会，到了80年代初在发展和推广设备诊断技术方面作了大量的工作，起到了积极的促进作用。英国曼彻斯特大学创立的沃森工业维修公司和斯旺西大学的摩擦磨损研究中心在诊断技术研究方面都有很高的声誉。英国原子能研究机构在核发电方面，利用噪声分析对炉体进行监测，以及对锅炉、压力容器、管道得无损检测等，起到了英国故障数据中心的作用。目前英国在摩擦磨损、汽车、飞机发动机监测和诊断方面仍具有领先的地位。 欧洲一些国家的诊断技术发展各具特色。如瑞典SPM公司的轴承监测技术，AGEMA公司的红外热像技术；挪威的船舶诊断技术；丹麦的BK公司的振动、噪声监测技术等都是各有千秋。日本在钢铁、化工等民用工业中诊断技术占有优势。东京大学、东京工业大学、京都大学、早稻田大学等高等学校着重基础性理论研究；而机械技术研究所、船舶技术研究所等国立研究机构重点研究机械基础件的诊断研究；三菱重工等民办企业在旋转机械故障诊断方面开展了系统的工作，所研制的“机械保健系统”在汽轮发电机组故障监测和诊断方面已经起到了有效的作用。 我国诊断技术的发展始于70年代末，而真正的起步应该从1983年南京首届设备诊断技术专题座谈会开始。虽起步较晚，但经过近几年的努力，加上政府有关部门多次组织外国诊断技术专家来华讲学，已基本跟上了国外在此方面的步伐，在某些理论研究方面已和国外不相上下。目前我国在一些特定设备的诊断研究方面很有特色，形成了一批自己的监测诊断产品。全国各行业都很重视在关键设备上装备故障诊断系统，特别是智能化的故障诊断专家系统，在电力系统、石化系统、冶金系统、以及高科技产业中的核动力电站、航空部门和载人航天工程等。工作比较集中的是大型旋转机械故障诊断系统，已经开发了20种以上的机组故障诊断系统和十余种可用来做现场故障诊断的便携式现场数据采集器。透平发电机、压缩机的诊断技术已列入国家重点攻关项目并受到高度重视；而西安交通大学的“大型选转机械计算机状态监测与故障诊断系统”，哈尔滨工业大学的“机组振动微机监测和故障诊断系统”。东北大学设备诊断工程中心经过多年研究，研制成功了“轧钢机状态监测诊断系统”，“风机工作状态监测诊断系统”，均取得了可喜的成果。 可用于机械状态监测与故障诊断的信号有振动诊断、油样分析、温度监测和无损检测探伤为主，其他技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最广、理论基础最为雄厚、研究得最为充分。目前，在振动信号的分析处理方面，除了经典的统计分析、时频域分析、时序模型分析、参数辨识外，近来又发展了频率细化技术、倒频谱分析、共振解调分析、三轴全息谱分析、轴心轨迹分析以及基于非平稳信号假设的短时傅里叶变换、Winger分布和小波变换等。而当代人工智能的研究成果为机械故障诊断注入了新的活力，故障诊断的专家系统不仅在理论上得到了相当的发展，且己有成功的应用实例，作为人工智能的一个重要分支，人工神经网络的研究己成为机械故障诊断领域的一个最新研究热点。 随着计算机技术、嵌入式技术以及新兴的虚拟仪器技术的发展，故障诊断装置和仪器己经由最初的模拟式监测仪表发展到现在的基于计算机的实时在线监测一与故障诊断系统和基于微机的便携式监测分析系统。这类系统一般具有强大的信号分析与数据管理功能，能全面记录反映机器运行状态变化的各种信息，实现故障的精确诊断。随着网络技术的发展，远程分布式监测诊断系统成为目前的一个研究开发热点[2]。
摘 要
大自然是人类的老师，研究大自然中动物，植物的身体特性，可以帮助我们了解更多关于运动机理的知识。
人类从豹子的跑步姿势中学的到了起跑时身体重心前移，臀部高于肩部，以获得最有效的加速效果。鸟类是飞行的大师，可以自由自在的在天空飞翔。同样，我们也可以基于鸟类飞行的行为，课题的研究讲模拟出鸟类飞行时头部的摆动的频率和幅度，了解鸟类飞行的行为规则，为人类飞行器械模拟鸟类飞行得到最科学的方法。
本课题以三轴加速度传感器为核心，结合单片机与通信知识，搭建出重量较轻，体积够小，来检测出鸟类飞行时头部的摆动频率和幅度。同时要注意硬件电路具有低功耗、防水、防潮、防震动、操作方便可靠的特点。
本设计实现的功能是采用MMA7361模拟加速度传感器检测鸟类的飞行或者其他运动或静止状态的物体，将采集的三轴数据通过P89PLC916单片机的处理，传输到PC机中进行分析处理。本设计从信号采集模块开始，对数字型模拟型模块进行分析，综合评价，选择了模拟型的加速度传感器。从功能，体积，功耗，等角度选择P89LPC916单片机作为信号处理模块。信号的传输采用USB转串口的方法，简单方便，易实现，信号传输稳定，易与电脑相连接，容易对数据进行下一步的处理分析。本设计作为实验模拟装置，对进一步研究提供了参考价值。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:鸟类飞翔模拟单片机神经元网络故障检测
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 鸟类飞行行为的基本特点与规律 1
1.2 鸟类飞行行为的研究的意义 2
1.3 鸟类飞行行为研究的其他领域的意义 3
1.4 课题研究内容和章节安排 6
第二章 系统的总体方案与系统研究 7
2.1 系统总体设计规划 7
2.2 子系统分析 7
2.2.1 信号采集模块 7
2.2.2 核心处理器 8
2.2.3 通信传输方式 9
2.2.4 电源模块 10
2.2.5 锂电池模块 13
2.3 核心及关键技术 14
2.4 本章小结 14
第三章硬件电路系统设计 15
3.1 总体结构设计 15
3.2 P89LPC916单片机系统设计 16
3.2.1 CPU 17
3.2.2 低功耗选择 18
3.2.3 A/D 转换器 18
3.2.4 I/O 口配置 18
3.3 三轴加速度传感器模块 19
3.3.1 基本工作原理 19
3.3.2 I/O 口配置 19
3.3.3 与MCU连接 21
3.3.4 动态与静态加速度 23
3.4 USB转串口模块 24
3.4.1 转换芯片特点与原理图 24
3.4.2 转换芯片的引脚与电路 25
3.5 电源模块 27
3.5.1、输出电压： 28
3.5.2 负载调整： 29
3.6 本章小结 29
第四章 系统程序设计 31
4.1 程序设计总体结构 31
4.2 主函数程序设计 31
4.3 子函数程序设计 32
4.3.1 端口初始化 32
4.3.2 串口初始化 32
4.3.3 定时器初始化 33
4.3.4 设定量程 34
4.3.5 A/D转换字程序的设计 34
4.3.6 发送数据程序设计 35
4.4 本章小结 36
第五章 系统调试及问题分析和解决 37
5.1 系统硬件调试 37
5.1.1 电源模块 37
5.1.2、仿真和测试接口（JTAG）电路调试 38
5.1.3、微处理器模块调试 38
5.1.4、数据通信模块调试 38
5.2 下一步的实验研究工作 40
5.3 本章小结 41
参考文献 42
致谢 43
附录 44
一、英文原文 44
二、中文翻译 46
三、系统原理图和PCB图 49
第一章 绪论
1.1 鸟类飞行行为的基本特点与规律
鸟类是高等脊椎动物,它们是由古爬行类进化而来的。鸟类非常能适应飞翔生活。鸟类的形态结构与许多同爬行类有共同之处，但也有很多不同之处。这些不同之处与爬行类相比较有了较大的发展，具有一系列比爬行类高级的进步性特征。
鸟类非常善于飞翔，是当今世界飞行的王者。它们的前肢进化成专门用于飞行的器官——翅膀，后肢起用于行走和支持体重的作用。鸟的嘴由角质喙构成，用于觅食，理羽、衔物，配合灵活的颈椎，鸟类的嘴可以部分代替“手”的作用。
它们的身体成纺锤体，可以在飞行时减少阻力从而更加节省体力。骨髓间充满空气，具备气囊，这样，它们的身体会更加轻便。鸟类食量很大，消化得也特别快，因而使鸟的体力特别强，可以不停歇的在空中飞行较长的时间。此外，鸟的神经系统非常发达，视力很好，体重相对较轻，体表被羽毛等等。
它们的动作特点是：
1、以飞翔为主要运动状态，飞行时翅膀上下扇动，动作柔和优美。
?2、由于翅膀宽大，飞行时空气对翅膀产生升力和推力（还有阻力），托起身体上升和前进。扇翅动作一般比较缓慢，翅膀扇下时展得略开，动作有力；抬起时比较收拢，动作柔和。?
3、飞行过程中，当飞到一定的高度后，用力扇动几下翅膀，就可以利用上升的气流展翅滑翔。
?4、阔翼鸟的动作都是偏缓慢，走路动作与家禽相似，涉禽类腿脚细长，常踏草涉水步行觅食，能飞善走。他的提腿跨步曲伸动作，幅度大而明显。?
5、大鸟翅膀上下扇动的中间过程，需按曲线运动要求来画动画。
鸟类的飞行原理是：通过翅膀的扇动，向下拍打气流，利用气流的反作用力提升自己在空中的高度，维持它的飞行。假设鸟在水平飞行。当鸟的翅膀完全伸展开时，鸟在空中的高度相对达到最底点。当鸟开始收起翅膀时，它在空中的高度相对达到最高点。鸟类的翅膀可以收放自如，但由于生理构造的特点，翅膀中间的关节可以向下和向后弯曲。因此当鸟类拍打翅膀的时候，为了增加向下时的阻力，翅膀伸展。为了减小向上的阻力时，翅膀收缩。
鸟类适应于空中的快速动作。它们是流线型的，在空中消耗最小的能量。它凭借着气流的方向，帮助飞翔动作，飞翔时腿部蜷缩着紧贴身体或朝后拖曳着。?
鸟类飞行的气体动力学非常复杂，这里不必详加叙述。飞行的冲击力来自鸟翼向身体下面的空气气垫的有力一击。这时，空气阻力使用羽毛之间紧密闭拢，而翅膀的面积则尽可能地张大，最大限度地增强冲击力。鸟类胸部肌肉发达，向下的冲击很有力。控制翅膀向上的肌肉力量则要小得多。在这一动作中，翅膀部分地折叠起来，使面积缩小，而羽毛象叶片似地分开，让空气从间隙穿过。身体经常稍微的向上倾斜，在向下一击时身体略略抬高，翅膀向上时，身体有稍稍落下。?
在正常的飞翔中，翅膀不是笔直地上下的。向上扑打时，翅膀略向后，向下扑打时，略向前。这与我们料想中向前飞行的翅膀动作正相反，不过向前的推动力实际上是由于翅膀表面适当的倾斜度产生的。翅膀的这种向前和向后的扑打，尤其是当鸟盘旋在空气时（这时身体几乎垂直，翅膀的扑打几乎水平）特别明显。当鸟飞升或降落在地上时也是这样[1]。
1.2 鸟类飞行行为的研究的意义
鸟对人类的贡献是众所周知的。鸟类还有一种特殊的作用，这就是它启发了人类的智慧，为人类探求理想的技术装置或交通工具，提供了原理和蓝图。可以说，在结构、功能、通讯等方面，鸟类是人类的老师，许多现代科学技术问题，科学家常常需要去请教鸟类。
鹰击长空，鸽翔千里，鸟类可以在空中自由飞行，这对人类是多么大的吸引和激励啊！传说，在2000多年前，中国的著名工匠鲁班，曾研究和制造过木鸟。据历史文献记载，1900多年前，中国就有人把鸟羽绑在一起，做成翅膀，能够滑翔百步以外。400多年以前，意大利人达·芬奇根据对鸟类的观察和研究，设计了扑翼机，试图用脚蹬的动来扑动飞行。后来，经过许多科学家的试验，人们才弄清鸟类定翼滑翔的机理，认识到机翼必须像鸟翼那样前缘厚，后缘薄，构成曲面才能产生升力，再加上工业提供了轻质的金属材料和大功率发动机，终于在1903年发明了飞机，实现了几千年来人类渴望飞上天空的理想。
人类自从发明了飞机，飞上天空以后，就在不断地对飞机进行革新改造，不论是体积、载重、速度，都很快超过了鸟类。现代飞机已经比任何鸟类都飞得更快、更远、更高，尤其是近年来出现的各种飞行器，可以到星际间航行，更是鸟类所望尘莫及的。尽管这样，在某些飞行技术和飞行器的结构上，人造的飞机仍然不如鸟类那么完善而且精致，更不要说消耗能源方面了。例如，金鸻可以连续在海洋上空飞行4000多公里，而体重只减少60克，如果飞机能用这种效率飞行，那将会节省许多燃料。
鸟类的翅膀具有许多特殊功能和结构，使得它们不仅善于飞行，而且会表演许多“特技”，这些特技还是目前人类的技术难以达到的。小小的蜂鸟是鸟中的“直升机”，它既可以垂直起落，又可以退着飞。在吮吸花蜜时，它不像蜜蜂那样停落在花上，而是悬停于空中。这是多么巧妙的飞行啊。制造具有蜂鸟飞行特性的垂直起落飞机，已经成为许多飞机设计师梦寐以求的愿望。
鹰的眼睛是异常敏锐的。翱翔在两三千米高空的雄鹰，两眼扫视地面，它能够从许多相对运动着的景物中发现兔子、老鼠，并且敏捷地俯冲而下，一举捕获。鹰眼还具有对运动目标敏感、调节迅速等特点，它能准确无误地识别目标。现代电子光学技术的发展，使我们有可能研究一种类似鹰眼的系统，帮助飞行员识别地面目标，同时可以控制导弹。
候鸟的迁徙路程，短则几百公里，长则几千公里。但是，它们总能准确地到达世世代代选定的目的地。这说明候鸟有极好的导航本领。科学家们早已对这些现象展开了研究，认为鸟类所以有很好的导航本领，是因为它们都有各自的特殊感觉器官，能够感觉和分析自然界不同地域环境因素的变化，从而辨认方向，寻找迁徙路线。有的靠辨认太阳的位置，利用太阳作定向标；有的靠辨认星星的方位，利用星象导航；有的靠感觉地球磁场的变化，利用地磁导航；还有的利用地球的重力场导航。弄清鸟类导航的原理之后，仿生学家在企鹅的启示下，人们设计了一种新型汽车——“企鹅牌极地越野汽车”。这种汽车用宽阔的底部贴在雪面上，用轮勺推动前进，这样不仅解决了极地运输问题，而且也可以在泥泞地带行驶。
此外，鸟类所特有的生理结构和功能，还为机械系统、仪器设备、建筑结构和工艺流程的创新，提供了许多仿生学上的课题。所以，鸟既是人类的朋友，又是人类的老师。为了科学的未来和人类的幸福，我们也应当好好保护鸟类。
鸟给人类了许多无价的启示：人们看到天空中的飞鸟，想到了一种能把我们带到天空中飞的机器：飞机；山雕飞落地刹那间的坚定和稳重，让人觉得自己也可以从天空中飞下，安全落地；飞翔中的蜻蜓，给人类创造直升飞机带来了灵感；猫头鹰灵巧无声的飞行，改造了飞机的性能；天鹅在水面上撩飞的优雅，使水上飞机问世，。研究金翅鸟能改善飞机功能、研究鸽子可预测地震等那些肯思考的人，通过观察天空中飞行的鸟类，获得了灵感，而创造出来的奇迹，让我们受益无穷。
1.3 鸟类飞行行为研究的其他领域的意义
机械故障诊断：机械故障诊断需要进一步确定故障的性质，程度，类别，部位，原因，发展趋势等，为预报，控制，调整，维护提供依据。主要包括信号检测，特征提取，状态识别，诊断决策。 诊断技术发展几十年来，产生了巨大的经济效益，成为各国研究的热点。从诊断技术的各分支技术来看，美国占有领先地位。美国的一些公司，如Bently，HP等，他们的监测产品基本上代表了当今诊断技术的最高水平，不仅具有完善的监测功能，而且具有较强的诊断功能，在宇宙、军事、化工等方面具有广泛的应用。美国西屋公司的三套人工智能诊断软件（汽轮机TurbinAID，发电机GenAID，水化学ChemAID）对其所产机组的安全运行发挥了巨大的作用。还有美国通用电器公司研究的用于内燃电力机车故障排除的专家系统DELTA；美国NASA研制的用于动力系统诊断的专家系统；Delio Products公司研制的用于汽车发动机冷却系统噪声原因诊断的专家系统ENGING COOLING ADCISOR等。近年来，由于微机特别是便携机的迅速发展，基于便携机的在线、离线监测与诊断系统日益普及，如美国生产的M6000系列产品，得到了广泛的应用。 英国于70年代初成立了机器保健与状态监测协会，到了80年代初在发展和推广设备诊断技术方面作了大量的工作，起到了积极的促进作用。英国曼彻斯特大学创立的沃森工业维修公司和斯旺西大学的摩擦磨损研究中心在诊断技术研究方面都有很高的声誉。英国原子能研究机构在核发电方面，利用噪声分析对炉体进行监测，以及对锅炉、压力容器、管道得无损检测等，起到了英国故障数据中心的作用。目前英国在摩擦磨损、汽车、飞机发动机监测和诊断方面仍具有领先的地位。 欧洲一些国家的诊断技术发展各具特色。如瑞典SPM公司的轴承监测技术，AGEMA公司的红外热像技术；挪威的船舶诊断技术；丹麦的BK公司的振动、噪声监测技术等都是各有千秋。日本在钢铁、化工等民用工业中诊断技术占有优势。东京大学、东京工业大学、京都大学、早稻田大学等高等学校着重基础性理论研究；而机械技术研究所、船舶技术研究所等国立研究机构重点研究机械基础件的诊断研究；三菱重工等民办企业在旋转机械故障诊断方面开展了系统的工作，所研制的“机械保健系统”在汽轮发电机组故障监测和诊断方面已经起到了有效的作用。 我国诊断技术的发展始于70年代末，而真正的起步应该从1983年南京首届设备诊断技术专题座谈会开始。虽起步较晚，但经过近几年的努力，加上政府有关部门多次组织外国诊断技术专家来华讲学，已基本跟上了国外在此方面的步伐，在某些理论研究方面已和国外不相上下。目前我国在一些特定设备的诊断研究方面很有特色，形成了一批自己的监测诊断产品。全国各行业都很重视在关键设备上装备故障诊断系统，特别是智能化的故障诊断专家系统，在电力系统、石化系统、冶金系统、以及高科技产业中的核动力电站、航空部门和载人航天工程等。工作比较集中的是大型旋转机械故障诊断系统，已经开发了20种以上的机组故障诊断系统和十余种可用来做现场故障诊断的便携式现场数据采集器。透平发电机、压缩机的诊断技术已列入国家重点攻关项目并受到高度重视；而西安交通大学的“大型选转机械计算机状态监测与故障诊断系统”，哈尔滨工业大学的“机组振动微机监测和故障诊断系统”。东北大学设备诊断工程中心经过多年研究，研制成功了“轧钢机状态监测诊断系统”，“风机工作状态监测诊断系统”，均取得了可喜的成果。 可用于机械状态监测与故障诊断的信号有振动诊断、油样分析、温度监测和无损检测探伤为主，其他技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最广、理论基础最为雄厚、研究得最为充分。目前，在振动信号的分析处理方面，除了经典的统计分析、时频域分析、时序模型分析、参数辨识外，近来又发展了频率细化技术、倒频谱分析、共振解调分析、三轴全息谱分析、轴心轨迹分析以及基于非平稳信号假设的短时傅里叶变换、Winger分布和小波变换等。而当代人工智能的研究成果为机械故障诊断注入了新的活力，故障诊断的专家系统不仅在理论上得到了相当的发展，且己有成功的应用实例，作为人工智能的一个重要分支，人工神经网络的研究己成为机械故障诊断领域的一个最新研究热点。 随着计算机技术、嵌入式技术以及新兴的虚拟仪器技术的发展，故障诊断装置和仪器己经由最初的模拟式监测仪表发展到现在的基于计算机的实时在线监测一与故障诊断系统和基于微机的便携式监测分析系统。这类系统一般具有强大的信号分析与数据管理功能，能全面记录反映机器运行状态变化的各种信息，实现故障的精确诊断。随着网络技术的发展，远程分布式监测诊断系统成为目前的一个研究开发热点[2]。
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