發射機弧光取樣報警項目

師紅偉

（國家廣電總局554 臺，河南 鄭州 450100）

發射機的高頻高壓部分非常容易發生放電及打火現象，有時打火放電并不會直接引起發射機停播， 是發射機自身的一種保護。 但大多數時候發生嚴重放電打火時會造成機器過荷掉高壓，是一種威脅發射機正常播音的重大隱患。特別是打火放電剛產生時如果不能及時發現并進行處理，會造成打火現象更嚴重，直接威脅播音安全。自從改造天線交換開關后，轉換開關是密閉的，轉換開關的刀口若有打火現象不容易發現，形成隱患。 因此如果能在發射機剛發生打火放電產生弧光時就進行報警并提示，就能夠避免故障擴大化，為機器的安全提供保障。 為此設計制作了這個發射機弧光取樣報警項目， 該項目能夠對檢測發現的弧光進行及時報警提示。

1 弧光取樣系統的建立

系統主要工作原理：弧光傳感器通過感應弧光，把光信號轉換為電信號，傳給信號放大電路。 信號放大電路對小信號進行放大后傳給單片機的模數轉換ADC 單元，ADC 單元把模擬信號轉換為數字信號后交給單片機進行處理。 單片機根據設置的門限值進行判斷，如果弧光傳感器采集的信號大于門限值，則控制發光二極管和蜂鳴器進行聲光電報警， 并且通過串口把報警信息上傳到PC 機。

圖1 整體方框圖

本項目的電路設計方框圖如圖1 所示，弧光傳感器主要負責取樣信號， 信號放大電路主要負責將弧光傳感器取樣來的小信號放大并送到單片機， 單片機主要負責判斷光信號并產生報警信號以及將報警信號送至PC。 下面分別進行介紹：

（1）弧光傳感器。弧光傳感器是一種光感應元件。當發生接地或相間短路故障時，因有弧光產生并燃燒，光的強度將突然增加。弧光傳感器內電子元件會將光信號轉換為電信號，并傳遞給弧光保護的輔助單元。 本項目選擇紫外增強型PIN 硅光電二極管作為弧光傳感器。

主要參數： 光譜響應范圍為300～1100nm； 響應時間為57ns； 峰值波長為950nm； 光敏面積為3.6mm×3.6mm； 封裝為TO5。

（2）信號放大電路。 在設計信號放大電路時，本項目采用兩級級聯放大： 第一級選擇高精度運算放大器TLC2652 作為小信號的放大。 在TLC2652 內部，有主放大器和較零放大器。 內部時鐘使用放大器以450HZ 的頻率校零，可以很好地降低噪聲，非常適合微弱信號的放大。第二級主要由運放OP07 進行信號的放大及濾波。 TLC2652 主要構成差分放大器，OP07 主要構成反向放大電路，并經過濾波輸出信號送單片機進行處理。

（3）單片機控制及接口電路部分。 單片機 （Single-Chip Microcomputer）， 即 單 芯 片 微 型 計 算 機， 將 微 處 理 器（Microprocessor）、RAM、ROM 及IO 接口等電路集成在一塊芯片上，所以它體積小、質量輕、價格便宜，并且還是一個完善的計算機系統。 它在一個系統中對各模塊的信息進行收集處理，控制各部分的正常運行，起著中央控制處理的作用，是一個系統的核心組成部分。 目前已廣泛應用在各領域，如在儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、車載安全系統、程控玩具、自動化控制等領域已經得到廣泛使用。

本項目放大后的信號送至單片機， 單片機內部的ADC 單元將模擬信號處理成數字信號， 這個工作利用程序可以很好地完成。 需要預設門限值來確定單片機的工作內容，一方面可以進行報警工作，另一方面可以防止誤報警。 這個門限值可以根據現場環境來設定。

2 報警電路及與PC 的通信

當弧光取樣信號大于預設門限值時，單片機輸出一個低電平，使三極管導通，發光二極管和蜂鳴器通過三極管通地形成通路得電，進行聲光報警。 同時，將這個信號送至PC。 單片機把報警信號上報給PC 機有多種方式，一種是無線的方式，可以采用433M 或者2.4G 無線模塊，也可以使用GSM/GPRS 模塊，但是考慮到電臺內的電磁干擾現象， 選擇有線的方式， 本項目采用RS485 總線方式。

日常值班時，值班人員一旦發現有報警信息，待報警的發射機停機后， 一定要認真仔細地對報警部位進行檢查并做好相應的處理工作，該打磨打火痕跡的要打磨，打火嚴重的該更換器件的更換器件，避免故障擴大。

3 結語

該項目制作成功后，安裝在發射機的射頻高壓部分，包括三單元槽路、負載線圈部分、諧波濾波器、平衡轉換器以及天線交換開關刀口處，只需要將取樣頭安裝在相應的位置。 通過對光的強度的檢測，可以順利地對弧光信號進行報警提示。 特別是平時不是很方便檢查的天線交換刀口部分， 很容易就能夠對其打火狀況進行報警。 該項目對于發射機的播音安全提供了技術上的保證， 特別對易發生打火現象的真空電容等貴重器件提供了很好的保護支持。

該項目還可以運用到一些高壓配電上面對其設備進行報警保護，還可以擴展到將控制設備的信號加至單片機控制口，對設備進行關斷保護，有很好的應用價值。

[1]何立民.單片機應用技術選編[M].北京：北京航空大學出版社，1998.