應(yīng)用于輸電線路標(biāo)識(shí)牌的自發(fā)光及警示裝置

陳華超

（廣東惠州供電局 廣東 惠州516001）

內(nèi)容：

研發(fā)應(yīng)用于輸電線路標(biāo)識(shí)牌的自發(fā)光及警示裝置，該裝置主要由聲音警示模塊和自發(fā)光模塊組成，聲音警示模塊在有生物進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域時(shí)（20*20 米），紅外傳感器發(fā)出指令使報(bào)警器動(dòng)作發(fā)出警示語(yǔ)，起到聲預(yù)警的作用。自發(fā)光模塊在外界光線的強(qiáng)度低于內(nèi)部光敏元件的預(yù)設(shè)值時(shí)，自發(fā)光模塊動(dòng)作，LED燈亮起，實(shí)現(xiàn)自行發(fā)光的目的。因此，通過該裝置的聲光雙警示效果。

背景：

受城鎮(zhèn)化建設(shè)和道路交通建設(shè)的影響，人們的活動(dòng)范圍越來越廣，和輸電線路之間的接觸也逐漸增多。這不但給線路安全帶來了隱患也給人們的生命安全帶來了不利的影響。特別是在夜間，光線較暗，人們的視線受限，所以在不能預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)的條件下就會(huì)發(fā)生觸電或者線路跳閘事故。所以，在高壓輸電線路沿線的公路、曠野等事故多發(fā)地設(shè)立安全警示牌就顯得特別重要。在夜間、大雨天、大霧天等惡劣條件下警示牌就可以提醒人們注意高壓線路，避免不必要事故的發(fā)生。

現(xiàn)有的高壓輸電線路警示牌通常為普通的警示牌，在夜間或者惡劣氣候條件下受環(huán)境限制，人的視野受到影響，警示牌的警示作用不能有效發(fā)揮，增大線路安全風(fēng)險(xiǎn)，給人們的生命安全帶來了隱患。當(dāng)前普通高壓輸電線路警示牌主要存在以下幾個(gè)問題：①警示牌不具備夜視功能，當(dāng)夜晚或者天氣不好時(shí)，光線過暗，導(dǎo)致行人無法看到警示牌，不能實(shí)現(xiàn)全天候警示作用；②現(xiàn)有高壓輸電線路警示牌沒有語(yǔ)音提示功能，即使光線較好，有時(shí)行人也會(huì)忽略警示牌，進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。

綜合上述，當(dāng)前的高壓輸電線路警示牌存在諸多不足，所以急需一種全新的警示牌來適應(yīng)當(dāng)前的實(shí)際需求。新的警示牌應(yīng)具有以下功能：①具有夜視功能，可以全天候進(jìn)行警示和宣傳；②有語(yǔ)音警示功能，可以及時(shí)提醒人們注意高壓輸電線路。

系統(tǒng)組成:

本創(chuàng)新主要目的為：一是當(dāng)行人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域后，輸電線路標(biāo)志牌自動(dòng)發(fā)出警示語(yǔ)，提醒行人注意安全，禁止入內(nèi)；二是當(dāng)外界光線強(qiáng)度較低時(shí)，輸電線路標(biāo)志牌LED 等亮，警示行人。

結(jié)合創(chuàng)新目的，本創(chuàng)新系統(tǒng)主要包括兩大系統(tǒng)，即語(yǔ)音警示系統(tǒng)和自發(fā)光系統(tǒng)。其中，語(yǔ)音警示系統(tǒng)由紅外感應(yīng)器、音頻放大線路模塊和喇叭構(gòu)成；自發(fā)光系統(tǒng)由光線感應(yīng)器和LED 顯示燈構(gòu)成。

技術(shù)方案:

圖1 輸電線路標(biāo)識(shí)牌自發(fā)光及警示裝置原理圖

語(yǔ)音警示系統(tǒng)：

語(yǔ)音警示系統(tǒng)的核心是紅外線檢測(cè)模塊，通過紅外線感應(yīng)器（紅外信號(hào)發(fā)射二極管與紅外信號(hào)接收二極管）對(duì)行人狀態(tài)進(jìn)行感應(yīng)，并發(fā)出語(yǔ)音提醒。紅外檢測(cè)模塊與紅外報(bào)警觸發(fā)端相連，紅外報(bào)警觸發(fā)端就是語(yǔ)音芯片的引腳。紅外檢測(cè)模塊收到信號(hào)之后，系統(tǒng)單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，并根據(jù)信號(hào)判斷是否有行人進(jìn)入高壓輸電線禁入?yún)^(qū)域。如果檢測(cè)到有行人進(jìn)入到高壓輸電線禁入?yún)^(qū)域，則會(huì)觸發(fā)紅外線警報(bào)。系統(tǒng)再通過語(yǔ)音芯片和音頻放大功率器發(fā)出警示，提醒行人注意安全，前方為高壓輸電線禁入?yún)^(qū)域。語(yǔ)音系統(tǒng)工作原理圖如1 所示。

LED 驅(qū)動(dòng)：

夜間警示LED 燈則需要穩(wěn)定高效的驅(qū)動(dòng)電源。所以，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用HV9910 芯片作為夜間警示LED 燈的恒源驅(qū)動(dòng)電路。HV9910 芯片采用高壓隔離連接方式，其輸出電壓范圍較廣，可以在8V-450V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，輸出電流范圍在幾毫安到1 安之間，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)夜間LED 燈。另外，HV9910芯片可以通過PWM進(jìn)行低頻調(diào)光，外部頻率范圍可以從達(dá)到幾千赫茲，占空調(diào)節(jié)范圍為0-100%，符合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，本設(shè)計(jì)中，外部PWM波通過引腳與PWMD 連接，輸出電壓最低位2.4V。本系統(tǒng)可以通過PWM波對(duì)夜間LED 燈的亮度進(jìn)行調(diào)解，滿足不同環(huán)境對(duì)光的需求。

光線傳感器系統(tǒng)：

光線傳感系統(tǒng)主要包括投光器與受光器兩個(gè)組件。具體工作原理如下：投光器通過透鏡對(duì)光線進(jìn)行聚焦，光線被傳輸?shù)绞芄馄魍哥R后，被接收感應(yīng)器接收。光線傳感器再把接收到的光線信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的感應(yīng)器有很多，本文所設(shè)計(jì)的光線傳感器系統(tǒng)主要特點(diǎn)在于可以根據(jù)接收到的光電信號(hào)對(duì)外界環(huán)境中的光線強(qiáng)度進(jìn)行判斷，并根據(jù)外界光線強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)夜間LED 燈照明亮度，實(shí)現(xiàn)夜間LED 燈照明亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，隨時(shí)為行人提供最佳光線亮度。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)外界光線變化的感應(yīng)還需要借助光敏電阻這類光敏電子元件。光敏電阻以半導(dǎo)體的光電效應(yīng)原理為基礎(chǔ)，是一種可以根據(jù)外界射入光線的強(qiáng)度進(jìn)行電阻調(diào)節(jié)的一種電子元件。如果外界的射光強(qiáng)度很弱，那么光敏電阻的阻礙就會(huì)變大；相反的，當(dāng)照射光的強(qiáng)度很強(qiáng)時(shí)，電阻組織變小。同時(shí)，光敏電阻對(duì)可見光的敏感程度與我們?nèi)搜垲愃疲裕鞠到y(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用了光敏電阻。光線感應(yīng)器就是以光敏電阻器為核心，通過對(duì)外界光線強(qiáng)度進(jìn)行感應(yīng)來調(diào)節(jié)輸出電信號(hào)的強(qiáng)弱，在通過放大電路進(jìn)行處理之后，將輸出信號(hào)傳送到開關(guān)和控制設(shè)備端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED 燈照明亮度的控制。在本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，光感應(yīng)器開關(guān)根據(jù)外界環(huán)境光線強(qiáng)度進(jìn)行控制，當(dāng)外界光線強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，光感應(yīng)器開關(guān)關(guān)閉。

照明驅(qū)動(dòng):

照明驅(qū)動(dòng)也是系統(tǒng)的重要組成，主要負(fù)責(zé)照明系統(tǒng)的控制。光感應(yīng)器中帶有單片機(jī)AT89C51，該單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光感應(yīng)器工作狀態(tài)的控制。單片機(jī)AT89C51 內(nèi)部含有電源電路、晶體振蕩電路、復(fù)位器等。在本系統(tǒng)中，光線感應(yīng)裝置主要包括光敏電阻器、單片機(jī)AT89C51、高頻放大電路和電壓隔離等幾大部分。高頻放大電路主要對(duì)單片機(jī)輸出的小功率信號(hào)進(jìn)行放大處理；電壓隔離主要是為了避免外界信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾。光敏電阻對(duì)外界光線強(qiáng)度進(jìn)行感應(yīng)，當(dāng)外界光線強(qiáng)度減弱時(shí)，光敏電阻增大，光敏電阻輸出信號(hào)傳送給單片機(jī)AT89C51，單片機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行輸出判斷。不過，單片機(jī)的輸出信號(hào)功率很小，不能直接通過輸出信號(hào)對(duì)LED 照明系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，需要在單片機(jī)后面設(shè)置高頻放大電路。通過高頻放大電路對(duì)單片機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，并對(duì)夜間LED 燈系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過光感應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng)電的控制。同時(shí)，還需要通過電壓隔離避免外界強(qiáng)電信號(hào)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部弱電信號(hào)的干擾，達(dá)到保護(hù)單片機(jī)的魔都。通過本系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)通過外界光線強(qiáng)度對(duì)夜間LED 燈照明亮度的調(diào)節(jié)。當(dāng)外界光線強(qiáng)度達(dá)到一定亮度時(shí)，光敏電阻的阻值將會(huì)降低到設(shè)定值，單片機(jī)在接收到信號(hào)之后給后面的LED 照明系統(tǒng)斷電信號(hào)，進(jìn)而關(guān)閉LED 燈系統(tǒng)電源開關(guān)，系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)外界光線強(qiáng)度變?nèi)鯐r(shí)，光敏電阻阻值變強(qiáng)，并將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)接收到信號(hào)之后出發(fā)電源開關(guān)，進(jìn)而給后面的LED 照明系統(tǒng)通電，并根據(jù)外界光線強(qiáng)度進(jìn)行照明亮度調(diào)節(jié)。

創(chuàng)新點(diǎn)：

傳統(tǒng)的標(biāo)識(shí)牌是不會(huì)“說話”、不懂得表現(xiàn)“自己”的，這就使得在大多數(shù)情況下，標(biāo)識(shí)牌容易被人們所忽略，難以體現(xiàn)自身價(jià)值，而本裝置的作用是賦予標(biāo)識(shí)牌一張“嘴”以及為其打上一束“燈”，讓標(biāo)識(shí)牌得到人們更多的注意力，大幅度增強(qiáng)警示牌的警示效果。

技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：

a.設(shè)置好紅外探測(cè)器的探測(cè)區(qū)域，調(diào)節(jié)好警示器音量；b.根據(jù)季節(jié)情況，為光敏控制模塊設(shè)定合適的預(yù)設(shè)值，當(dāng)光線強(qiáng)度低于該預(yù)設(shè)值時(shí)，LED 燈亮起。c.根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)地的需求，LED 燈選擇適合的顏色。d.根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)地的需求，警示器選擇合適的警示語(yǔ)。

結(jié)論：

a. 輸電線路標(biāo)識(shí)牌自發(fā)光及警示裝置集聲光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)于一體，在警示方面能起到明確性，在警示效果方面也具有精準(zhǔn)性，能起到有效的警示作用。b.為提高警示效果和作用，輸電線路標(biāo)識(shí)牌自發(fā)光及警示裝置在聲光方面應(yīng)加大功率，既要加大燈光警示的醒目程度，也要加大聲音警示的刺激程度，以起到有效的警示。c.為預(yù)防行人進(jìn)入輸電線路區(qū)域，輸電線路標(biāo)識(shí)牌自發(fā)光及警示裝置須在其表面設(shè)置一定的反光材料，從而及時(shí)避免進(jìn)入輸電線路區(qū)域。