高壓防外破語音報警器的設計制作

鄭州祥和集團有限公司 趙 陽 宋岸峰 張海鵬 李志剛 靳曉明

高壓輸電線路大部分采用的是輸電桿塔將高壓輸送電導線懸掛在空中，使導線和地面保持一定的安全距離，這是為了避免高壓線路周邊的活動或地面障礙物接觸導線，產生短路跳閘的現象，然而隨著市現代化建設的逐步加快，高壓線路周邊的施工行為愈發頻繁。運載貨物的運料車，大型施工機械等施工車輛的穿行都極易誘發刮碰導線的行為，對輸電線路安全運行構成了一定的威脅，為此研發了一款可通過懸掛在高壓輸電線路上，對線下的車輛發出警示性的光亮，語音提醒下方過往的車輛。避免安全事故的發生。

1 硬件部分

1.1 微波傳感器模塊

我們采用微波傳感器模塊GH-719作為系統的信號采集端，當現場發現有移動的物體是模塊會輸出脈沖信號，提供給MCU，讓MCU依據此號進行判定。該微波感應位移模塊是利用多普勒雷達(Doppler Radar)原理設計的微波移動物體探測器，微波頻率10.525GHz，直接加直流5-20V電源即可工作。電路板上有16級靈敏度調整，感應距離在0.3-10m內可調。后面圖4中P1插座代表此模塊。

1.2 語音錄放模塊

我們采用DY-SV17F。該模塊直接驅動4Ω，3～5W喇叭；支持MP3,WAV解碼格式，板載32Mbit（4MByte）flash存儲音頻文件，可通過USB數據線連接電腦更新音頻文件。

產品特性：

支持MP3、WAV解碼格式。

支持采樣率(KHz)：8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48。

24位DAC輸出，動態范圍支持90dB，信噪比支持85dB。

板載32Mbit（4MByte）flash存儲，可通過USB數據線連接電腦更新音頻文件。

自帶5W D類功放，可直接驅動4Ω，3～5W喇叭。

UART串口控制語音播報功能，可控制播放，暫停，選曲，音量加減等功能，最大選曲65535首曲目，波特率9600bps。

支持IO觸發播放功能，8個IO口單獨觸發8首曲目或8個IO口組合觸發255首曲目。

支持One_line單總線串口控制，可控制播放，暫停，選曲，音量加減等功能。

支持3個配置IO進行多達7種工作模式選擇。

我們根據項目的需求設計了此模塊的原理圖，如圖1所示。其中Jspk2是喇叭接口，此處可以用于監聽，功放部分由其他芯片擔任。DACR，DACL作為音頻輸出端口，采用差分輸出。VCC_CTRL作為供電端，但有電時模塊上電發出聲音，不需要發出告警聲的時候將此電平拉低，這種操作方式只是該模塊的多種操作方式之一。其他的方式由于過于麻煩本項目中沒有采用。其他端口不用，空懸即可。

1.3 功放模塊

采用芯片ANT8811，此芯片支持大功率音頻輸出。用圖1中的DACR，DACL信號輸出音頻作為信號進行放大。

圖1 音頻模塊原理圖

圖2中J1,J2為芯片音頻選擇開關，可以根據自己的需求進行選擇。JSpk插座接喇叭作為聲音的最后輸出，選擇10W喇叭用以提高聲音的功率，讓侵入者能夠聽到。

1.4 MCU單元

MCU部分采用ST公司的STM8S103F3P6，我們購買的是成品模塊。這款CPU是ST公司的八位機，由于我們的邏輯也不是特別復雜，不需要采用的功能特別強大的MCU。STM8S103F3P6內部硬件資源如下：

程序存儲器：8K字節Flash。

數據存儲器：640字節真正的數據EEPROM。

RAM：1K字節。

工作電壓：2.95～5.5V。

4個主時鐘源：晶體、外部輸入、內部16MHz RC、內部128KHz RC。

定時器：

高級控制定時器：16位，4個捕獲/比較通道，3個互補輸出

16位通用定時器，帶有3個捕獲/比較通道

帶有8位預分頻器的8位基本定時器

自動喚醒定時器

非常強健的I/O設計，對倒灌電流有非常強的承受能力

圖2 功放模塊原理圖

采用IAR Embedded Workbench for STMicroelectronics STM8，或者STVD+COSMIC開發環境均可對STM8S103進行開發，我們采用的是IAR，這款軟件較為方便的是編輯，編譯，調試，下載一體化，十分方便。用ST-LINK作為調試下載器，新來的模塊要同STVP軟件進行解鎖才可以對FLASH進行編程。ST-LINK編程接口（USB）如圖3所示，MCU硬件如圖4所示。

圖3 ST-LINK編程接口（USB）

圖4 MCU硬件圖

1.5 電源

采用太陽能板+充電電池作為電源系統。不再累述。

2 軟件部分

使用IAR作為編程軟件，采用C語言編程。

軟件部分比較簡單，連續檢測微波模塊的信號輸出，作為判斷依據，然后啟動語音模塊，放出聲音。

3 實物圖（圖5）

圖5 實物圖

結語：高壓實時警示器的使用，使供電部門的維護方針更加完善，不僅可以降低了蹲守和巡線工作的強度，更加快速的制止了事故的發生，還使輸電線路管理更加科學化、從被動巡線監督到輸電線路的主動警示，有力保障了輸電線路的安全運行，提高了供電的質量。

本設備基于對高壓實時警示思想出發，研發設計了這樣一款設備，使供電部門可以通過微波檢測的方法完成高壓輸變線附近環境的警戒。大大提高了安全性，具備較大的推廣前景。