高壓防外破語音報警器的設(shè)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(dǎo)線懸掛在空中，使導(dǎo)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(dǎo)線，產(chǎn)生短路跳閘的現(xiàn)象，然而隨著市現(xiàn)代化建設(shè)的逐步加快，高壓線路周邊的施工行為愈發(fā)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(fā)刮碰導(dǎo)線的行為，對輸電線路安全運行構(gòu)成了一定的威脅，為此研發(fā)了一款可通過懸掛在高壓輸電線路上，對線下的車輛發(fā)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(fā)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(tǒng)的信號采集端，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有移動的物體是模塊會輸出脈沖信號，提供給MCU，讓MCU依據(jù)此號進行判定。該微波感應(yīng)位移模塊是利用多普勒雷達(dá)(Doppler Radar)原理設(shè)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(diào)整，感應(yīng)距離在0.3-10m內(nèi)可調(diào)。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(qū)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(shù)據(jù)線連接電腦更新音頻文件。

產(chǎn)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(tài)范圍支持90dB，信噪比支持85dB。

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

自帶5W D類功放，可直接驅(qū)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(fā)播放功能，8個IO口單獨觸發(fā)8首曲目或8個IO口組合觸發(fā)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(dá)7種工作模式選擇。

我們根據(jù)項目的需求設(shè)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(jiān)聽，功放部分由其他芯片擔(dān)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(fā)出聲音，不需要發(fā)出告警聲的時候?qū)⒋穗娖嚼停@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(guān)，可以根據(jù)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(fù)雜，不需要采用的功能特別強大的MCU。STM8S103F3P6內(nèi)部硬件資源如下：

程序存儲器：8K字節(jié)Flash。

數(shù)據(jù)存儲器：640字節(jié)真正的數(shù)據(jù)EEPROM。

RAM：1K字節(jié)。

工作電壓：2.95～5.5V。

4個主時鐘源：晶體、外部輸入、內(nèi)部16MHz RC、內(nèi)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(yù)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(shè)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(fā)環(huán)境均可對STM8S103進行開發(fā)，我們采用的是IAR，這款軟件較為方便的是編輯，編譯，調(diào)試，下載一體化，十分方便。用ST-LINK作為調(diào)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(tǒng)。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(xù)檢測微波模塊的信號輸出，作為判斷依據(jù)，然后啟動語音模塊，放出聲音。

3 實物圖（圖5）

圖5 實物圖

結(jié)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(fā)生，還使輸電線路管理更加科學(xué)化、從被動巡線監(jiān)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(zhì)量。

本設(shè)備基于對高壓實時警示思想出發(fā)，研發(fā)設(shè)計了這樣一款設(shè)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(huán)境的警戒。大大提高了安全性，具備較大的推廣前景。