户外高压装置智能警示器设计

引言

随着国家农网改造工作的不断推进和深入，我国各地方广大农村电力网络状况和配电设备得到了根本改善，在各乡或各村都会在远离住宅生活区的户外设置一组配电变压设备，该变压设备承担着周边区域工、农业生产以及人们的日常生活正常供电任务。这些变压配电设备都属于高压危险装置，非专业操作人员近距离的靠近或接触就可能构成严重安全事故。目前，我国广大农村在这些户外的高压配电设备场所通常采用粉刷或悬挂警示标语的形式来提醒该高压区域的危险性，而这些方法对农村不同的群体所起到的警示作用具有很大的局限性，关于人、畜的各种触电事故也屡屡发生。

笔者制作了一种稳定、可靠、实用的智能警示器，可以非常方便地安装在这些高压危险场所，对进入高压危险区的人、畜达到可靠及时的警示作用，从而有效保护人们的生命财产安全。

系统硬件电路

所设计的智能警示器主要由AT890S52单片机控制的电路，包括汉字警示LED显示电路、热释红外探测语音报警电路及外围电路组成，系统电路结构框图如图1所示。其中，汉字警示LED显示电路中采用 16块单色高亮度8×8 LED阵列构成的显示屏可一次显示4个汉字，动态变换、循环显示警示标语;热释红外探测语音报警电路利用热释红外探测传感器不间断探测周围区域，当在其红外探测有效范围内出现人员移动时，探测器就会把捕捉到的信号送单片机，再由单片机控制响应进行语音报警和提示。



汉字警示LED显示电路

显示一个汉字的LED阵列单元电路连线如图2所示，它由芯片IC1～IC3，NPN型三极管Q1～Q16，限流电阻R1～R32及4块单色高亮度8×8共阳极LED模块组成。该电路采用高态行扫描方式，即任何时间扫描信号通过74LS154输出中只有一个高电平信号，其它均为低电平信号。一行扫描完成后，再把高电平信号转到邻近的其它行。扫描信号连接到一个NPN晶体管的基极，当高电平信号扫描的信号输入后，晶体管的射极电流将可流入LED阵列的行引脚，可使该行的LED具有点亮的条件 [1]。两个74LS373锁存器在控制信号作用下分别对共用的八条数据线P0.0～P0.7送来的字模数据进行锁存处理，提供给LED阵列的列引脚，从而在4块8×8 LED阵列构成的显示屏上构成相应的汉字。



本智能警示器中共包含四个该单元电路，可一次同时显示四个汉字。

热释红外探测电路

热释红外探测电路中的核心器件为热释红外GH-7181模块，该器件探测距离为7米左右(通过在其表面增加不同厚度的隔离膜，可方便调整需要的探测距离)，探测区域呈扇形，角度在110度左右，高压设备周围安装四路红外探测头装置，能保证大范围无盲点对进入探测范围的人或动物进行可靠探测 [2-3]。

热释红外探测接线电路由4个红外探头模块、晶体管Q17、电容C1及电阻R33～R35等组成(见图3)。



当有人或动物在红外探测范围内移动时，就会在A点产生一组脉冲信号，该脉冲信号通过P1.6引脚送至单片机进行判断响应。

语音报警电路

语音报警电路由芯片IC4、IC5，电容C2～C7，电位器W1和扬声器组成，接线见图4。图中IC4为ISD4000语音芯片，该芯片内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列[4]。当单片机P1.6引脚收到红外触发的脉冲信号后，置P1.0上升沿信号给ISD4000芯片的1引脚，使其处于片选工作状态，从而通过13引脚 (AUOUT)把内部预置的音频信号送到LM386输入端，经功率放大驱动扬声器播放。若ISD4000芯片内预置的语音分多段存储时，则需要芯片的2引脚(MOSI)、3引脚(MISO)分别与单片机的两个闲置的I/O口相连，通过单片机控制命令选择某段的语音信号进行输出。



电路电源

电路电源选用JYUS-10W型AC/DC微型开关电源，该电源在电压振幅(85V～265V)及频率(45HZ～65HZ)之间的动态电压信号范围输入状态下，能稳定输出5V/2A的直流信号。

系统软件程序

系统程序主要包括主程序、汉字警示LED显示子程序、红外探测子程序、语音报警中断子程序等，程序流程图如图5所示。



系统初始化主要包括：引脚配置初始化、系统参数初始化和定时器设置等。汉字警示显示子程序调用警示语代码程序完成汉字的显示。该部分显示程序可根据不同用户的需求，可修改为各种显示模式状况。红外探测子程序主要扫描判断单片机P1.6引脚有无脉冲出现。若无脉冲出现则返回;若有脉冲出现，则通控制过指令调用语音报警中断子程序，通过扬声器把预置在ISD4000语音芯片中的音频信号播放出来完成语音警示功能。

结语

本系统采用高亮度单色LED阵列汉字显示警示，无论白天和晚上都清楚醒目，同时配以红外探测和语音报警，系统合理地把视觉和听觉两方面的警示作用结合来，更具人性化。本装置在户外使用需要适当加上一些防雨、防雷设施。现该装置已通过实验阶段在北方部分乡村开始使用。本系统经过改进加上温湿度检测及上位机数据记录系统后，还可用于粮仓、图书档案室等各种环境监测和安防场所[5]，受具体环境因素影响较小，安装方便，应用范围较广。

参考文献：

　　[1] 张义和, 陈敌北. 例说8051[M]. 人民邮电出版社, 2006

　　[2]李广华. 红外线与微波探头报警系统的实际应用[J]. 中国保安, 2005(21)

　　[3] 陈有卿. 红外感应高压有电报警器[J]. 电子制作, 2001(9):12-13

　　[4] 范寒柏, 陈旭升, 李雪梅. 基于ISD4000系列芯片智能录放系统设计[J]. 电子技术应用, 2007(11):44-46

　　[5] 李旭东. 数字化安防系统的应用研究与设计[J]. 安防科技, 2008(3):35-36

作者：马永强 吴开兴 韩万祥 霍振宇 陈湘国 河北工程大学信息与电气工程学院 来源：电子产品世界 2010-2