戶外高壓裝置智能警示器設(shè)計

馬永強 吳開興 韓萬祥等

摘要：介紹了一種經(jīng)濟實用的戶外高壓裝置警示器的硬件電路及程序設(shè)計。該設(shè)備通過LED漢字警示和熱釋紅外模塊探測后語音報警提醒功能相結(jié)合，對進入高壓非安全區(qū)域內(nèi)人員及時進行視覺和聽覺兩方面的提示。系統(tǒng)功耗低、性能可靠、可擴展性強。

關(guān)鍵調(diào)：智能警示器；熱釋紅外模塊；LED

引言

隨著國家農(nóng)網(wǎng)改造工作的不斷推進和深入，我國各地方廣大農(nóng)村電力網(wǎng)絡(luò)狀況和配電設(shè)備得到了根本改善，在各鄉(xiāng)或各村都會在遠離住宅生活區(qū)的戶外設(shè)置一組配電變壓設(shè)備，該變壓設(shè)備承擔(dān)著周邊區(qū)域工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活正常供電任務(wù)。這些變壓配電設(shè)備都屬于高壓危險裝置，非專業(yè)操作人員近距離的靠近或接觸就可能構(gòu)成嚴重安全事故。目前，我國廣大農(nóng)村在這些戶外的高壓配電設(shè)備場所通常采用粉刷或懸掛警示標語的形式來提醒該高壓區(qū)域的危險性，而這些方法對農(nóng)村不同的群體所起到的警示作用具有很大的局限性，關(guān)于入、畜的各種觸電事故也屢屢發(fā)生。

筆者制作了一種穩(wěn)定、可靠、實用的智能警示器，可以非常方便地安裝在這些高壓危險場所，對進入高壓危險區(qū)的人、畜達到可靠及時的警示作用，從而有效保護人們的生命財產(chǎn)安全。

系統(tǒng)硬件電路

所設(shè)計的智能警示器主要由AT890S52單片機控制的電路，包括漢字警示LED顯示電路、熱釋紅外探測語音報警電路及外圍電路組成，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中，漢字警示LED顯示電路中采用16塊單色高亮度8×8 LED陣列構(gòu)成的顯示屏可一次顯示4個漢字，動態(tài)變換、循環(huán)顯示警示標語：熱釋紅外探測語音報警電路利用熱釋紅外探測傳感器不間斷探測周圍區(qū)域，當(dāng)在其紅外探測有效范圍內(nèi)出現(xiàn)人員移動時，探測器就會把捕捉到的信號送單片機，再由單片機控制響應(yīng)進行語音報警和提示。

漢字警示LED顯示電路

顯示一個漢字的LED陣列單元電路連線如圖2所示，它由芯片IC1～IC3，NPN型三極管Q1～Q16，限流電阻R1～R32及4塊單色高亮度8×8共陽極LED模塊組成。該電路采用高態(tài)行掃描方式，即任何時間掃描信號通過74LS154輸出中只有一個高電平信號，其它均為低電平信號。一行掃描完成后，再把高電平信號轉(zhuǎn)到鄰近的其它行。掃描信號連接到一個NPN晶體管的基極，當(dāng)高電平信號掃描的信號輸入后，晶體管的射極電流將可流入LED陣列的行引腳，可使該行的LED具有點亮的條件。兩個74LS373鎖存器在控制信號作用下分別對共用的八條數(shù)據(jù)線P0.0～P0.7送來的字模數(shù)據(jù)進行鎖存處理，提供給LED陣列的列引腳，從而在4塊8×8LED陣列構(gòu)成的顯示屏上構(gòu)成相應(yīng)的漢字。

本智能警示器中共包含四個該單元電略，可一次同時顯示四個漢字。

熱釋紅外探測電路

熱釋紅外探測電路中的核心器件為熱釋紅外GH-7181模塊，該器件探測距離為7米左右(通過在其表面增加不同厚度的隔離膜，可方便調(diào)整需要的探測距離)，探測區(qū)域呈扇形，角度在110度左右，高壓設(shè)備周圍安裝四路紅外探測頭裝置，能保證大范圍無盲點對進入探測范圍的人或動物進行可靠探測。

熱釋紅外探測接線電路由4個紅外探頭模塊、晶體管Q17、電容c1及電阻R33～R35等組成(見圖3)。

當(dāng)有人或動物在紅外探測范圍內(nèi)移動時，就會在A點產(chǎn)生一組脈沖信號，該脈沖信號通過P1.6引腳送至單片機進行判斷響應(yīng)。

語音報警電路

語音報警電路由芯片IC4、IC5，電容C2～C7，電位器wl和揚聲器組成，接線見圖4。圖中Ic4為IsD4000語音芯片，該芯片內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陣列。當(dāng)單片機P1.6引腳收到紅外觸發(fā)的脈沖信號后，置P1.0上升沿信號給ISD4000芯片的1引腳，使其處于片選工作狀態(tài)，從而通過13引腳(AUOUT)把內(nèi)部預(yù)置的音頻信號送到LM386輸入端，經(jīng)功率放大驅(qū)動揚聲器播放。若ISD4000芯片內(nèi)預(yù)置的語音分多段存儲時，則需要芯片的2引腳(MOsI)、3引腳(MISO)分別與單片機的兩個閑置的I／O口相連，通過單片機控制命令選擇某段的語音信號進行輸出。

電路電源

電路電源選用JYUS－10W型AC／Dc微型開關(guān)電源，該電源在電壓振幅(85V～265V)及頻率(45HZ～65HZ)之間的動態(tài)電壓信號范圍輸入狀態(tài)下，能穩(wěn)定輸出5V／ZA的直流信號。

系統(tǒng)軟件程序

系統(tǒng)程序主要包括主程序、漢字警示LED顯示子程序、紅外探測子程序、語音報警中斷子程序等，程序流程圖如圖5所示。

系統(tǒng)初始化主要包括：引腳配置初始化、系統(tǒng)參數(shù)初始化和定時器設(shè)置等。漢字警示顯示子程序調(diào)用警示語代碼程序完成漢字的顯示。該部分顯示程序可根據(jù)不同用戶的需求，可修改為各種顯示模式狀況。紅外探測子程序主要掃描判斷單片機P1.6引腳有無脈沖出現(xiàn)。若無脈沖出現(xiàn)則返回；若有脈沖出現(xiàn)，則通控制過指令調(diào)用語音報警中斷子程序，通過揚聲器把預(yù)置在ISD4000語音芯片中的音頻信號播放出來完成語音警示功能。

結(jié)語

本系統(tǒng)采用高亮度單色LED陣列漢字顯示警示，無論白天和晚上都清楚醒目，同時配以紅外探測和語音報警，系統(tǒng)合理地把視覺和聽覺兩方面的警示作用結(jié)合來，更具人性化。本裝置在戶外使用需要適當(dāng)加上一些防雨、防雷設(shè)施?，F(xiàn)該裝置已通過實驗階段在北方部分鄉(xiāng)村開始使用。本系統(tǒng)經(jīng)過改進加上溫濕度檢測及上位機數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)后，還可用于糧倉、圖書檔案室等各種環(huán)境監(jiān)測和安防場所受具體環(huán)境因素影響較小，安裝方便，應(yīng)用范圍較廣。