高壓電柜自動(dòng)安全報(bào)警器裝置

眾所周知，高壓電柜的電壓是很高的，稍不小心就會(huì)威脅到人身的安全。盡管在高壓電柜附近都有相應(yīng)的禁止接近的標(biāo)準(zhǔn)，但常常卻被人們忽視了，很多時(shí)候就會(huì)引起安全事故的發(fā)生。針對(duì)這種情況，可以通過(guò)在高壓電柜中設(shè)計(jì)安全報(bào)警裝置，如果人們進(jìn)入到危險(xiǎn)區(qū)域，該裝置就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。在目前，較為常用的報(bào)警方法是通過(guò)微波、激光以及紅外線等測(cè)距實(shí)現(xiàn)報(bào)警，但是采用這些方法所需要的儀器的系統(tǒng)極為復(fù)雜，而且成本也較高，所以想要得到發(fā)展和推廣是很難的。文中所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距報(bào)警器具有以上報(bào)警器所不具有的優(yōu)點(diǎn)。

1自動(dòng)安全報(bào)警裝置的工作原理

它的工作原理是通過(guò)超聲波發(fā)射器向高壓電柜的四個(gè)不同的方向發(fā)射超聲波，發(fā)射和計(jì)數(shù)同時(shí)開始，超聲波在空氣中傳播的過(guò)程中如果遇到接近高壓電柜的人或是是動(dòng)物就會(huì)立即返回，這時(shí)超聲波超聲波的接收器在受到反射之后就及時(shí)停止計(jì)數(shù)。超聲波咋空氣中的傳播速度時(shí)已知的，結(jié)合計(jì)數(shù)器所記錄的時(shí)間，這樣發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的距離就可以計(jì)算出來(lái)了，如果計(jì)算所得的結(jié)果比規(guī)定的最小的安全距離的極限值還小時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便給障礙物以提醒，使其不再接近。

2自動(dòng)安全報(bào)警裝置的硬件電路

該系統(tǒng)是通過(guò)單片機(jī)來(lái)對(duì)超聲波的發(fā)射和接受進(jìn)行控制，并且計(jì)算出超聲波從發(fā)射到接受過(guò)程中所需要的時(shí)間。單片機(jī)選用的是經(jīng)濟(jì)易用且便于編程的8951型，片內(nèi)有16K的ROM。為了能夠更加全面的對(duì)高壓電柜四個(gè)方向周圍的情況進(jìn)行測(cè)量，在裝置中設(shè)置了八個(gè)圍成一圈的傳感器。

該系統(tǒng)中采用的超聲波傳感器是UCM40型壓電陶瓷傳感器，通過(guò)單片機(jī)執(zhí)行程序產(chǎn)生工作電壓為四十千赫茲的脈沖信號(hào)。

將電路的8路輸入端和單片集中的七個(gè)端口接在一起，在單片機(jī)執(zhí)行方波產(chǎn)生程序之后，在端口將輸出四十千赫茲的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管放大之后，驅(qū)動(dòng)超聲波的發(fā)射頭將發(fā)出四十千赫茲的脈沖超聲波。

接收頭采用的是和發(fā)射頭像配對(duì)的UCM40R，接收頭在接受到超聲波之后將調(diào)制脈沖轉(zhuǎn)化為交變電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大之后加到帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊，如果輸入信號(hào)比25mV大時(shí)，輸出8角將從高電平迅速變?yōu)榈碗娖?，成為中斷?qǐng)求的信號(hào)，送往單片機(jī)由單片機(jī)進(jìn)行處理。其中，一路電路的輸出端和單片機(jī)INT0中斷口接在一起，而且具有最高的中斷優(yōu)先級(jí)，另外的7路的輸出通過(guò)和門IC7A的輸出和單片機(jī)INT1接在一起，由程序查詢來(lái)處理中斷源的識(shí)別。

同時(shí)啟動(dòng)發(fā)射電路和單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，通過(guò)定時(shí)器來(lái)對(duì)超聲波發(fā)射的時(shí)間和接收到反射波的時(shí)間進(jìn)行記錄。在收到超聲波的發(fā)射波之后，接收電路的輸出端將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，這時(shí)在IN0或者是IN1端口將產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)將會(huì)相應(yīng)外部的中斷請(qǐng)求，隨后執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，同時(shí)將讀取對(duì)應(yīng)的時(shí)間差并將距離計(jì)算出來(lái)，如果距離比規(guī)定的最小的安全距離還小或者是和最小安全距離相等時(shí)，報(bào)警器就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。

3超聲波傳感器

此裝置采用的是壓電式的超聲波傳感器，該傳感器是通過(guò)壓電晶體的諧振來(lái)完成工作的。圖1為超聲波發(fā)生器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由一個(gè)共振版和兩個(gè)壓電晶體共同組成的。如果它的兩極和脈沖信號(hào)共同產(chǎn)生的頻率和壓電晶片自身的振蕩頻率相等時(shí)，壓電晶體就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，同時(shí)帶動(dòng)共振板發(fā)生振動(dòng)，這時(shí)將會(huì)有超聲波產(chǎn)生。相反，如果在兩電極之間沒有外加電壓，共振板在接收到超聲波之后，將會(huì)壓迫壓電晶片產(chǎn)生振動(dòng)，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，此時(shí)它就是超聲波接收器。

4系統(tǒng)軟件

該自動(dòng)報(bào)警裝置的系統(tǒng)軟件主要是由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分共同組成的。其中主程序主要是完成初始化工作以及控制各路超聲波發(fā)射和接收順序；定時(shí)中斷服務(wù)子程序主要是完成三方向超聲波的輪流發(fā)射；外部中斷服務(wù)子程序蛀牙是讀取時(shí)間值、計(jì)算距離并且對(duì)報(bào)警進(jìn)行判斷。

5對(duì)幾種發(fā)射信號(hào)的比較

此裝置的發(fā)射信號(hào)處理可以用超聲波信號(hào)之外，還可以用微波、激光以及紅外線等信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，下面將分析這幾種信號(hào)的可行性。

5.1激光信號(hào)

激光測(cè)距的測(cè)量和定向的精度很高，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量，而且對(duì)電磁的干擾也不敏感，但是激光對(duì)人眼有一定的上海，為了保護(hù)人眼，國(guó)家對(duì)機(jī)關(guān)測(cè)距的波長(zhǎng)和功率都有一定的限制，而且激光價(jià)格高，如果在惡劣的環(huán)境下激光測(cè)距的適應(yīng)能力較差，通常它是用于高端的軍事武器上的。

5.2微波信號(hào)

它通常是用于測(cè)量速度的，抗霧能力強(qiáng)而且有較強(qiáng)的環(huán)境使用性，而且成本不高，因此相當(dāng)常用，但它的系統(tǒng)較為復(fù)雜，抗電磁干擾能力較差，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行綜合考慮。

5.3紅外線信號(hào)

它的測(cè)距精度較高，但是測(cè)量的距離較小，通常用在照相技術(shù)中。

6結(jié)束語(yǔ)

超聲波信號(hào)由于受到高壓電場(chǎng)的影響很小，而且測(cè)量的距離也很精確，能實(shí)現(xiàn)即時(shí)報(bào)警。同時(shí)采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)距系統(tǒng)有工作可靠、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及測(cè)量誤差小的優(yōu)點(diǎn)。因此采用超聲波作為安全報(bào)警裝置的發(fā)射信號(hào)，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

圖1超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)