应用于输电线路标识牌的自发光及警示装置

陈华超

（广东惠州供电局 广东 惠州516001）

内容：

研发应用于输电线路标识牌的自发光及警示装置，该装置主要由声音警示模块和自发光模块组成，声音警示模块在有生物进入到探测区域时（20*20 米），红外传感器发出指令使报警器动作发出警示语，起到声预警的作用。自发光模块在外界光线的强度低于内部光敏元件的预设值时，自发光模块动作，LED灯亮起，实现自行发光的目的。因此，通过该装置的声光双警示效果。

背景：

受城镇化建设和道路交通建设的影响，人们的活动范围越来越广，和输电线路之间的接触也逐渐增多。这不但给线路安全带来了隐患也给人们的生命安全带来了不利的影响。特别是在夜间，光线较暗，人们的视线受限，所以在不能预知风险的条件下就会发生触电或者线路跳闸事故。所以，在高压输电线路沿线的公路、旷野等事故多发地设立安全警示牌就显得特别重要。在夜间、大雨天、大雾天等恶劣条件下警示牌就可以提醒人们注意高压线路，避免不必要事故的发生。

现有的高压输电线路警示牌通常为普通的警示牌，在夜间或者恶劣气候条件下受环境限制，人的视野受到影响，警示牌的警示作用不能有效发挥，增大线路安全风险，给人们的生命安全带来了隐患。当前普通高压输电线路警示牌主要存在以下几个问题：①警示牌不具备夜视功能，当夜晚或者天气不好时，光线过暗，导致行人无法看到警示牌，不能实现全天候警示作用；②现有高压输电线路警示牌没有语音提示功能，即使光线较好，有时行人也会忽略警示牌，进入危险区域。

综合上述，当前的高压输电线路警示牌存在诸多不足，所以急需一种全新的警示牌来适应当前的实际需求。新的警示牌应具有以下功能：①具有夜视功能，可以全天候进行警示和宣传；②有语音警示功能，可以及时提醒人们注意高压输电线路。

系统组成:

本创新主要目的为：一是当行人进入探测区域后，输电线路标志牌自动发出警示语，提醒行人注意安全，禁止入内；二是当外界光线强度较低时，输电线路标志牌LED 等亮，警示行人。

结合创新目的，本创新系统主要包括两大系统，即语音警示系统和自发光系统。其中，语音警示系统由红外感应器、音频放大线路模块和喇叭构成；自发光系统由光线感应器和LED 显示灯构成。

技术方案:

图1 输电线路标识牌自发光及警示装置原理图

语音警示系统：

语音警示系统的核心是红外线检测模块，通过红外线感应器（红外信号发射二极管与红外信号接收二极管）对行人状态进行感应，并发出语音提醒。红外检测模块与红外报警触发端相连，红外报警触发端就是语音芯片的引脚。红外检测模块收到信号之后，系统单片机对信号进行分析，并根据信号判断是否有行人进入高压输电线禁入区域。如果检测到有行人进入到高压输电线禁入区域，则会触发红外线警报。系统再通过语音芯片和音频放大功率器发出警示，提醒行人注意安全，前方为高压输电线禁入区域。语音系统工作原理图如1 所示。

LED 驱动：

夜间警示LED 灯则需要稳定高效的驱动电源。所以，在本系统设计中，我们采用HV9910 芯片作为夜间警示LED 灯的恒源驱动电路。HV9910 芯片采用高压隔离连接方式，其输出电压范围较广，可以在8V-450V 范围内调节，输出电流范围在几毫安到1 安之间，可以同时驱动多个夜间LED 灯。另外，HV9910芯片可以通过PWM进行低频调光，外部频率范围可以从达到几千赫兹，占空调节范围为0-100%，符合本系统设计要求。同时，本设计中，外部PWM波通过引脚与PWMD 连接，输出电压最低位2.4V。本系统可以通过PWM波对夜间LED 灯的亮度进行调解，满足不同环境对光的需求。

光线传感器系统：

光线传感系统主要包括投光器与受光器两个组件。具体工作原理如下：投光器通过透镜对光线进行聚焦，光线被传输到受光器透镜后，被接收感应器接收。光线传感器再把接收到的光线信号转变为电信号。将光线信号转换为电信号的感应器有很多，本文所设计的光线传感器系统主要特点在于可以根据接收到的光电信号对外界环境中的光线强度进行判断，并根据外界光线强度自动调节夜间LED 灯照明亮度，实现夜间LED 灯照明亮度的自动调节，随时为行人提供最佳光线亮度。要实现系统对外界光线变化的感应还需要借助光敏电阻这类光敏电子元件。光敏电阻以半导体的光电效应原理为基础，是一种可以根据外界射入光线的强度进行电阻调节的一种电子元件。如果外界的射光强度很弱，那么光敏电阻的阻碍就会变大；相反的，当照射光的强度很强时，电阻组织变小。同时，光敏电阻对可见光的敏感程度与我们人眼类似，所以，本系统在设计时采用了光敏电阻。光线感应器就是以光敏电阻器为核心，通过对外界光线强度进行感应来调节输出电信号的强弱，在通过放大电路进行处理之后，将输出信号传送到开关和控制设备端，进而实现对LED 灯照明亮度的控制。在本文所设计系统中，光感应器开关根据外界环境光线强度进行控制，当外界光线强度达到一定值时，光感应器开关关闭。

照明驱动:

照明驱动也是系统的重要组成，主要负责照明系统的控制。光感应器中带有单片机AT89C51，该单片机可以实现对光感应器工作状态的控制。单片机AT89C51 内部含有电源电路、晶体振荡电路、复位器等。在本系统中，光线感应装置主要包括光敏电阻器、单片机AT89C51、高频放大电路和电压隔离等几大部分。高频放大电路主要对单片机输出的小功率信号进行放大处理；电压隔离主要是为了避免外界信号对系统的干扰。光敏电阻对外界光线强度进行感应，当外界光线强度减弱时，光敏电阻增大，光敏电阻输出信号传送给单片机AT89C51，单片机根据接收到的信号进行输出判断。不过，单片机的输出信号功率很小，不能直接通过输出信号对LED 照明系统进行控制。因此，需要在单片机后面设置高频放大电路。通过高频放大电路对单片机输出信号进行放大，并对夜间LED 灯系统进行控制。通过光感应器可以实现弱电对强电的控制。同时，还需要通过电压隔离避免外界强电信号对系统内部弱电信号的干扰，达到保护单片机的魔都。通过本系统设计可以实现通过外界光线强度对夜间LED 灯照明亮度的调节。当外界光线强度达到一定亮度时，光敏电阻的阻值将会降低到设定值，单片机在接收到信号之后给后面的LED 照明系统断电信号，进而关闭LED 灯系统电源开关，系统关闭。当外界光线强度变弱时，光敏电阻阻值变强，并将信号传输给单片机，单片机接收到信号之后出发电源开关，进而给后面的LED 照明系统通电，并根据外界光线强度进行照明亮度调节。

创新点：

传统的标识牌是不会“说话”、不懂得表现“自己”的，这就使得在大多数情况下，标识牌容易被人们所忽略，难以体现自身价值，而本装置的作用是赋予标识牌一张“嘴”以及为其打上一束“灯”，让标识牌得到人们更多的注意力，大幅度增强警示牌的警示效果。

技术关键点：

a.设置好红外探测器的探测区域，调节好警示器音量；b.根据季节情况，为光敏控制模块设定合适的预设值，当光线强度低于该预设值时，LED 灯亮起。c.根据应用场地的需求，LED 灯选择适合的颜色。d.根据应用场地的需求，警示器选择合适的警示语。

结论：

a. 输电线路标识牌自发光及警示装置集声光系统和控制系统于一体，在警示方面能起到明确性，在警示效果方面也具有精准性，能起到有效的警示作用。b.为提高警示效果和作用，输电线路标识牌自发光及警示装置在声光方面应加大功率，既要加大灯光警示的醒目程度，也要加大声音警示的刺激程度，以起到有效的警示。c.为预防行人进入输电线路区域，输电线路标识牌自发光及警示装置须在其表面设置一定的反光材料，从而及时避免进入输电线路区域。