一种节能警示灯的设计与实现

王冠华，蔡荣忠

（红云红河烟草（集团）有限责任公司会泽卷烟厂，云南曲靖 654200）

0 引言

安全警示灯起着安全提醒的作用，主要用于危险作业场所。会泽卷烟厂的安全警示灯主要安装在物流高架库、平库的出入库装卸平台，其作用是货物装卸作业时提醒过往车辆和行人注意安全。现有安全警示灯易损坏，维修困难，使用寿命较短，而且安全警示灯能耗高，不符合企业节能减排的相关规定。

1 现状分析

物流信息科成品高架库、辅料高架库、老综合车间以及原料库的装卸平台均安装了安全警示灯，在装卸货物时开启，起到安全警示的作用。2020 年3—4 月，对各个装卸平台的安全警示灯使用寿命做了调查统计，发现其使用寿命低，平均使用寿命才25.7 d，安全警示灯使用寿命调查统计见表1。

表1 安全警示灯使用寿命调查统计

在安全警示灯使用8 h 之后，对其温度进行测量，发现其内部温度高达70 ℃。分析发现导致安全警示灯在使用过程中问题频出，主要体现在以下3 个方面：①传动机构的齿轮采用塑料材质，由于电子元器件处于封闭状态，而随着使用时间的增加，元件发热，温度剧增，易造成齿轮变形，故障频次高；②灯泡采用普通白炽灯，不仅总体耗电量高，而且性能不稳定，寿命较短；③安全警示灯使用寿命短，频繁更换安全警示灯不仅增加成本费用，也增加了人工劳动成本，将对过往车辆和行人安全造成潜在风险。

2 安全警示灯工作原理

安全警示灯电路如图1 所示，其原理如下：将市网AC 220 V由变压器降压为AC 24 V，经桥式全波整流电路转换为DC 24 V，由于整流后的电流呈波浪状，根据电容器C 的充放电特性进行滤波，输出稳定的DC 24 V，为安全警示灯和旋转电机供电；传动机构由一对齿轮组成，主齿轮直接安装于直流电机上，从动齿轮上方安装中空的对称式喇叭立体结构装置，表面是金属反光面。工作时，直流电机通电后驱动齿轮，通过机械传动装置，由从动齿轮带动喇叭立体结构装置旋转。安全警示灯保持常亮状态，其通过旋转装置的中空位置传播光线，并由旋转装置反射面扩散出来，经光线的不断接通和遮挡，形成闪烁的效果，从而起到警示作用。

图1 安全警示灯电路

3 节能警示灯的设计

改造目的是提供一种节能警示灯电路结构，解决现有技术中的不足，解决警示灯能耗高、故障率高、灯罩内部温度过高的问题，使它能够达到节能，延长使用寿命的效果。节能警示灯总体结构如图2 所示。

图2 总体结构

设计提出一种节能警示灯电路结构，节能警示灯主要由电源模块、驱动模块、继电模块、照明灯、报警装置组成。其中，转换模块用于将220 V 交流电转换为低电压直流电，驱动模块用于产生控制继电器的电信号，以使LED 灯能够根据继电器通断。使用过程中，当需要报警的时候，驱动模块向继电器输出电信号，通过控制电信号的间隔频率，能够达到使LED 灯不断闪烁的效果，同时驱动模块驱动报警装置发出声音报警。

3.1 电源模块

电源模块由AC 220 V 电源和变压器构成，变压器输出DC 5～12 V 的电压，为驱动模块提供稳定的电源，AC 220 V 电源为灯泡提供工作电压。

3.2 驱动模块

驱动模块内设有振荡芯片，振荡芯片用于产生脉冲周期间隔为1 s 的5～12 V 直流矩形脉冲信号，设计时选择使用12 V 直流矩形脉冲信号。具体实施时，驱动模块是振荡芯片为核心的集成电路，内部电容循环往复地充放电，触发振荡芯片产生振荡，输出12 V 的直流矩形脉冲信号，脉冲周期间隔为1 s。选用的驱动模块型号为NE555，芯片内部功能如图3 所示，NE555 芯片各个引脚功能见表2。

图3 NE555 芯片内部功能

表2 引脚功能

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，则电压比较器C1 的同相输入端的电压为的反相输入端的电压为若触发输入端TR的电压小于则比较器C2 的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于同时TR 端的电压大于则C1 的输出为0，C2 的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为低电平。

综上所述，555 芯片附近的电容C 循环往复地进行充电和放电，从而触发555 芯片产生振荡，输出矩形脉冲，脉冲周期间隔1 s，也就是末端控制灯泡每秒钟闪烁一次。

3.3 继电模块

继电器是一种靠电磁感应工作的自动化电器开关，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。继电器选用无触点开关的固态继电器，具有高寿命，高可靠性等优点，其输入端为线圈，由线圈控制输出端工作，输入端连接驱动模块的输出端，由驱动模块控制固态继电器的线圈是否通电，同时将电源模块的AC 220 V 电源接入固态继电器的输出端，工作时，线圈接收驱动模块的矩形脉冲信号，继而控制输出端产生矩形脉冲信号，输出220 V 的矩形脉冲交流电压。

3.4 照明灯

选用LED 节能灯泡，其接线端子直接与固态继电器输出端相连，节能警示灯根据矩形脉冲信号，有规律地保持接通和断开，频闪周期为1 s。

3.5 报警装置

为了提高警示效果，报警装置采用蜂鸣器，蜂鸣器与驱动模块电连接，驱动模块用于在需要报警时向蜂鸣器供电，促使蜂鸣器一直发出警报声音，提示安全作业。接线组装完成后，现场测试验证实施效果：

（1）节能效果。方案实施改进后，节能效果显著，将警示灯的工作方式由旋转改为频闪，由常亮变成闪亮，工作时间减半，同时选用LED 节能灯泡，节能效果高达93.75%，具体分析如下：

原有安全警示灯功耗分别为：①零散焊接组合电子元件驱动功耗35 W；②灯泡23 W；③旋转电机30 W。

合计：35+23+30=88 W

现使用新技术的安全警示灯功耗分别为：①集成芯片驱动电路模块3 W；②LED 节能灯泡为5 W，但因频闪警示频率间隔为1 s，工作时间减半，故实际功耗为2.5 W；

合计：3+2.5=5.5 W

每小时每盏灯节能效果为（（88-5.5）/88）×100%=93.75%

（2）使用寿命。安全警示灯减少热能的释放，大幅降低灯罩内部温度，提高了警示灯的使用寿命。从2020 年8 月开始统计10 盏新安全警示灯的使用寿命，至今已使用一年多，无一警示灯损坏，平均使用寿命得到大幅提高。同时安全警示灯通电后，LED灯均每秒钟闪烁1 次，通电工作8 h 后，安全警示灯内部的温度皆小于40 ℃，达到了预期的目标。

4 结束语

创新设计一种节能警示灯，改变其原有的工作模式，利用驱动模块产生周期性的直流矩形脉冲信号，并通过该直流矩形脉冲信号对继电器进行控制，从而实现LED 灯与AC 220 V 电网之间的导通与断开的频繁切换，继而达到使LED 灯按一定频率进行闪烁的效果，同时蜂鸣器声音预警，实现声光报警的目的。节能警示灯解决使用寿命短和能耗高两个主要问题，即保证装卸过程中的警示作用，也促进工厂的安全管理工作。