CN102819931A

CN102819931A - 一种红线设备警示装置

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Publication number: CN102819931A
Application number: CN2012103296770A
Authority: CN
Inventors: 韩春雷; 丁力; 王炜; 毛世炳; 陈水耀; 方云辉; 卿华; 俞文慧; 吴常旭; 张永
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Maintenance Branch of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Ningbo Electric Power Bureau
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Maintenance Branch of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Ningbo Electric Power Bureau
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明提供了一种红线设备警示装置。该装置包括：传感器、微控制器和声报警模块，以及预置有音频文件的存储模块，其中：所述传感器与微控制器连接，用于感应靠近红线设备的目标物，并将感应目标物后产生的电感应信号传送给微控制器；所述微控制器分别与声报警模块、存储模块连接，用于接收传感器发送的感应信号，并根据该感应信号读取存储模块内存储的与该感应信号对应的音频文件，利用读取的音频文件驱动所述声报警模块发出警示声。本发明实施例的技术方案可实现听觉报警。

Description

一种红线设备警示装置

技术领域

本发明涉及输变电技术领域，特别涉及一种红线设备警示装置。

背景技术

在输变电技术领域，由于涉及高压、远距离传输等原因，输变电设备存在潜在的安全危险。此外，限于本领域的技术水平，输变电设备可能存在先天设计缺陷，或者，限于现有维护能力，输变电设备运行过程中出现问题而未能得到及时维修，上述这些情形下，均可能对接近红线设备的目标物造成威胁或者损坏红线设备。这种对接近的目标物产生威胁或由于目标物接近导致损坏的输变电设备通常称为“红线设备”，需要予以特别注意或保护。为了保证接触红线设备的工作人员的人生安全，或者靠近红线设备的其他目标物损坏红线设备，必须给予警示，以便检修时注意或不靠近红线设备。

现有技术中给出警示的方式是：在红线设备上贴警示牌，以提醒红线设备的维修人员作业时注意，或靠近红线设备的过往行人尽量远离红线设备。尽管这种方式能够起到一定的警示作用，然而，由于这种方式主要靠人的视觉接收提示，在作业人员没有意识到或者光线较弱（如：昏暗天气或夜晚）的情形下，无法起到警示作用，仍然可能导致人生危害。此外，对于非人为目标物，警示牌将不能发挥作用。

发明内容

有鉴于现有技术不能较好地解决红线设备的警示问题，本发明提供了一种红线设备警示装置，通过该装置可提供声或声光报警，从而有效预防输变电设备对目标物造成潜在危险或不损害红线设备。

本发明提供的红线设备警示装置包括：传感器、微控制器和声报警模块，以及预置有音频文件的存储模块，其中：

所述传感器与微控制器连接，所述传感器包括菲涅尔透镜系统和红外感应单元，所述菲涅尔透镜系统包括多个透镜单元，相邻透镜单元的透镜视场相隔一个盲区，目标物在菲涅尔透镜系统视域内移动可产生断续透射信号；所述红外感应单元通过检测所述断续透射信号形成电感应信号，并将该电感应信号发送给微控制器；

所述微控制器分别与声报警模块、存储模块连接，用于接收传感器发送的电感应信号，并根据该电感应信号读取存储模块内存储的与该电感应信号对应的音频文件，利用读取的音频文件驱动所述声报警模块发出警示声。

优选地，所述微控制器包括：运算放大器、双向鉴幅器和继电器，其中：

所述运算放大器与双向鉴幅器连接，用于将接收的传感器的电感应信号进行放大，并将放大后的信号发送给双向鉴幅器；

所述双向鉴幅器与继电器连接，用于从放大后的信号中鉴别出触发信号，并将该触发信号传送到继电器以驱动继电器导通。

进一步优选地，所述微控制器还包括状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器，所述状态控制器分别与延迟时间定时器、封锁时间定时器连接，则：所述双向鉴幅器通过状态控制器与继电器连接。

优选地，所述装置还包括功放电路，用放大声报警模块发出的警示声。

优选地，所述装置包括电源模块，该电源模块包括稳压电路、与稳压电路连接的输入电容元件、与稳压电路连接的电感元件，以及与电感元件成π型连接的二极管和输出电容元件。

优选地，所述装置还包括显示装置，用于显示音频文件对应的文字内容。

进一步优选地，所述显示装置的显示屏由透光荧屏材质组成。

优选地，所述装置的传感器包括多个，则：所述微控制器还包括逻辑或模块，用于对多个传感器的电感应信号进行逻辑或操作，并将逻辑或操作的结果发送给微控制器。

优选地，所述装置置于封闭箱体内。

本发明实施例提供的红线设备警示装置通过传感器感应目标物的存在，在感应到目标物后通过微控制器读取预置的音频文件，并利用该音频文件驱动声报警模块发声。与现有技术相比，本发明可实现目标物的自动检测，在检测到目标物后可自动发出警示声，从而起到声觉报警的作用，进而避免对红线设备或目标物造成不必要的损害。此外，本发明实施例还可以具有显示装置，在检测到目标对象后，将警示声对应的文字内容显示出来，从而起到视觉报警的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构框图；

图2为本发明实施例的微控制器的一种电路结构图；

图3为本发明实施例的声报警模块的一种电路结构图；

图4为本发明实施例的功放电路的一种电路结构图；

图5为本发明实施例的电源模块的一种电路结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

参见图1，该图示出了本发明一个实施例的红线设备警示装置的组成结构框图。该警示装置100包括：传感器101、微控制器102和声报警模块103，以及预置有音频文件的存储模块104，其中：

传感器101与微控制器102连接，传感器101包括菲涅尔透镜系统和红外感应单元，所述菲涅尔透镜系统包括多个透镜单元，相邻透镜单元的透镜视场相隔一个盲区，目标物在菲涅尔透镜系统视域内移动可产生断续透射信号；所述红外感应单元通过检测所述断续透射信号形成电感应信号，并将该电感应信号发送给微控制器102；

微控制器102分别与声报警模块103、存储模块104连接，用于接收传感器发送的感应信号，并根据该感应信号读取存储模块104内存储的与该感应信号对应的音频文件，利用读取的音频文件驱动所述声报警模块发出警示声。

该装置实施例的工作原理是：当有目标物接近红线设备时，安装在红线设备上或红线设备附近的传感器感应到目标物，并产生出与该目标物对应的电感应信号，该电感性信号被传送到微控制器；微控制器接收到该电感应信号后，到存储模块中读取与该感应信号对应的音频文件，然后将读取的音频文件以电信号形式发送到声报警模块，驱动声报警模块发出警示声。

本实施例提供的红线设备警示装置通过传感器感应目标物的存在，在感应到目标物后通过微控制器读取预置的音频文件，并利用该音频文件驱动声报警模块发声。与现有技术相比，本发明可实现目标物的自动检测，在检测到目标物后可自动发出警示声，从而进行声觉报警，尤其在视线昏暗或夜晚，通过声觉报警更能起到提醒注意的作用，进而避免对红线设备或目标物造成不必要的损害。

需要说明的是：由于红线设备除可安置在专门的房屋内之外，更常见的情况是设置在户外，因此，本实施例所述的“目标物”可以是人，也可以是其他小动物，甚至可以是诸如车辆等物体，相应地，“音频文件”包含的声音可以是人类语言声，也可以是其他驱散性的惊恐声等。当设备维修人员、其他过往人员靠近或经过红线设备时，传感器一旦检测到人体，则通过微控制器读取相应的音频文件内的声音驱动声报警模块发出警示声音。比如，警示声可以为：“红线设备，注意安全！”。当小动物等靠近红线设备时，传感器一旦检测到小动物身体，则通过微控制器读取相应的音频文件内的声音驱动声报警模块发出警示声音。比如，警示声可以为刺耳的杂乱音、惊恐音等。本发明尽管可以针对不同的目标物对象采用一种声音警示形式，这样可节约存储器的存储空间，提高装置的反应速度。但是，基于红线设备的设置特点（放置户外的情况较多），本实施例优选针对不同类型的目标物预置不同的音频文件。音频文件预置的类型可以根据传感器检测到的目标物的体积（如人的体积通常较大、小动物体积较小）、高度（如人的高度通常较高、小动物通常较矮）、对感应信号的影响程度、电感应信号的分布（比如，人的脸部、膝部、手臂等红外辐射强，在感应信号的分布上存在明显差别）等因素设置对应的信号强度等级、信号形状等判断依据，从而根据信号强度等级、信号形状等判决读取对应的音频文件，实现有针对性的警示。

实施例二

为了更为详细地说明本发明的技术方案，下面结合附图给出本申请实施例的第二实施例。本实施例的装置包括：传感器、微控制器和声报警模块，以及预置有音频文件的存储模块和电源模块。各组成部件分别具有如下的结构：

本实施例的传感器由菲涅尔透镜系统和两个极化方向相反的电热释单元组成。菲涅尔透镜系统是一种精密的光学系统，通常用于与电热释单元配套使用。菲涅尔透镜系统包含多个透镜单元，每个透镜单元具有一个视场，相邻两个单元的透镜视场既然不连续，也不重叠，形成一个盲区。当热源（比如：人）在透镜系统前运动时，从某一透镜单元的透镜视场进入，然后退出又进入到下一个透镜视场，由此出现一个接一个的断续的透射信号。根据实际应用需要，透镜单元的视场可进行不同的设置，比如，可以将警戒水平视场角设置为大于90°，垂直视场角最大设置为90°，作用距离设置为10-15m。对于电热释单元，由于两个电热释元件极化方向正好相反，在没有目标物进入感应范围时，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同作用，使其产生的释电效应互相抵消，将不会输出需要的信号。一旦目标物进入感应区，目标物的红外辐射通过菲涅尔透镜系统的部分镜面聚焦，被两个电热释单元接收，但是两个电热释单元接收的热量不同、热释效果不同，不能相互抵消，从而输出需要的信号。

参见图2，该图示出了本实施例的微控制器的内部电路结构。该微控制器包括：前置运算放大器OP1、二级运算放大器OP2、由第一电压比较器COP1和第二电压比较器COP2以及或门电路U1组成的双向鉴幅器、状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器，以及继电器（图中未示出）等组成，它们之间的连接关系如图所示。其工作过程是：

当红外感应单元（比如PIR）以非接触方式检测出来自人体的红外辐射并将其转换成电感应信号，该电感应信号通过输入微控制器的输入端口（IN+、IN-）被输入到前置运放大器OP1，经过前置运算放大器OP1放大后再通过电阻电容网络耦合到二级运算放大器OP2进行二次放大，将直流电位抬高为内置电压Vm后送到由第一电压比较器COP1、第二电压比较器COP2以及或门电路U1组成的双向鉴幅器，由双向鉴幅器从放大后的信号中检出有效触发信号Vs。在实际应用过程中，可将双向鉴幅器的内置电压V_H设置为0.7V_DD、V_L设置为0.3V_DD，如果V_DD设置为5V，则可有效地抑制±1V范围内的噪声干扰。此外，微控制器在包括条件比较器COP3和与门电路U2时，条件比较器COP3的输入V_C受光敏电阻控制，光敏电阻是一种受光照强度不同阻值随之发生变化的电路器件，比如，白天光照强度大，光敏电阻元件阻值较小，通过V_C向条件比较器输入低电平；晚上光照强度小，光敏电阻元件阻值较大，通过V_C向条件比较器输入高电平。当输入条件比较器的V_C小于内置电压V_R（在实际应用过程中V_R可设置为0.2V_DD）时，条件比较器输出低电平，封住有效触发信号Vs向下级递送；当输入条件比较器的V_C大于内置电压V_R时，条件比较器输出高电平，打开与门电路U2，有效触发信号Vs可向下级递送，这时触发信号Vs通过状态控制器启动延时定时器或封锁时间控制器，同时输出高电平用于控制继电器。

需要说明的是：通常情况下，为了节约材料和提供反映效率，可以不设置如上述微控制器中的状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间控制器等器件。但在实际应用过程中，为了更好地提高警示装置的性能，本发明可以优选设置如上的元器件。通过设置延迟定时器可为微控制器提供两种触发方式：一是：不可重复触发方式，该方式在感应输出高电平后，延时一段时间结束，输出的用于驱动继电器的电信号将自动从高电平变为低电平；一是可重复触发方式，该方式在感应输出高电平后，在延时时间段内，如果目标物在其感应范围内活动，输出的用于驱动继电器的电信号将一直保持高电平，直到目标物离开后才将高电平变为低电平，这两种触发方式可通过跳线进行选择。通过设置封锁时间控制器可使微控制器具有感应封锁时间，该封锁时间控制器可在感应输出后，紧跟设置一个封锁时间段（该时间段可在十分之一秒到几十秒范围内设置），在此时间段内微控制器不接受任何感应信号。通过该项设置一方面可实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，使本申请实施例应用于间隔探测产品；另一方面可有效抑制负载切换时产生的各种干扰。

参见附图3，该图示出了本实施例的声报警模块和存储模块的内部电路结构。在本实施例中，该包含声报警模块和存储模块的电路由录放芯片组成，录放芯片可同时具有录音、存储、放音的功能。当REC开关（通过微控制器控制继电器或者人为控制）接通时，开始音频文件的写入工作，即录音。根据实际需要可以设置发光二极管（如图中的D1），当D1处于点亮状态时指示正在录音。本实施例还可以通过改变录放芯片中ROSC端的电位器调节录入语音快慢，录入时间越短音质越好，录入时间越长音质越差。本实施例由于音频文件经过该录放芯片的AGC自动增益调节和带通滤波器，其音质比通常的话筒放大器好，而且不会出现喇叭过载情况。按照这种方式将音频文件写入后，当微控制器控制继电器接通电路时即可放音。本实施例的放音方式包括两种：（1）边沿触发放音，当微控制器控制继电器将PE键所在电路接通时，通过触发信号的边沿触发实现一次性播放全段录音；（2）电平触发放音，当微控制器控制继电器将PL键所在电路接通时，通过触发信号的稳定电平触发放音，稳定电平结束时放音结束。除这两种触发放音外，还可以使播放的声音循环播放，如本实施例中通过微控制器控制CYC开关接通进行循环放音。

虽然通常情况下可直接通过如上述的录放芯片驱动喇叭发声，但是由于红线设备多处室外环境，音量需要足够大才能正常发挥作用。为此，本实施例优选在驱动喇叭发声之前设置功放电路，用于将声音放大。参见图4，该图示出了本实施例的功放电路的电路结构。该电路结构统主要由TDA2050功放芯片组成，从前述录放芯片输出的语音信号由录放芯片的SP+（或SP-）耦合到本功放电路的一端作为输入端Audio in，录放芯片的SP-（或SP+）悬空、不接地。通过本功放电路结构输出的音量可通过电位器R7调节。在实际应用过程中，还可在本电路结构的包装体上增加散热片，以散发该电路产生的热量，保证电路的正常工作。

参见图5，该图示出了本申请实施例的电源模块的电路结构。电源模块包括包括稳压电路LM2596、与稳压电路连接的输入滤波电容Cin和与稳压电路连接的电感L1，以及与电感L1成“π型”连接的二极管D和输出滤波电容Cout（电感元件为π型的上横枝电路，二极管和输出滤波电容为π型的左右分枝电路），在本实施例中，电源模块还包括一个指示电源亮灭的LED电路。具体应用中，各组成部分的可按照如下的方式进行选择：

对于电感L1的电阻值，可根据LM2596的输出电压、最大输入电压、最大负载电流等参数选择：先依据如下公式计算出“电压·微秒常数（E·T）”：

E·T=(Vin-Vout)×Vout/Vin×1000/f

上式中：Vin为LM2596的最大输入电压，Vout为LM2596的输出电压，f为LM2596的工作振荡频率值（150kHz）。

在“电压·微秒常数（E·T）”确定之后，参照数据手册所提供的相应的“电压·微秒常数（E·T）”和负载电流曲线，查找所需电感值。

对于输入滤波电容和输出滤波电容的电容值：输入滤波电容Cin一般应大于或等于100uF，安装时尽量靠近LM2596的输入引脚，其耐压值应与最大输入电压值相匹配；输出滤波电容Cout值可依据下式计算（单位uF），其耐压值应大于额定输出电压的1.5-2倍，对于5V电压输出而言，优选使用耐压值为16V的电容器：

Cout≥13300Vin/Vout×L

上式中：Vin为LM2596的最大输入电压，Vout为LM2596的输出电压，L为经计算并查表选出的电感L1的值，单位是uH。本实施例中，为减少电路板元件的高度，输入滤波电容Cin由三个电容组成，分别为C1、C2、C3；输出滤波电容Cout用C4表示。

对于二极管的选择：二极管D一般可使用1N582x系列的肖特基二极管，其额定电流值选择大于最大负载电流的1.2倍，实际应用中考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值最好大于LM2596的最大电流限制。二极管D的反向电压选择大于最大输入电压的1.25倍。

本实施例除可以取得实施例一的技术效果外，还具有反应灵敏、体积小巧、安装方便、维护简单等特点，能够真正实现全天候安全警示作用，同时不增加运行人员额外的工作负担。

需要说明的是，为简洁起见，本实施例的上述各类电路结构图中，根据实际需要和关注点的不同，未将有关芯片的全部引脚或有关电路的全部组件均予介绍，本领域普通技术人员结合上述电路公开的内容，应能知晓与其相关的部分。

上述内容示例性给出了本申请的两个实施例，在实际应用过程中，基于上述实施例，本领域普通技术人员还可以作出一种或多种变形。比如：根据实际需要，对上述实施例作出如下改进处理：

（1）将本申请实施例警示装置的各组成元器件集成为到一个或少量的电路板之中，这样可使警示装置的体积大为减小，既方便工人安装，又能节约成本，为警示装置在大量红线设备中进行普及推广奠定了基础。

（2）在本申请实施例警示装置中增加显示装置，用于将音频文件对应的文字内容显示出来。显示装置的显示屏可采用透光荧屏材质。当有人靠近红线设备、被传感器感应到后，通过微控制器触发声报警模块发出警示音的同时，还点亮内部灯光，将警示语投射到显示屏，从而实现听觉、视觉双报警，真正实现全天候报警。

（3）将本申请实施例警示装置整体置于封闭箱体内，从而实现防水、防潮、防尘，适应了大量红线设备设置于户外的应用需要。

（4）本申请实施例警示装置的电源模块除可采用普通供电（干电池、蓄电池、照明用电）外，还可采用光伏电池等利用太阳能的电源装置供给电源，这样减少了对普通电量的损耗，增强了警示装置实的使用寿命。

（5）本申请对本发明的警示装置的外观形状、安装方式、传感器数量等均不限定。比如：警示装置的外观可根据红线设备的安装需要设置为长方体、正方体或圆柱体。警示装置的固定方式可以是直接绑定在红线设备上，也可以固定在红线设备的附近。当警示装置绑定在红线设备上时，可用环状抱箍固定在红线设备的相应支柱上，此种情形下，传感器可以包括多个，这些传感器的探头均匀镶嵌在抱箍中，通过逻辑或模块对多个传感器进行逻辑或操作，从而实现360度感应、无死区；当警示装置固定在红线设备附近时，可在警示装置上设置两个或多个支架，该支架用水泥浇筑于红线设备附近的地面，此种情形下，传感器也可以包括多个，这些传感器的探头安装于红线设备四面，通过逻辑或模块对多个传感器进行逻辑或操作，实现全方位的感应功能。

以上所述的本发明实施方式，以及例示性的改进，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种红线设备警示装置，其特征在于，该装置包括：传感器、微控制器和声报警模块，以及预置有音频文件的存储模块，其中：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微控制器包括：运算放大器、双向鉴幅器和继电器，其中：

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微控制器还包括状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器，所述状态控制器分别与延迟时间定时器、封锁时间定时器连接，则：所述双向鉴幅器通过状态控制器与继电器连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括功放电路，用放大声报警模块发出的警示声。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括电源模块，该电源模块包括稳压电路、与稳压电路连接的输入电容元件、与稳压电路连接的电感元件，以及与电感元件成π型连接的二极管和输出电容元件。

6.根据权利要求1至5中任何一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括显示装置，用于显示音频文件对应的文字内容。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述显示装置的显示屏由透光荧屏材质组成。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的传感器包括多个，则：所述微控制器还包括逻辑或模块，用于对多个传感器的电感应信号进行逻辑或操作，并将逻辑或操作的结果发送给微控制器。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置置于封闭箱体内。