變壓器臺架防觸電警示裝置設計

李玲　劉芃飛　王偉偉　王婷婷　李見太　程海影　楊利婭　王明明

摘要：針對電力工人由于失誤爬錯變壓器臺架導致觸電的情況。本文設計一種變壓器臺架防觸電警示裝置。本裝置以光電感應裝置方式啟動臺架警報系統，由近電感應器、無線通信系統、光電感應開關、高壓檢測模塊、聲光警報、單片機處理系統組成。將電壓顯示、預警警報、遠程操控集合與一體的多功能裝置，降低防護網制作成本、提高安全性能，符合社會需求。

關鍵詞：防觸電;警示;變壓器臺架

Absrtact：Aiming at the problems of low efficiency， simple and passive design and low safety guarantee of existing transformer platform. A new type of anti - electric shock warning device is redesigned. This device starts the alarm system in the form of photoelectric induction device， which is composed of voltage detection device， wireless communication system， photoelectric induction switch， high-voltage detection module， Sound and light alarm and single-chip microcomputer processing system. Voltage display， early warning and alarm， remote control set and integration of multi-functional devices， reduce the production cost of protective nets， improve safety performance， meet the needs of society.

Key words： Prevent to get an electric shock; Warning; Transformer stand

引言

目前，高壓臺架進行檢修前，先要斷電。然后再通知檢修工人登臺維修，由于高壓臺架周圍沒有安裝帶電警示裝置，工作人員需要憑記憶去尋找需要維修的高壓臺架，雖然大多數工人不會出錯，但也有少數的工作人員由于記憶錯誤或是精神狀態不好而誤登帶電高壓臺架，導致重大人員傷亡的事故時由發生。

本文為解決上述問題，提出在高壓臺架的安全區域安裝高壓臺架防觸電警示裝置。若高壓臺架帶電，同時有工作人員進入高壓臺架的安全區域時，警示裝置便通過語音提示和高亮光報警，提醒工作人員不要繼續攀登。此裝置有效避免了工作人員由于失誤誤登帶電高壓臺架造成的重大傷亡事故，從而保障了設備與工作人員的人生安全。

1總體設計方案

該系統通過近電感應器檢測臺架是否有電，單片機對信號進行處理后，通過藍牙發送模塊發送到藍牙接收模塊。同時光電傳感器向線性防區發出波長為600nm的紅外光信號，當人或物通過該監控區域10～30cm時，光電傳感器接收被反射的光信號，此信號經信號處理電路。當電壓存在且光電開關閉合時，單片機發出的低電平信號觸發聲光警報器警報聲，當誤入人員未離開時會經過第二層光電開關，警報器聲音會逐級增大，直到驅離誤入人員，從而達到預防危險事故發生的目的。

2硬件部分

下面分別對系統的各組成部分的硬件結構進行設計，其硬件原理框圖如圖1所示。

2.1光電傳感器E3一DS30C4

光電開關是光電傳感器的重要應用之一，由發射器、接收器、檢測電路三部分組成。它是利用被檢測的物體對其發射的光束的遮擋或反射。被檢測物體不限于金屬，一切能反射光線的物體均可以被檢測，光電傳感器講輸入電流在發射端上轉換成光信號射出，而接收端根據接受光線的變化或有無目標進行探測。在臺架裝<=3的范圍內設置光電感應開關，設置三級層級結構，當有人通過第一道傳感器，開關閉合，警報器警報，若闖入者繼續未被驅離，觸碰第二級光電開關，聲光報警器聲音逐級增大，給闖入者感官上的刺激，直至驅離。

2.2聲光報警

蜂鳴器是一種一體化的電子訊響器，采用直流電源供電，其分為電磁式和壓電式蜂鳴器，裝置采用的電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼組成，接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。在整個電路中，由單片機PWM端輸出一一定頻率的方波驅動。當單片機檢測到光電開關閉合，且檢測到壓電臺存在高壓時聲光報警器工作，進行報警驅離。

2.3單片機AT89C51

作為整個系統的控制電路，對從藍牙接收的信號進行分析處理并且在電壓顯示電路中顯示，單片機系統單都含有晶振電路，在單片機系統中晶振電路作用重要，全體稱作晶體振蕩器，它結合單片機內部電路產生單片機所需要的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，單片機運行速度越快，單片機所執行的一一切指令都是建立在單片機晶振提供的始終頻率。單片機晶振的作用即為系統提供時鐘信號。

2.4 Hc-05藍牙模塊

電壓檢測裝置通過檢測臺架裝置電壓是否存在，當臺架電壓為零時，檢測裝置將信號通過hc-5無線通信系統發射，接收端接收信號后經過到AT89C51單片機處理，并通過顯示器顯示電壓的有無情況， HC-05嵌入式藍牙串口通訊模塊具有兩種工作模式：命令響應工作模式和自動連接工作模式，在自動連接工作模式下模塊又可分為主、 從和回環三種工作角色。當模塊處于自動連接工作模式時，將自動根據事先設定的方式連接的數據傳輸;當模塊處于命令響應工作模式時能執行下述所有AT命令，用戶可向模塊發送各種AT指令，為模塊設定控制參數或發布控制命令。

3軟件系統

警報系統流程圖如圖2、圖3所示，高壓臺架精準檢測裝置的軟件部分主要包括：系統界面初始化程序、藍牙收發模塊程序、檢測光電開關信號程序、聲光報警啟動程序等模塊。程序首先判斷近電感應器是否檢測到電壓并顯示，此過程在中斷流程中完成，中斷結束執行主程序，當判斷顯示器顯示不為零時，表示有電壓存在，此時有人闖入并且觸碰到第一級光電開關時，單片機檢測到輸入信號，啟動聲光報警裝置持續十秒，再次檢測，若檢測到仍然有信號輸入，并且檢測到其余光電開關的信號輸入，聲光警報裝置聲音會逐漸增大，直至未檢測到輸入信號，聲光警報裝置工作停止。整個工作過程清晰易懂，并且能達到良好的警報效果。

4結束語

本裝置硬件設計、程序設計、以及各系統調試基本完畢，在經過多次實驗測試后，均能夠達到預期的工作效果。下一步將在實際應用中進行推廣。相比于傳統的柵欄防護裝置，此系統成本低，且極大地降低了工作人員在作業過程中的觸電頻率，給社會工作人員增加了一份安全保障。

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