專利名稱:工頻電壓預(yù)警器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工頻近電告知裝置，具體涉及一種電工安全生產(chǎn)必備的能預(yù)警近距離工頻交流電場存在的便攜式電子預(yù)警器。
背景技術(shù)：
工頻電壓預(yù)警器作為一種小型便攜式安全警示工具，在電力系統(tǒng)施工操作人員安全生產(chǎn)工作中具有重要意義?，F(xiàn)有技術(shù)中，中國專利曾于1998年8月12日公開了一件名稱為《便攜式近電告知器》，申請(qǐng)?zhí)枮?7106269.2，公開號(hào)為CN1190190A的發(fā)明專利申請(qǐng)。該專利申請(qǐng)以便攜式工頻交流電場報(bào)警裝置為主題公開了一種具有一定代表性的技術(shù)方案，具體由場效應(yīng)管、施密特觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、振蕩器和音頻放大電路組成。雖然上述方案與以往由場效應(yīng)管、555集成電路和壓電陶瓷片構(gòu)成的簡易型“高壓感應(yīng)報(bào)警器”相比靈敏度高，可靠性好，具有較強(qiáng)的抗干擾性能，尤其是抗靜電性能，但是隨著技術(shù)進(jìn)步，以上技術(shù)方案仍存在以下不足1、由于采用數(shù)字脈沖電路設(shè)計(jì)構(gòu)思，硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且耗電量大，尤其是由施密特觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器以及振蕩器組成的檢測(cè)控制電路相當(dāng)復(fù)雜；2、由于硬件電路的局限，抗靜電和雜散強(qiáng)電場的能力有待進(jìn)一步提高；3、智能化水平低，如只能預(yù)警工頻電壓存在，而無法識(shí)別不同電壓等級(jí)；4、對(duì)電池的電力只能采用手動(dòng)檢測(cè)方式，沒有開機(jī)自動(dòng)自檢功能，如果使用者開機(jī)后忘記電池電力檢測(cè)，一旦電池耗盡，報(bào)警器停止工作，容易引起更大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種硬件結(jié)構(gòu)簡潔，功能強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的便攜式工頻電壓預(yù)警器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種工頻電壓預(yù)警器，由感應(yīng)信號(hào)傳感器、檢測(cè)控制電路、音頻報(bào)警電路以及殼體組成，感應(yīng)信號(hào)傳感器由感應(yīng)元件與場效應(yīng)管柵極連接構(gòu)成，檢測(cè)控制電路采用內(nèi)設(shè)軟件的單片機(jī)芯片，并在硬件結(jié)構(gòu)上構(gòu)成獨(dú)立硬件單元，傳感器的輸出至少與單片機(jī)芯片的一個(gè)輸入端口連接，單片機(jī)芯片的輸出端口與音頻報(bào)警電路的輸入端連接。
上述技術(shù)方案中，所述“感應(yīng)元件”是指金屬感應(yīng)板、電容器等對(duì)工頻電場能產(chǎn)生電壓感應(yīng)信號(hào)的元件。所述“檢測(cè)控制電路”是指一種能判別工頻電場存在并指揮報(bào)警的電路總稱。所述“內(nèi)設(shè)軟件”是指在單片機(jī)內(nèi)置專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序。所述“單片機(jī)”與微處理器在概念上有區(qū)別，微處理器主要從功能的角度來理解中央處理器，有統(tǒng)稱的意思，不強(qiáng)調(diào)它的具體硬件構(gòu)架，系列、型號(hào)等因素，而單片機(jī)則是從具體硬件構(gòu)架角度出發(fā)(硬件為一塊芯片)來描述它的功能。所述“獨(dú)立硬件單元”是指在硬件結(jié)構(gòu)上它是一塊集成電路芯片。對(duì)于本發(fā)明來說上述概念具有重要意義，因?yàn)樗粌H關(guān)系到整個(gè)電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且還涉及到特定的連接關(guān)系，換句話說，它可以反映一種電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、質(zhì)量和可靠性等體現(xiàn)新穎性和創(chuàng)造性的構(gòu)思問題，比如，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否簡潔可靠，是否具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用價(jià)值等。
上述技術(shù)方案中，關(guān)于傳感器信號(hào)到底分幾路接入單片機(jī)輸入端口與功能有關(guān)。具體包括下列變化情況1、一路工頻電場周期檢測(cè)如果僅需要檢測(cè)工頻周期，只要采用一路工頻電場周期檢測(cè)即可，此時(shí)場效應(yīng)管的漏極與單片機(jī)芯片的一個(gè)輸入端口連接。這種方案是利用單片機(jī)與軟件結(jié)合，通過檢測(cè)工頻電場的周期(比如連續(xù)判斷8個(gè)周期)來準(zhǔn)確判斷工頻電壓的存在，并實(shí)行報(bào)警。
所述單片機(jī)芯片可以選用如下型號(hào)之一美國Microchip公司PIC12C5××、PIC12LC5××；PIC12CE5××、PIC12LCE5××；PIC12C67×、PIC12LCE67×；PIC12CE67×、PIC12LCE67×；PIC18F0××；美國ATMEL公司AT90LS2323、AT90LS2343；臺(tái)灣義隆電子公司EM78P152、EM78P/153。
以上單片機(jī)型號(hào)中“×”和“××”表示一位和兩位數(shù)字系列，相當(dāng)于一位和兩位通配符。比如“PIC12C5××”代表PIC12C508、PIC12C508A、PIC12C509、PIC12C509A等系列；“PIC12LC5××”代表PIC12LC508、PIC12LC508A、PIC12LC509、PIC12LC509A等系列。
2、一路工頻電場周期檢測(cè)，另一路工頻電場強(qiáng)度檢測(cè)如果既要檢測(cè)工頻周期，又要檢測(cè)工頻電場強(qiáng)度(即靠近的程度)，就要將傳感器信號(hào)分兩路與單片機(jī)輸入端口連接。應(yīng)當(dāng)注意的是檢測(cè)工頻電場強(qiáng)度需要A/D轉(zhuǎn)換器，而增加A/D轉(zhuǎn)換器可以采用自帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)芯片，場效應(yīng)管的漏極分別與單片機(jī)芯片的兩個(gè)輸入端口連接，其中一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與輸入端口連接。所述單片機(jī)芯片可以選用如下型號(hào)之一美國Microchip公司PIC12C67×、PIC12LCE67×；PIC12CE67×、PIC12LCE67×；PIC18F0××。
增加A/D轉(zhuǎn)換器也可以考慮增加一個(gè)獨(dú)立硬件單元的A/D轉(zhuǎn)換器。此結(jié)構(gòu)中所述場效應(yīng)管的漏極一路與單片機(jī)芯片的一個(gè)輸入端口連接，另一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與單片機(jī)芯片的另一個(gè)輸入端口連接。
上述技術(shù)方案中，為了提高抗干擾能力，所述場效應(yīng)管的漏極上接有一條經(jīng)電容C1接地的支路。為了實(shí)現(xiàn)電池開機(jī)自檢功能，可以將單片機(jī)的一個(gè)輸入端口接電池正極，并通過內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器來檢測(cè)電池電壓。
上述技術(shù)方案中，為了提高報(bào)警發(fā)聲音量和效果，所述殼體設(shè)有防雨型報(bào)警聲響通道，其結(jié)構(gòu)為殼體內(nèi)設(shè)有一個(gè)對(duì)外敞口的聲腔，敞口前方設(shè)有大于敞口的遮擋性防雨片，防雨片通過周向布置的銷釘結(jié)構(gòu)支承在敞口前方，敞口及防雨片外圍設(shè)有擋環(huán)。
本發(fā)明工作原理是參見附圖3，當(dāng)本工頻電壓預(yù)警器接近工頻電場時(shí)，在其金屬感應(yīng)板上產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，并送至場效應(yīng)管柵極，經(jīng)場效應(yīng)管V1放大后在其漏極D端輸出一個(gè)與工頻電場同周期的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)送至單片機(jī)的輸入端口GP0、GP2，再由單片機(jī)中內(nèi)軟件對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行分析測(cè)量，輸入端口GP0用于檢測(cè)周期，輸入端口GP2用于檢測(cè)電場強(qiáng)度。如果只需要檢測(cè)周期來判斷工頻電壓存在的正確性時(shí)，單片機(jī)通過輸入端口GP0測(cè)到的脈沖信號(hào)頻率與工頻相同(50Hz，連續(xù)判斷8個(gè)周期，也可以相應(yīng)增加或減少判斷周期數(shù))，單片機(jī)的GP1腳端輸出報(bào)警信號(hào)，經(jīng)三極V2放大后推動(dòng)變壓器T，并由變壓器T升壓后加到壓電陶瓷片蜂嗚器上產(chǎn)生報(bào)警聲響。如測(cè)到的頻率不是工頻信號(hào)(如靜電、雜散電場等干擾信號(hào))，則單片機(jī)不輸出報(bào)警信號(hào)。如果既要檢測(cè)周期，又要檢測(cè)電場強(qiáng)度時(shí)，單片機(jī)則按以上原理通過輸入端口GP0檢測(cè)周期。檢測(cè)強(qiáng)度的原理為感應(yīng)信號(hào)通過輸入端口GP2經(jīng)單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，再將該數(shù)字量的值與預(yù)先設(shè)定的等級(jí)排列值進(jìn)行比較，得出工頻電場的高低和遠(yuǎn)近等級(jí)，最后根據(jù)等級(jí)高低選擇不同程度的音頻報(bào)警信號(hào)，比如急促聲、平緩聲等各種變化。
本發(fā)明的報(bào)警靈敏度可以通過調(diào)整金屬感應(yīng)板面積大小來確定，也可以在具體實(shí)施中選擇不同靈敏度的場效應(yīng)管V1來改變。
本發(fā)明中的電容C1是濾波電容，可以通過它濾除部分干擾信號(hào)，提高檢測(cè)頻率的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明防雨型報(bào)警聲響通道工作時(shí)防雨片既有擋雨作用，又有反射共嗚作用，使報(bào)警聲響既能通過聲腔順暢地向外傳播，而雨水卻難以通過殼體進(jìn)入預(yù)警器內(nèi)。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明充分利用單片機(jī)與軟件結(jié)合的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅使工頻電壓預(yù)警器的功能更強(qiáng)大，工作更可靠，而且硬件電路簡結(jié)，元器件數(shù)量大大減少，體積小且便于攜帶。
2、本發(fā)明充分發(fā)揮單片機(jī)芯片的特長，用軟件設(shè)計(jì)取代現(xiàn)有技術(shù)中部分硬件功能，從而很好的解決了靜電誤報(bào)和雜散強(qiáng)電場誤報(bào)的技術(shù)問題。
3、本發(fā)明由于采用CMOS單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，因此不僅可靠性高，而且耗電量極小。
4、本發(fā)明利用軟件與硬件結(jié)構(gòu)較好地解決了開機(jī)自動(dòng)自檢的技術(shù)問題。
5、本發(fā)明通過檢測(cè)工頻電場強(qiáng)度，識(shí)別不同安全等級(jí)，輸出不同安全等級(jí)的音頻報(bào)警信號(hào)，使工頻電壓預(yù)警實(shí)現(xiàn)智能化，從而進(jìn)一步提高了安全可靠性。
6、由于單片機(jī)與軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)用，本發(fā)明功能擴(kuò)充十分方便、靈活。
7、本發(fā)明防雨型報(bào)警聲響通道設(shè)計(jì)，既具有較好的防雨能力，又具有較好的發(fā)聲效果，尤其在噪雜環(huán)境中作業(yè)時(shí)發(fā)聲效果更好。



附圖1為本發(fā)明原理圖；附圖2為本發(fā)明軟件框圖；附圖3為本發(fā)明實(shí)施例電路原理圖；附圖4為本發(fā)明防雨型報(bào)警聲響通道結(jié)構(gòu)示意圖。
以上附圖中[1]、壓電陶瓷蜂嗚片；[2]、聲腔；[3]、防雨片；[4]、銷釘；[5]、擋環(huán)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見附圖1、附圖3和附圖4，一種利用工頻電場周期性特征來檢測(cè)判斷工頻電壓的預(yù)警器，由感應(yīng)傳感器、單片機(jī)、音頻報(bào)警電路、電源和殼體組成。傳感器由感應(yīng)元件和場效應(yīng)管組成，感應(yīng)元件為金屬感應(yīng)板，場效應(yīng)管為結(jié)型場效應(yīng)管，金屬感應(yīng)板與場效應(yīng)管的柵極連接，漏極作為信號(hào)輸出端，以此構(gòu)成傳感器結(jié)構(gòu)。單片機(jī)采用美國Microchip公司的PIC12LC508A芯片，該芯片由CMOS電路構(gòu)成，并將專門設(shè)計(jì)的軟件程序置入芯片內(nèi)，場效應(yīng)管的漏極D與單片機(jī)芯片的輸入端口GP0經(jīng)電阻R1連接，單片機(jī)芯片的輸出端口GP1經(jīng)電阻R2與音頻報(bào)警電路的輸入端連接。所述音頻報(bào)警電路由三極管V2、變壓器T和壓電陶瓷蜂嗚片[1]組成，三極管V2作為音頻信號(hào)放大器，基極為輸入端，發(fā)射極接地，集電極接負(fù)載變壓器T，壓電陶瓷蜂嗚片[1]接在變壓器T上。所述場效應(yīng)管的漏極上接有一條經(jīng)電容C1接地的支路。單片機(jī)的Vss接地，Vdd接電源正極。為了實(shí)現(xiàn)電池開機(jī)自檢功能，將單片機(jī)的一個(gè)輸入端口GP4接電池正極，通過內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器來檢測(cè)電池電壓并試報(bào)警。為了提高報(bào)警發(fā)聲音量和效果，所述殼體設(shè)有防雨型報(bào)警聲響通道，其結(jié)構(gòu)為殼體內(nèi)設(shè)有一個(gè)對(duì)外敞口的聲腔[2]，敞口前方設(shè)有大于敞口的遮擋性防雨片[3]，防雨片[3]通過周向布置的銷釘[4]結(jié)構(gòu)支承在做口前方，敞口及防雨片[3]外圍設(shè)有擋環(huán)[5]。實(shí)施例二參見附圖1、附圖3和附圖4，一種利用工頻電場周期和強(qiáng)度來檢測(cè)判斷工頻電壓存在的預(yù)警器，由感應(yīng)傳感器、單片機(jī)、音頻報(bào)警電路、電源和殼體組成。傳感器由感應(yīng)元件和場效應(yīng)管組成，感應(yīng)元件為金屬感應(yīng)板，場效應(yīng)管為結(jié)型場效應(yīng)管，金屬感應(yīng)板與場效應(yīng)管的柵極連接，漏極作為信號(hào)輸出端，以此構(gòu)成傳感器結(jié)構(gòu)。單片機(jī)采用美國Microchip公司的PIC12LCE67×系列芯片，該芯片由CMOS電路構(gòu)成，自帶A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)設(shè)軟件程序，場效應(yīng)管的漏極D的一路經(jīng)電阻R1與單片機(jī)芯片的輸入端口GP0連接(該路檢測(cè)周期)，另一路與單片機(jī)芯片的輸入端口GP2連接，GP2輸入端口內(nèi)設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器(該路檢測(cè)強(qiáng)度)，單片機(jī)芯片的輸出端口GP1經(jīng)電阻R2與音頻報(bào)警電路的輸入端連接。所述音頻報(bào)警電路由三極管V2、變壓器T和壓電陶瓷蜂嗚片[1]組成，三極管V2作為音頻信號(hào)放大器，基極為輸入端，發(fā)射極接地，集電極接負(fù)載變壓器T，壓電陶瓷蜂嗚片[1]接在變壓器T上。所述場效應(yīng)管的漏極上接有一條經(jīng)電容C1接地的支路。單片機(jī)的Vss接地，Vdd接電源正極。為了實(shí)現(xiàn)電池開機(jī)自檢功能，將單片機(jī)的一個(gè)輸入端口GP4接電池正極，通過內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器來檢測(cè)電池電壓并試報(bào)警。為了提高報(bào)警發(fā)聲音量和效果，所述殼體設(shè)有防雨型報(bào)警聲響通道，其結(jié)構(gòu)為殼體內(nèi)設(shè)有一個(gè)對(duì)外敞口的聲腔[2]，敞口前方設(shè)有大于敞口的遮擋性防雨片[3]，防雨片[3]通過周向布置的銷釘[4]結(jié)構(gòu)支承在敞口前方，敞口及防雨片[3]外圍設(shè)有擋環(huán)[5]。
權(quán)利要求
1.一種工頻電壓預(yù)警器，包括由感應(yīng)元件與場效應(yīng)管柵極連接構(gòu)成的感應(yīng)信號(hào)傳感器、檢測(cè)控制電路、音頻報(bào)警電路以及殼體，其特征在于所述檢測(cè)控制電路采用內(nèi)設(shè)軟件的單片機(jī)芯片，并在硬件結(jié)構(gòu)上構(gòu)成獨(dú)立硬件單元，傳感器的輸出至少與單片機(jī)芯片的一個(gè)輸入端口連接，單片機(jī)芯片的輸出端口與音頻報(bào)警電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的預(yù)警器，其特征在于所述場效應(yīng)管的漏極與單片機(jī)芯片的一個(gè)輸入端口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的預(yù)警器，其特征在于所述單片機(jī)芯片可以選用如下型號(hào)之一美國Microchip公司PIC12C5××、PIC12LC5××；PIC12CE5××、PIC12LCE5××；PIC12C67×、PIC12LCE67×；PIC12CE67×、PIC12LCE67×；PIC18F0××；美國ATMEL公司AT90LS2323、AT90LS2343；臺(tái)灣義隆電子公司EM78P152、EM78P/153。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的預(yù)警器，其特征在于所述單片機(jī)為自帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)芯片，場效應(yīng)管的漏極分別與單片機(jī)芯片的兩個(gè)輸入端口連接，其中一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與輸入端口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的預(yù)警器，其特征在于所述單片機(jī)芯片可以選用如下型號(hào)之一美國Microchip公司PIC12C67×、PIC12LCE67×；PIC12CE67×、PIC12LCE67×；PIC18F0××，
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的預(yù)警器，其特征在于所述場效應(yīng)管的漏極一路與單片機(jī)芯片的一個(gè)輸入端口連接，另一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與單片機(jī)芯片的另一個(gè)輸入端口連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的預(yù)警器，其特征在于所述場效應(yīng)管的漏極上接有一條經(jīng)電容C1接地的支路。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的預(yù)警器，其特征在于所述殼體設(shè)有防雨型報(bào)警聲響通道，其結(jié)構(gòu)為殼體內(nèi)設(shè)有一個(gè)對(duì)外敞口的聲腔[2]，敞口前方設(shè)有大于敞口的遮擋性防雨片[3]，防雨片[3]通過周向布置的銷釘[4]結(jié)構(gòu)支承在敞口前方，敞口及防雨片[3]外圍設(shè)有擋環(huán)[5]。
專利摘要
一種工頻電壓預(yù)警器,包括由感應(yīng)元件與場效應(yīng)管柵極連接構(gòu)成的感應(yīng)信號(hào)傳感器、檢測(cè)控制電路、音頻報(bào)警電路以及殼體,其特征在于:所述檢測(cè)控制電路采用單片機(jī)芯片,將專門設(shè)計(jì)的軟件程序置入芯片內(nèi),并在硬件結(jié)構(gòu)上構(gòu)成獨(dú)立硬件單元,場效應(yīng)管的漏極至少與單片機(jī)芯片的一個(gè)輸入端口連接,單片機(jī)芯片的輸出端口與音頻報(bào)警電路的輸入端連接。其特點(diǎn)是:1、充分發(fā)揮單片機(jī)特長,用軟件設(shè)計(jì)取代現(xiàn)有技術(shù)中部分硬件功能,硬件設(shè)計(jì)簡潔,集成度高;2、單片機(jī)與軟件結(jié)合技術(shù)優(yōu)勢(shì)突出,功能擴(kuò)充十分方便、靈活;3、能夠通過檢測(cè)感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度判斷不同安全等級(jí),智能化水平高;4、由于采用CMOS單片機(jī)電路設(shè)計(jì),不僅可靠性高,而且耗電量極小;5、防雨型報(bào)警聲響通道設(shè)計(jì),既有較好的發(fā)聲效果,又有較好的防雨能力。
文檔編號(hào)G01R29/08GKCN1338637SQ01127013
公開日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2001年7月19日
發(fā)明者丁躍春, 毛建良 申請(qǐng)人:蘇州普華電力工程有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan