專利名稱：工頻電壓預警器的制作方法
技術領域：
本實用新型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)必備的能預警近距離工頻交流電場存在的便攜式電子預警器。
背景技術：
工頻電壓預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。現(xiàn)有技術中，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?zhí)枮?7106269.2，公開號為CN1190190A的發(fā)明專利申請。該專利申請以便攜式工頻交流電場報警裝置為主題公開了一種具有一定代表性的技術方案，具體由場效應管、施密特觸發(fā)器、計數(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管、555集成電路和壓電陶瓷片構成的簡易型“高壓感應報警器”相比靈敏度高，可靠性好，具有較強的抗干擾性能，尤其是抗靜電性能，但是隨著技術進步，以上技術方案仍存在以下不足1、由于采用數(shù)字脈沖電路設計構思，硬件電路結構復雜，而且耗電量大，尤其是由施密特觸發(fā)器、計數(shù)器以及振蕩器組成的檢測控制電路相當復雜；2、由于硬件電路的局限，抗靜電和雜散強電場的能力有待進一步提高；3、智能化水平低，如只能預警工頻電壓存在，而無法識別不同電壓等級；4、對電池的電力只能采用手動檢測方式，沒有開機自動自檢功能，如果使用者開機后忘記電池電力檢測，一旦電池耗盡，報警器停止工作，容易引起更大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的是提供一種硬件結構簡潔，功能強，可靠性高，抗干擾能力強，而且經(jīng)濟實用的便攜式工頻電壓預警器。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種工頻電壓預警器，由感應信號傳感器、檢測控制電路、音頻報警電路以及殼體組成，感應信號傳感器由感應元件與場效應管柵極連接構成，檢測控制電路采用內(nèi)設軟件的單片機芯片，并在硬件結構上構成獨立硬件單元，傳感器的輸出至少與單片機芯片的一個輸入端口連接，單片機芯片的輸出端口與音頻報警電路的輸入端連接。
上述技術方案中，所述“感應元件”是指金屬感應板、電容器等對工頻電場能產(chǎn)生電壓感應信號的元件。所述“檢測控制電路”是指一種能判別工頻電場存在并指揮報警的電路總稱。所述“內(nèi)設軟件”是指在單片機內(nèi)置專門設計的計算機程序。所述“單片機”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，不強調(diào)它的具體硬件構架，系列、型號等因素，而單片機則是從具體硬件構架角度出發(fā)(硬件為一塊芯片)來描述它的功能。所述“獨立硬件單元”是指在硬件結構上它是一塊集成電路芯片。對于本實用新型來說上述概念具有重要意義，因為它不僅關系到整個電路的結構設計，而且還涉及到特定的連接關系，換句話說，它可以反映一種電路結構設計的特點、質(zhì)量和可靠性等體現(xiàn)新穎性和創(chuàng)造性的構思問題，比如，電路結構設計是否簡潔可靠，是否具有經(jīng)濟性和實用價值等。
上述技術方案中，關于傳感器信號到底分幾路接入單片機輸入端口與功能有關。具體包括下列變化情況1、一路工頻電場周期檢測如果僅需要檢測工頻周期，只要采用一路工頻電場周期檢測即可，此時場效應管的漏極與單片機芯片的一個輸入端口連接。這種方案是利用單片機與軟件結合，通過檢測工頻電場的周期(比如連續(xù)判斷8個周期)來準確判斷工頻電壓的存在，并實行報警。
所述單片機芯片可以選用如下型號之一美國Microchip公司PIC12C5××、PIC12LC5××；PIC12CE5××、PIC12LCE5××；PIC12C67×、PIC12LCE67×；PIC12CE67×、PIC12LCE67×；PIC18F0××；美國ATMEL公司AT90LS2323、AT90LS2343；臺灣義隆電子公司EM78P152、EM78P/153。
以上單片機型號中“×”和“××”表示一位和兩位數(shù)字系列，相當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，另一路工頻電場強度檢測如果既要檢測工頻周期，又要檢測工頻電場強度(即靠近的程度)，就要將傳感器信號分兩路與單片機輸入端口連接。應當注意的是檢測工頻電場強度需要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)換器的單片機芯片，場效應管的漏極分別與單片機芯片的兩個輸入端口連接，其中一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與輸入端口連接。所述單片機芯片可以選用如下型號之一美國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獨立硬件單元的A/D轉(zhuǎn)換器。此結構中所述場效應管的漏極一路與單片機芯片的一個輸入端口連接，另一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與單片機芯片的另一個輸入端口連接。
上述技術方案中，為了提高抗干擾能力，所述場效應管的漏極上接有一條經(jīng)電容C1接地的支路。為了實現(xiàn)電池開機自檢功能，可以將單片機的一個輸入端口接電池正極，并通過內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器來檢測電池電壓。
上述技術方案中，為了提高報警發(fā)聲音量和效果，所述殼體設有防雨型報警聲響通道，其結構為殼體內(nèi)設有一個對外敞口的聲腔，敞口前方設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構支承在敞口前方，敞口及防雨片外圍設有擋環(huán)。
本實用新型工作原理是參見附圖3，當本工頻電壓預警器接近工頻電場時，在其金屬感應板上產(chǎn)生感應信號，并送至場效應管柵極，經(jīng)場效應管V1放大后在其漏極D端輸出一個與工頻電場同周期的脈沖信號，該脈沖信號送至單片機的輸入端口GP0、GP2，再由單片機中內(nèi)軟件對信號頻率進行分析測量，輸入端口GP0用于檢測周期，輸入端口GP2用于檢測電場強度。如果只需要檢測周期來判斷工頻電壓存在的正確性時，單片機通過輸入端口GP0測到的脈沖信號頻率與工頻相同(50Hz，連續(xù)判斷8個周期，也可以相應增加或減少判斷周期數(shù))，單片機的GP1腳端輸出報警信號，經(jīng)三極V2放大后推動變壓器T，并由變壓器T升壓后加到壓電陶瓷片蜂嗚器上產(chǎn)生報警聲響。如測到的頻率不是工頻信號(如靜電、雜散電場等干擾信號)，則單片機不輸出報警信號。如果既要檢測周期，又要檢測電場強度時，單片機則按以上原理通過輸入端口GP0檢測周期。檢測強度的原理為感應信號通過輸入端口GP2經(jīng)單片機內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，再將該數(shù)字量的值與預先設定的等級排列值進行比較，得出工頻電場的高低和遠近等級，最后根據(jù)等級高低選擇不同程度的音頻報警信號，比如急促聲、平緩聲等各種變化。
本實用新型的報警靈敏度可以通過調(diào)整金屬感應板面積大小來確定，也可以在具體實施中選擇不同靈敏度的場效應管V1來改變。
本實用新型中的電容C1是濾波電容，可以通過它濾除部分干擾信號，提高檢測頻率的準確性。
本實用新型防雨型報警聲響通道工作時防雨片既有擋雨作用，又有反射共嗚作用，使報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入預警器內(nèi)。
由于上述技術方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點1、本實用新型充分利用單片機與軟件結合的技術優(yōu)勢，不僅使工頻電壓預警器的功能更強大，工作更可靠，而且硬件電路簡結，元器件數(shù)量大大減少，體積小且便于攜帶。
2、本實用新型充分發(fā)揮單片機芯片的特長，用軟件設計取代現(xiàn)有技術中部分硬件功能，從而很好的解決了靜電誤報和雜散強電場誤報的技術問題。
3、本實用新型由于采用CMOS單片機電路設計，因此不僅可靠性高，而且耗電量極小。
4、本實用新型利用軟件與硬件結構較好地解決了開機自動自檢的技術問題。
5、本實用新型通過檢測工頻電場強度，識別不同安全等級，輸出不同安全等級的音頻報警信號，使工頻電壓預警實現(xiàn)智能化，從而進一步提高了安全可靠性。
6、由于單片機與軟件結構應用，本實用新型功能擴充十分方便、靈活。
7、本實用新型防雨型報警聲響通道設計，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)時發(fā)聲效果更好。


附圖1為本實用新型原理圖；附圖2為本實用新型軟件框圖；
附圖3為本實用新型實施例電路原理圖；附圖4為本實用新型防雨型報警聲響通道結構示意圖。
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)。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見附圖1、附圖3和附圖4，一種利用工頻電場周期性特征來檢測判斷工頻電壓的預警器，由感應傳感器、單片機、音頻報警電路、電源和殼體組成。傳感器由感應元件和場效應管組成，感應元件為金屬感應板，場效應管為結型場效應管，金屬感應板與場效應管的柵極連接，漏極作為信號輸出端，以此構成傳感器結構。單片機采用美國Microchip公司的PIC12LC508A芯片，該芯片由CMOS電路構成，并將專門設計的軟件程序置入芯片內(nèi)，場效應管的漏極D與單片機芯片的輸入端口GP0經(jīng)電阻R1連接，單片機芯片的輸出端口GP1經(jīng)電阻R2與音頻報警電路的輸入端連接。所述音頻報警電路由三極管V2、變壓器T和壓電陶瓷蜂嗚片[1]組成，三極管V2作為音頻信號放大器，基極為輸入端，發(fā)射極接地，集電極接負載變壓器T，壓電陶瓷蜂鳴片[1]接在變壓器T上。所述場效應管的漏極上按有一條經(jīng)電容C1接地的支路。單片機的Vss接地，Vdd接電源正極。為了實現(xiàn)電池開機自檢功能，將單片機的一個輸入端口GP4接電池正極，通過內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器來檢測電池電壓并試報警。為了提高報警發(fā)聲音量和效果，所述殼體設有防雨型報警聲響通道，其結構為殼體內(nèi)設有一個對外敞口的聲腔[2]，敞口前方設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]結構支承在敞口前方，敞口及防雨片[3]外圍設有擋環(huán)[5]。
實施例二參見附圖1、附圖3和附圖4，一種利用工頻電場周期和強度來檢測判斷工頻電壓存在的預警器，由感應傳感器、單片機、音頻報警電路、電源和殼體組成。傳感器由感應元件和場效應管組成，感應元件為金屬感應板，場效應管為結型場效應管，金屬感應板與場效應管的柵極連接，漏極作為信號輸出端，以此構成傳感器結構。單片機采用美國Microchip公司的PIC12LCE67×系列芯片，該芯片由CMOS電路構成，自帶A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)設軟件程序，場效應管的漏極D的一路經(jīng)電阻R1與單片機芯片的輸入端口GP0連接(該路檢測周期)，另一路與單片機芯片的輸入端口GP2連接，GP2輸入端口內(nèi)設A/D轉(zhuǎn)換器(該路檢測強度)，單片機芯片的輸出端口GP1經(jīng)電阻R2與音頻報警電路的輸入端連接。所述音頻報警電路由三極管V2、變壓器T和壓電陶瓷蜂嗚片[1]組成，三極管V2作為音頻信號放大器，基極為輸入端，發(fā)射極接地，集電極接負載變壓器T，壓電陶瓷蜂嗚片[1]接在變壓器T上。所述場效應管的漏極上接有一條經(jīng)電容C1接地的支路。單片機的Vss接地，Vdd接電源正極。為了實現(xiàn)電池開機自檢功能，將單片機的一個輸入端口GP4接電池正極，通過內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器來檢測電池電壓并試報警。為了提高報警發(fā)聲音量和效果，所述殼體設有防雨型報警聲響通道，其結構為殼體內(nèi)設有一個對外敞口的聲腔[2]，敞口前方設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]結構支承在敞口前方，敞口及防雨片[3]外圍設有擋環(huán)[5]。
權利要求1.一種工頻電壓預警器，包括由感應元件與場效應管柵極連接構成的感應信號傳感器、檢測控制電路、音頻報警電路以及殼體，其特征在于所述檢測控制電路采用內(nèi)設軟件的單片機芯片，并在硬件結構上構成獨立硬件單元，傳感器的輸出至少與單片機芯片的一個輸入端口連接，單片機芯片的輸出端口與音頻報警電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的預警器，其特征在于所述場效應管的漏極與單片機芯片的一個輸入端口連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的預警器，其特征在于所述單片機芯片可以選用如下型號之一美國Microchip公司PIC12C5××、PIC12LC5××；PIC12CE5××、PIC12LCE5××；PIC12C67×、PIC12LCE67×；PIC12CE67×、PIC12LCE67×；PIC18F0××；美國ATMEL公司AT90LS2323、AT90LS2343；臺灣義隆電子公司EM78P152、EM78P/153。
4.根據(jù)權利要求1所述的預警器，其特征在于所述單片機為自帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機芯片，場效應管的漏極分別與單片機芯片的兩個輸入端口連接，其中一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與輸入端口連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的預警器，其特征在于所述單片機芯片可以選用如下型號之一美國Microchip公司PIC12C67×、PIC12LCE67×；PIC12CE67×、PIC12LCE67×；PIC18F0××。
6.根據(jù)權利要求1所述的預警器，其特征在于所述場效應管的漏極一路與單片機芯片的一個輸入端口連接，另一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后與單片機芯片的另一個輸入端口連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的預警器，其特征在于所述場效應管的漏極上接有一條經(jīng)電容C1接地的支路。
8.根據(jù)權利要求1所述的預警器，其特征在于所述殼體設有防雨型報警聲響通道，其結構為殼體內(nèi)設有一個對外敞口的聲腔[2]，敞口前方設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]結構支承在敞口前方，敞口及防雨片[3]外圍設有擋環(huán)[5]。
專利摘要一種工頻電壓預警器,包括由感應元件與場效應管柵極連接構成的感應信號傳感器、檢測控制電路、音頻報警電路以及殼體,其特征在于:所述檢測控制電路采用單片機芯片,將專門設計的軟件程序置入芯片內(nèi),并在硬件結構上構成獨立硬件單元,場效應管的漏極至少與單片機芯片的一個輸入端口連接,單片機芯片的輸出端口與音頻報警電路的輸入端連接。其特點是:1、充分發(fā)揮單片機特長,用軟件設計取代現(xiàn)有技術中部分硬件功能,硬件設計簡潔,集成度高;2、單片機與軟件結合技術優(yōu)勢突出,功能擴充十分方便、靈活;3、能夠通過檢測感應信號強度判斷不同安全等級,智能化水平高;4、由于采用CMOS單片機電路設計,不僅可靠性高,而且耗電量極小;5、防雨型報警聲響通道設計,既有較好的發(fā)聲效果,又有較好的防雨能力。
文檔編號G01R29/00GK2498613SQ012449
公開日2002年7月3日 申請日期2001年7月19日 優(yōu)先權日2001年7月19日
發(fā)明者丁躍春, 毛建良 申請人:蘇州普華電力工程有限公司