多用途人体感应语音告警器的研制

马明明

（国网河南新密市供电公司河南新密452370）

摘要：在智能变电站蓬勃发展的时代，电力设施日新月异，智能化水平不断完善。与先进的组合电器、智能保护相比，变电站内四处悬挂的安全标示牌显得极不起眼，但它却是保证工作人员安全的主要技术措施之一，不可或缺。

关键词：多用途；人体感应；语音告警器；研制

引言

操作二队QC小组骨干成员马明明发现传统标识牌有一定的局限性，例如光线弱时看不清，位置不佳时不宜察觉等。为了完善传统标识牌不足之处，最大限度地杜绝违章操作的可能，更进一步加强对工作人员的安全保障，研制一个在感知工作人员进入高压设备带电区域时能自动发出语音告警的装置就很有必要。

1方案分析

安全标示牌是保证工作人员安全的主要技术措施之一，不可或缺。其内容有：安全,禁止,警告,指令,提示,线路,消防,通信,限速等。

在日常运维工作中，操作二队QC小组成员马明明发现传统标识牌有一定的局限性。例如只能看不能听、摆放位置不佳时不宜察觉、光线弱时看不清，起不到全工况，多方位警示作用，对变电站一线运维人员造成了一定的安全隐患，对不熟悉工作环境的外来人员安全隐患更大。为了解决这一问题，利用现有科学技术手段发散思维，小组成员马明明想出了研制一个人体感应语音告警的自动装置来完善传统标识牌的局限性。

把有效探测距离≥5米、报警时播报提前录制的语音作为本次课题主要目标。

经小组分析讨论并设计出此装置的工作流程图和系统结构图。如图1、图2所示：

如图2所示，当探测模块没有探测到人体信号时，输出低电平U；当探测模块探测到人体信号时，将人体信号转变为电信号，经整流电路向触发模块继电器输入端输入高电平U。触发模块即微型继电器，其输入端电压为U1时继电器不动作，输出端为常开；继电器输入端电压U≧继电器动作电压U时，继电器动作，输出端闭合，即语音模块语音播报回路闭合。语音模块语音播报回路闭合后，语音模块向功放模块传输音频信号，数字功放模块驱动发音单元工作，同时指示灯亮；录音开关按下后，语音模块进入录音模式，同时指示灯亮。

通过对装置各模块及流程进行详细分析，确定各模块电路可以实现对接，接下来针对这一结构设想提出多种解决方案。

方案一：使用超声波探测法法。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2。这种方法优点：技术成熟可靠，检测距离远；缺点：1)探测角度、范围小。2)任何物体都能够探测到，易误动。

方案二：采用DSP智能摄像机检测法。DSP即数字信号处理，是利用数字计算机以数值计算的方法对信号进行采集、变换、估值、识别等加工处理，达到应用提取有用信息目的。将摄像机摄取的一整幅画面平均分成48个小块，并连续检测每一个小块的图像变化。一旦检测到有运动物体，该摄像机即可通过视频电缆将报警信息回传到中心端，并启动录像机、报警器等相关设备。这种方法优点：智能化功能丰富；缺点：光线差的时候不起作用。

方案三：采用人体红外感应探测法。红外探测器是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。环境辐射对两个极化方向正好相反的热释电元几乎具有相同的作用，其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人进入探测区域，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警这种方法优点：1)探测对象专为人体设计，探测准确度高，2)受环境影响小；3)成本低。通过对比，选用方案三进行研制。

2告警器研制

按照选定的人体红外感应探测方案，结合工作实际经验和工作理论需要，绘制出电路图（如图2），并对相对应模块进行分析和探讨。

如图3所示：探测触发模块、语音模块和功放音响模块工作原理如下：

(1)探测触发模块：当人体感应模块没有探测到人体红外信号时输出电平0V。

当人体感应模块探测到人体红外信号后，经三极管向信号动作单元继电器输入回路输出3.3V电平，使继电器动作，输出回路闭合，告警指示灯亮，语音播报回路闭合。当人体感应模块持续探测到有人体红外信号时，持续向继电器输入回路输出3.3V电平，使继电器输出回路保持闭合。当人体感应模块在复归时限Δt内探测到人体红外信号离开检测范围时，待Δt一过，输出的电平由3.3V变为0V，待继电器的复归时限过后继电器输出回路断开，告警指示灯灭。

(2)语音模块：按下录音开关REC时，录音指示灯亮，咪头把人声转化为电信号传输给语音芯片ISD1820P，语音芯片把信息存储在存储器中，之前所录信息随之抹除；松开录音开关后，录音指示灯灭，录音结束。放音试验开关PLAY闭合一次后，语音播放指示灯亮，语音芯片将存储器中的语音信息转化为数字音频信号传输给功放模块，待语音播放完毕，语音播放指示灯灭，等待下次放音回路闭合。

(3)功放发声模块：语音录放单元向功放模块传输音频信号时，功放模块放大音频信号驱动扬声器工作，提醒工作人员注意。

经过硬件研制小组的努力，终于完成了探测触发模块、语音模块、功放发声模块组建。调试小组根据前期实验数据进行论证，对硬件进行反复调整。小组在组装好样机之后，进行初步验证，经100KV曲梁变电站现场实验，装置声光报警能够正确动作。对其进行现场进行效果确认，统计出各个电压等级工作环境下的报警距离：

从表中数据显然可以看出，本装置告警告警距离均大于目标值5米，动作准确稳定，说明我们目标实现了！多用途人体感应语音告警器研制成功了！

3获取的技术效益

此装置投资少，使用方便，灵敏度高，可靠性强且白天黑夜户内、外均可使用，提醒工作人员防止做出可能导致触电事故的各种违章操作，为保障人身、设备的安全增加了一道安全门。另外，该装置也可用于军事管制、公安警戒区、消防通道、营业厅网点，电梯，自动扶梯和其它需要提醒有关人员注意的安全防范区域。

参考文献

未完善！