發(fā)射機(jī)弧光取樣報(bào)警項(xiàng)目

師紅偉

（國家廣電總局554 臺(tái)，河南 鄭州 450100）

發(fā)射機(jī)的高頻高壓部分非常容易發(fā)生放電及打火現(xiàn)象，有時(shí)打火放電并不會(huì)直接引起發(fā)射機(jī)停播， 是發(fā)射機(jī)自身的一種保護(hù)。 但大多數(shù)時(shí)候發(fā)生嚴(yán)重放電打火時(shí)會(huì)造成機(jī)器過荷掉高壓，是一種威脅發(fā)射機(jī)正常播音的重大隱患。特別是打火放電剛產(chǎn)生時(shí)如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理，會(huì)造成打火現(xiàn)象更嚴(yán)重，直接威脅播音安全。自從改造天線交換開關(guān)后，轉(zhuǎn)換開關(guān)是密閉的，轉(zhuǎn)換開關(guān)的刀口若有打火現(xiàn)象不容易發(fā)現(xiàn)，形成隱患。 因此如果能在發(fā)射機(jī)剛發(fā)生打火放電產(chǎn)生弧光時(shí)就進(jìn)行報(bào)警并提示，就能夠避免故障擴(kuò)大化，為機(jī)器的安全提供保障。 為此設(shè)計(jì)制作了這個(gè)發(fā)射機(jī)弧光取樣報(bào)警項(xiàng)目， 該項(xiàng)目能夠?qū)z測(cè)發(fā)現(xiàn)的弧光進(jìn)行及時(shí)報(bào)警提示。

1 弧光取樣系統(tǒng)的建立

系統(tǒng)主要工作原理：弧光傳感器通過感應(yīng)弧光，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳給信號(hào)放大電路。 信號(hào)放大電路對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大后傳給單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC 單元，ADC 單元把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后交給單片機(jī)進(jìn)行處理。 單片機(jī)根據(jù)設(shè)置的門限值進(jìn)行判斷，如果弧光傳感器采集的信號(hào)大于門限值，則控制發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行聲光電報(bào)警， 并且通過串口把報(bào)警信息上傳到PC 機(jī)。

圖1 整體方框圖

本項(xiàng)目的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖1 所示，弧光傳感器主要負(fù)責(zé)取樣信號(hào)， 信號(hào)放大電路主要負(fù)責(zé)將弧光傳感器取樣來的小信號(hào)放大并送到單片機(jī)， 單片機(jī)主要負(fù)責(zé)判斷光信號(hào)并產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)以及將報(bào)警信號(hào)送至PC。 下面分別進(jìn)行介紹：

（1）弧光傳感器?；」鈧鞲衅魇且环N光感應(yīng)元件。當(dāng)發(fā)生接地或相間短路故障時(shí)，因有弧光產(chǎn)生并燃燒，光的強(qiáng)度將突然增加。弧光傳感器內(nèi)電子元件會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳遞給弧光保護(hù)的輔助單元。 本項(xiàng)目選擇紫外增強(qiáng)型PIN 硅光電二極管作為弧光傳感器。

主要參數(shù)： 光譜響應(yīng)范圍為300～1100nm； 響應(yīng)時(shí)間為57ns； 峰值波長為950nm； 光敏面積為3.6mm×3.6mm； 封裝為TO5。

（2）信號(hào)放大電路。 在設(shè)計(jì)信號(hào)放大電路時(shí)，本項(xiàng)目采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)放大： 第一級(jí)選擇高精度運(yùn)算放大器TLC2652 作為小信號(hào)的放大。 在TLC2652 內(nèi)部，有主放大器和較零放大器。 內(nèi)部時(shí)鐘使用放大器以450HZ 的頻率校零，可以很好地降低噪聲，非常適合微弱信號(hào)的放大。第二級(jí)主要由運(yùn)放OP07 進(jìn)行信號(hào)的放大及濾波。 TLC2652 主要構(gòu)成差分放大器，OP07 主要構(gòu)成反向放大電路，并經(jīng)過濾波輸出信號(hào)送單片機(jī)進(jìn)行處理。

（3）單片機(jī)控制及接口電路部分。 單片機(jī) （Single-Chip Microcomputer）， 即 單 芯 片 微 型 計(jì) 算 機(jī)， 將 微 處 理 器（Microprocessor）、RAM、ROM 及IO 接口等電路集成在一塊芯片上，所以它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，并且還是一個(gè)完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 它在一個(gè)系統(tǒng)中對(duì)各模塊的信息進(jìn)行收集處理，控制各部分的正常運(yùn)行，起著中央控制處理的作用，是一個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分。 目前已廣泛應(yīng)用在各領(lǐng)域，如在儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、車載安全系統(tǒng)、程控玩具、自動(dòng)化控制等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛使用。

本項(xiàng)目放大后的信號(hào)送至單片機(jī)， 單片機(jī)內(nèi)部的ADC 單元將模擬信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)， 這個(gè)工作利用程序可以很好地完成。 需要預(yù)設(shè)門限值來確定單片機(jī)的工作內(nèi)容，一方面可以進(jìn)行報(bào)警工作，另一方面可以防止誤報(bào)警。 這個(gè)門限值可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境來設(shè)定。

2 報(bào)警電路及與PC 的通信

當(dāng)弧光取樣信號(hào)大于預(yù)設(shè)門限值時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)低電平，使三極管導(dǎo)通，發(fā)光二極管和蜂鳴器通過三極管通地形成通路得電，進(jìn)行聲光報(bào)警。 同時(shí)，將這個(gè)信號(hào)送至PC。 單片機(jī)把報(bào)警信號(hào)上報(bào)給PC 機(jī)有多種方式，一種是無線的方式，可以采用433M 或者2.4G 無線模塊，也可以使用GSM/GPRS 模塊，但是考慮到電臺(tái)內(nèi)的電磁干擾現(xiàn)象， 選擇有線的方式， 本項(xiàng)目采用RS485 總線方式。

日常值班時(shí)，值班人員一旦發(fā)現(xiàn)有報(bào)警信息，待報(bào)警的發(fā)射機(jī)停機(jī)后， 一定要認(rèn)真仔細(xì)地對(duì)報(bào)警部位進(jìn)行檢查并做好相應(yīng)的處理工作，該打磨打火痕跡的要打磨，打火嚴(yán)重的該更換器件的更換器件，避免故障擴(kuò)大。

3 結(jié)語

該項(xiàng)目制作成功后，安裝在發(fā)射機(jī)的射頻高壓部分，包括三單元槽路、負(fù)載線圈部分、諧波濾波器、平衡轉(zhuǎn)換器以及天線交換開關(guān)刀口處，只需要將取樣頭安裝在相應(yīng)的位置。 通過對(duì)光的強(qiáng)度的檢測(cè)，可以順利地對(duì)弧光信號(hào)進(jìn)行報(bào)警提示。 特別是平時(shí)不是很方便檢查的天線交換刀口部分， 很容易就能夠?qū)ζ浯蚧馉顩r進(jìn)行報(bào)警。 該項(xiàng)目對(duì)于發(fā)射機(jī)的播音安全提供了技術(shù)上的保證， 特別對(duì)易發(fā)生打火現(xiàn)象的真空電容等貴重器件提供了很好的保護(hù)支持。

該項(xiàng)目還可以運(yùn)用到一些高壓配電上面對(duì)其設(shè)備進(jìn)行報(bào)警保護(hù)，還可以擴(kuò)展到將控制設(shè)備的信號(hào)加至單片機(jī)控制口，對(duì)設(shè)備進(jìn)行關(guān)斷保護(hù)，有很好的應(yīng)用價(jià)值。

[1]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京：北京航空大學(xué)出版社，1998.