一種節能警示燈的設計與實現

王冠華，蔡榮忠

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司會澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

0 引言

安全警示燈起著安全提醒的作用，主要用于危險作業場所。會澤卷煙廠的安全警示燈主要安裝在物流高架庫、平庫的出入庫裝卸平臺，其作用是貨物裝卸作業時提醒過往車輛和行人注意安全。現有安全警示燈易損壞，維修困難，使用壽命較短，而且安全警示燈能耗高，不符合企業節能減排的相關規定。

1 現狀分析

物流信息科成品高架庫、輔料高架庫、老綜合車間以及原料庫的裝卸平臺均安裝了安全警示燈，在裝卸貨物時開啟，起到安全警示的作用。2020 年3—4 月，對各個裝卸平臺的安全警示燈使用壽命做了調查統計，發現其使用壽命低，平均使用壽命才25.7 d，安全警示燈使用壽命調查統計見表1。

表1 安全警示燈使用壽命調查統計

在安全警示燈使用8 h 之后，對其溫度進行測量，發現其內部溫度高達70 ℃。分析發現導致安全警示燈在使用過程中問題頻出，主要體現在以下3 個方面：①傳動機構的齒輪采用塑料材質，由于電子元器件處于封閉狀態，而隨著使用時間的增加，元件發熱，溫度劇增，易造成齒輪變形，故障頻次高；②燈泡采用普通白熾燈，不僅總體耗電量高，而且性能不穩定，壽命較短；③安全警示燈使用壽命短，頻繁更換安全警示燈不僅增加成本費用，也增加了人工勞動成本，將對過往車輛和行人安全造成潛在風險。

2 安全警示燈工作原理

安全警示燈電路如圖1 所示，其原理如下：將市網AC 220 V由變壓器降壓為AC 24 V，經橋式全波整流電路轉換為DC 24 V，由于整流后的電流呈波浪狀，根據電容器C 的充放電特性進行濾波，輸出穩定的DC 24 V，為安全警示燈和旋轉電機供電；傳動機構由一對齒輪組成，主齒輪直接安裝于直流電機上，從動齒輪上方安裝中空的對稱式喇叭立體結構裝置，表面是金屬反光面。工作時，直流電機通電后驅動齒輪，通過機械傳動裝置，由從動齒輪帶動喇叭立體結構裝置旋轉。安全警示燈保持常亮狀態，其通過旋轉裝置的中空位置傳播光線，并由旋轉裝置反射面擴散出來，經光線的不斷接通和遮擋，形成閃爍的效果，從而起到警示作用。

圖1 安全警示燈電路

3 節能警示燈的設計

改造目的是提供一種節能警示燈電路結構，解決現有技術中的不足，解決警示燈能耗高、故障率高、燈罩內部溫度過高的問題，使它能夠達到節能，延長使用壽命的效果。節能警示燈總體結構如圖2 所示。

圖2 總體結構

設計提出一種節能警示燈電路結構，節能警示燈主要由電源模塊、驅動模塊、繼電模塊、照明燈、報警裝置組成。其中，轉換模塊用于將220 V 交流電轉換為低電壓直流電，驅動模塊用于產生控制繼電器的電信號，以使LED 燈能夠根據繼電器通斷。使用過程中，當需要報警的時候，驅動模塊向繼電器輸出電信號，通過控制電信號的間隔頻率，能夠達到使LED 燈不斷閃爍的效果，同時驅動模塊驅動報警裝置發出聲音報警。

3.1 電源模塊

電源模塊由AC 220 V 電源和變壓器構成，變壓器輸出DC 5～12 V 的電壓，為驅動模塊提供穩定的電源，AC 220 V 電源為燈泡提供工作電壓。

3.2 驅動模塊

驅動模塊內設有振蕩芯片，振蕩芯片用于產生脈沖周期間隔為1 s 的5～12 V 直流矩形脈沖信號，設計時選擇使用12 V 直流矩形脈沖信號。具體實施時，驅動模塊是振蕩芯片為核心的集成電路，內部電容循環往復地充放電，觸發振蕩芯片產生振蕩，輸出12 V 的直流矩形脈沖信號，脈沖周期間隔為1 s。選用的驅動模塊型號為NE555，芯片內部功能如圖3 所示，NE555 芯片各個引腳功能見表2。

圖3 NE555 芯片內部功能

表2 引腳功能

555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當5 腳懸空時，則電壓比較器C1 的同相輸入端的電壓為的反相輸入端的電壓為若觸發輸入端TR的電壓小于則比較器C2 的輸出為0，可使RS 觸發器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH 的電壓大于同時TR 端的電壓大于則C1 的輸出為0，C2 的輸出為1，可將RS 觸發器置0，使輸出為低電平。

綜上所述，555 芯片附近的電容C 循環往復地進行充電和放電，從而觸發555 芯片產生振蕩，輸出矩形脈沖，脈沖周期間隔1 s，也就是末端控制燈泡每秒鐘閃爍一次。

3.3 繼電模塊

繼電器是一種靠電磁感應工作的自動化電器開關，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。繼電器選用無觸點開關的固態繼電器，具有高壽命，高可靠性等優點，其輸入端為線圈，由線圈控制輸出端工作，輸入端連接驅動模塊的輸出端，由驅動模塊控制固態繼電器的線圈是否通電，同時將電源模塊的AC 220 V 電源接入固態繼電器的輸出端，工作時，線圈接收驅動模塊的矩形脈沖信號，繼而控制輸出端產生矩形脈沖信號，輸出220 V 的矩形脈沖交流電壓。

3.4 照明燈

選用LED 節能燈泡，其接線端子直接與固態繼電器輸出端相連，節能警示燈根據矩形脈沖信號，有規律地保持接通和斷開，頻閃周期為1 s。

3.5 報警裝置

為了提高警示效果，報警裝置采用蜂鳴器，蜂鳴器與驅動模塊電連接，驅動模塊用于在需要報警時向蜂鳴器供電，促使蜂鳴器一直發出警報聲音，提示安全作業。接線組裝完成后，現場測試驗證實施效果：

（1）節能效果。方案實施改進后，節能效果顯著，將警示燈的工作方式由旋轉改為頻閃，由常亮變成閃亮，工作時間減半，同時選用LED 節能燈泡，節能效果高達93.75%，具體分析如下：

原有安全警示燈功耗分別為：①零散焊接組合電子元件驅動功耗35 W；②燈泡23 W；③旋轉電機30 W。

合計：35+23+30=88 W

現使用新技術的安全警示燈功耗分別為：①集成芯片驅動電路模塊3 W；②LED 節能燈泡為5 W，但因頻閃警示頻率間隔為1 s，工作時間減半，故實際功耗為2.5 W；

合計：3+2.5=5.5 W

每小時每盞燈節能效果為（（88-5.5）/88）×100%=93.75%

（2）使用壽命。安全警示燈減少熱能的釋放，大幅降低燈罩內部溫度，提高了警示燈的使用壽命。從2020 年8 月開始統計10 盞新安全警示燈的使用壽命，至今已使用一年多，無一警示燈損壞，平均使用壽命得到大幅提高。同時安全警示燈通電后，LED燈均每秒鐘閃爍1 次，通電工作8 h 后，安全警示燈內部的溫度皆小于40 ℃，達到了預期的目標。

4 結束語

創新設計一種節能警示燈，改變其原有的工作模式，利用驅動模塊產生周期性的直流矩形脈沖信號，并通過該直流矩形脈沖信號對繼電器進行控制，從而實現LED 燈與AC 220 V 電網之間的導通與斷開的頻繁切換，繼而達到使LED 燈按一定頻率進行閃爍的效果，同時蜂鳴器聲音預警，實現聲光報警的目的。節能警示燈解決使用壽命短和能耗高兩個主要問題，即保證裝卸過程中的警示作用，也促進工廠的安全管理工作。