国网浙江建德市供电有限公司 浙江建德 311600
摘要：电力施工、高压试验现场均具有一定的危险性，需要采用防护围栏避免无关人员误入现场。传统的尼龙制作的伸缩带虽然具有一定的安全警示作用，但依然存在一定的安全漏洞。采用LPC系列的32位单片机设计智能型安全围栏报警系统，由智能电源箱、手持控制终端、红外信号采集模块构成。经测试，该系统能大大提高电力施工现场的安全性，具有良好的应用价值。
关键词：智能型；安全围栏；报警系统；设计
一、概述
尼龙制成的伸缩带是用于电力施工、高压试验现场的隔离警示作用，用于保护现场操作人员的人身安全或重要物件的安全。但是，传统的尼龙伸缩带，现场使用中当场地空旷时会导致伸缩带无合适地方缠挂，伸缩带缠挂的高度太高或太低都造成一定的安全漏洞，会导致现场试验无关人员会钻入或跨过警示隔离带进入高压试验危险区域，造成被电击的人身伤害诱发试验安全事故，由于尼龙伸缩带无发在无关人员进入高压试验危险区域后不能及时做出警告处理存在严重的使用缺陷[1]。为更好的提高安全围栏的隔离效果，本文基于LPC系列单片机设计一种智能型安全围栏报警系统，对提高隔离警示作用效果，有效保障操作人员安全，有着非常重要的作用。
二、设计与实现
1、设计依据
本项目智能型安全围栏报警系统装是基于红外线检测技术设计。其工作原理是：红外发射管发射（不可见）红外光，对面红外接收管检测到红外光后输出电流通过整形放大电路输出高电平至信号采集模块单片机。当有物体闯入警戒光栅线，会遮断红外发射模块发射的红外信号，另一侧的红外接收模块则收不到红外信号，红外接收模块的检测单元会将“遮断”信号通过无线传输通知给主机控制箱，主机控制箱接收到“遮断”信号后自动切断试验供电电源并发出声光报警，起到安全警示和保护人员设备安全的作用[2]。
控制器现状最常用的就是AT89系列的8位单片机。此单片机工作主频最大12MHz，内置最大64KB程序存储器和4KB数据存储器，可用引脚也只有28个，不能进行在线仿真调试[3]。它价格便宜，但功能比较少。不符合本次设计的要求。所以本次设计采用LPC系列控制器（LPC2134），其工作在72MHz主频下，内置256KB程序储存器和32KB数据存储器，引脚、串口、SPI接口等能最大程度上满足设计需求，实现数据处理、传输和存储，既可以外接U盘，也可以与PC机进行通讯，在该芯片的测试过程中，调试结果符合要求，同时该芯片还能支持后期拓展功能的增加，这样就大大增加了方案的灵活性。
在红外收发模块中发射管和接收管选择的过程中，我们需要考虑红外收发模块的性能参数，为了准确高效的检测人员进入试验区域，必须实时定频发射红外光以减小功率损耗延长红外发射管使用寿命，定频发射整机功耗增加，发射管易老化[4]。本项目采用红外线波长940nm发射管，发射频率1.92Khz。
2、系统结构
智能型安全围栏报警系统装置主要包括智能电源箱、手持控制终端、红外信号采集模块[5]。其中智能电源箱主板控制器型号为LPC1752FBD80（生产厂家：荷兰恩智浦）。手持终端主板控制器型号：LPC1752FBD80（生产厂家：荷兰恩智浦）。红外接收管型号：TSOP34138（生产厂家：德国VISHAY）。红外发射管型号：TSAL6200红外940nm（生产厂家：德国VISHAY）。显示屏型号：AT035AN01（生产厂家：中国台湾群创光电）。
红外信号采集模块的系统结构主要包括RAM控制器、无线收发模块、红外接收模块、红外发射模块和供电电源等，如图所示。
.png)
红外信号采集模块
红外检测装置采用ABS塑胶防水外壳设计，红外检测装置右侧面安装红外接收装置，正侧面安装红外接收装置，4个红外检测单元组成一个矩形电子围栏。红外检测装置底部安装磁性固定装置，安装拆卸更加灵适合不同试验场所使用的，装置组成示意图如图3所示。
.png)
图3 装置组成示意图
工作流程：红外围栏检测到有物体遮挡红外信号，通过红外检测控制模块通过无线通讯方式告知电源控制箱和手持终端，电源控制箱通过内部控制器切断电源输出并通过语音播报提示几号围栏检测到异常，同时手持终端同步显示几号围栏检测到异常。在试验人员确认危险异常已处理后可通过手持终端发送开启电源命令给电源控制箱，电源控制箱再次接通电源进入工作状态。
三、关键技术及要点
1、多路红外线形成光栅同步检测
由于红外发射管和其他可见光发光二极管类似，光发射出去是一个夹角10°左右的一个光柱而不是一条直线，这样相邻两个发射管发射的光源会重叠在对面同一个接收管上，本项目采用凹型反光镜收窄形成一个光束，增加两组红外收发模块的间距解决上述问题[6]。
2、选择采用L型夹角模式安装。
将红外收发模块呈L型夹角模式安装立柱的两面，可以避免两个方向之间红外光相互干扰，并有效增加材料利用率，减轻设备重量易于携带更适合野外作业。
四、结束语
智能型安全围栏报警系统装置的应用，能实现高压试验场合、贵重物品堆放区域设立智能警戒。安全围栏能自动检测有无人员闯入试验区域，有人员闯入红外围栏后能在500mS内发出声光报警并自动切断试验电源，保证试验人员电力设备的安全，降低触电安全隐患，断绝安全事故发生。
参考文献
[1]张怀军，曹付民，彭梓元，等.智能型电力施工安全围栏的设计与应用[J].湖北科技学院学报，2018，38（3）：7-11.
[2]杨帅.智能电子围栏系统的设计[D].中国人民公安大学，2019.
[3]李锐.基于AT89C51单片机的大棚温控系统设计[J].电子制作，2020（2）：8-10.
[4]刘锋，许宏飞.智能安全围栏的研究及应用[J].电工技术，2016（2）：206.
[5]帅建坤，姬青杉，赵裴，等.基于移动网络的铁路施工安全报警系统的设计及应用[J].科技与创新，2019（3）：141-143.
[6]李慧洁.民航空管安全保卫系统设计方案及风险防控设计[J].认证技术，2018（10）：72-74.