发射机弧光取样报警项目

师红伟

（国家广电总局554 台，河南 郑州 450100）

发射机的高频高压部分非常容易发生放电及打火现象，有时打火放电并不会直接引起发射机停播， 是发射机自身的一种保护。 但大多数时候发生严重放电打火时会造成机器过荷掉高压，是一种威胁发射机正常播音的重大隐患。特别是打火放电刚产生时如果不能及时发现并进行处理，会造成打火现象更严重，直接威胁播音安全。自从改造天线交换开关后，转换开关是密闭的，转换开关的刀口若有打火现象不容易发现，形成隐患。 因此如果能在发射机刚发生打火放电产生弧光时就进行报警并提示，就能够避免故障扩大化，为机器的安全提供保障。 为此设计制作了这个发射机弧光取样报警项目， 该项目能够对检测发现的弧光进行及时报警提示。

1 弧光取样系统的建立

系统主要工作原理：弧光传感器通过感应弧光，把光信号转换为电信号，传给信号放大电路。 信号放大电路对小信号进行放大后传给单片机的模数转换ADC 单元，ADC 单元把模拟信号转换为数字信号后交给单片机进行处理。 单片机根据设置的门限值进行判断，如果弧光传感器采集的信号大于门限值，则控制发光二极管和蜂鸣器进行声光电报警， 并且通过串口把报警信息上传到PC 机。

图1 整体方框图

本项目的电路设计方框图如图1 所示，弧光传感器主要负责取样信号， 信号放大电路主要负责将弧光传感器取样来的小信号放大并送到单片机， 单片机主要负责判断光信号并产生报警信号以及将报警信号送至PC。 下面分别进行介绍：

（1）弧光传感器。弧光传感器是一种光感应元件。当发生接地或相间短路故障时，因有弧光产生并燃烧，光的强度将突然增加。弧光传感器内电子元件会将光信号转换为电信号，并传递给弧光保护的辅助单元。 本项目选择紫外增强型PIN 硅光电二极管作为弧光传感器。

主要参数： 光谱响应范围为300～1100nm； 响应时间为57ns； 峰值波长为950nm； 光敏面积为3.6mm×3.6mm； 封装为TO5。

（2）信号放大电路。 在设计信号放大电路时，本项目采用两级级联放大： 第一级选择高精度运算放大器TLC2652 作为小信号的放大。 在TLC2652 内部，有主放大器和较零放大器。 内部时钟使用放大器以450HZ 的频率校零，可以很好地降低噪声，非常适合微弱信号的放大。第二级主要由运放OP07 进行信号的放大及滤波。 TLC2652 主要构成差分放大器，OP07 主要构成反向放大电路，并经过滤波输出信号送单片机进行处理。

（3）单片机控制及接口电路部分。 单片机 （Single-Chip Microcomputer）， 即 单 芯 片 微 型 计 算 机， 将 微 处 理 器（Microprocessor）、RAM、ROM 及IO 接口等电路集成在一块芯片上，所以它体积小、质量轻、价格便宜，并且还是一个完善的计算机系统。 它在一个系统中对各模块的信息进行收集处理，控制各部分的正常运行，起着中央控制处理的作用，是一个系统的核心组成部分。 目前已广泛应用在各领域，如在仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、车载安全系统、程控玩具、自动化控制等领域已经得到广泛使用。

本项目放大后的信号送至单片机， 单片机内部的ADC 单元将模拟信号处理成数字信号， 这个工作利用程序可以很好地完成。 需要预设门限值来确定单片机的工作内容，一方面可以进行报警工作，另一方面可以防止误报警。 这个门限值可以根据现场环境来设定。

2 报警电路及与PC 的通信

当弧光取样信号大于预设门限值时，单片机输出一个低电平，使三极管导通，发光二极管和蜂鸣器通过三极管通地形成通路得电，进行声光报警。 同时，将这个信号送至PC。 单片机把报警信号上报给PC 机有多种方式，一种是无线的方式，可以采用433M 或者2.4G 无线模块，也可以使用GSM/GPRS 模块，但是考虑到电台内的电磁干扰现象， 选择有线的方式， 本项目采用RS485 总线方式。

日常值班时，值班人员一旦发现有报警信息，待报警的发射机停机后， 一定要认真仔细地对报警部位进行检查并做好相应的处理工作，该打磨打火痕迹的要打磨，打火严重的该更换器件的更换器件，避免故障扩大。

3 结语

该项目制作成功后，安装在发射机的射频高压部分，包括三单元槽路、负载线圈部分、谐波滤波器、平衡转换器以及天线交换开关刀口处，只需要将取样头安装在相应的位置。 通过对光的强度的检测，可以顺利地对弧光信号进行报警提示。 特别是平时不是很方便检查的天线交换刀口部分， 很容易就能够对其打火状况进行报警。 该项目对于发射机的播音安全提供了技术上的保证， 特别对易发生打火现象的真空电容等贵重器件提供了很好的保护支持。

该项目还可以运用到一些高压配电上面对其设备进行报警保护，还可以扩展到将控制设备的信号加至单片机控制口，对设备进行关断保护，有很好的应用价值。

[1]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空大学出版社，1998.