非接触式高压检测电路设计

1、（2011届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：非接触式高压检测电路设计 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 生 姓 名： 班 级：电科072班 学号 指导教师姓名： 职称 教授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 2011届本科毕业设计（论文）资料第二部分 设计说明书（2011届）本科毕业设计（论文） 非接触式高压检测电路设计学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 生 姓 名： 班 级：电科072 学号 指导教师姓名： 职称 教授 最终评定成绩 2011年 6月湖南工业大学本科毕业设计（论文）非接触式高压检测电路设计学 院

2、（部）：电气与信息工程学院 专 业：电子信息科学与技术 学 号： 学 生 姓 名：指导教师姓名： 教授2011年 6月湖南工业大学本科毕业设计（论文）摘 要基于目前市场上常规的高压检测往往采用接触式的检测方法，因此本文设计了一个非接触式高压检测电路来进行高压检测。该电路的主要检测方法为，用高压探头将高压设备附近的强电场，转换成一定幅度的小信号，送入信号调理电路进行调整和判断，当检测到的电压高于设定值时，输出信号使报警电路进行声光报警，本设计中还包含了一个电源转换电路，能够将外界电压转换为电路工作电压。本文所述电路能使检修人员采用非接触方法检测出设备是否存在高压，以保证操作者的人身安全，从而达到

3、检测目的。文中信号调理电路中，包含了一阶低通滤波电路、同相放大电路、比较电路、报警控制电路。文中语音提示电路中包含语音芯片isd4003、扬声器、放大电路。文中电源转换电路包含了全波整流桥、整流器、电源模块。关键词：信号调理电路，电源转换电路，语音提示电路，发光电路abstractbased on the current market, the test of conventional high voltage often adopts the method of contact detection, so this thesis designed a non-contact high vol

4、tage detection circuit for the test of high voltage.the main testing method of this thesis is changing the strong electric field near the equipment of high voltage into a certain range of small signal by high voltage probe. and then it is sent to signal conditioning circuit for adjustment and judgme

5、nt, output signal will carry out a sound and light alarm in an alarm circuit when the high voltage is detected higher than the setting value. this design also includes electric power conversion circuit which can change the external voltage into operating voltage in the circuit. the circuit which is

6、described in this thesis can helps maintenance personnel to test whether the equipment has high voltage or not by the non-contact method, in this case, the safety of operators can be assured, thereby, we can achieve the goal of detection.signal conditioning circuit in this thesis includes first-orde

7、r low-pass filter, phase amplifier, comparator circuit, and alarm control circuit.voice prompt circuit in this thesis includes voice chip isd4003, entire speaker, and amplifier circuit.power conversion circuit in this thesis includes full-wave bridge rectifier, rectifier, and power module.keywords:

8、signal conditioning circuits, power conversion circuits, voice prompts circuit, led circuitiv目 录第1章 绪论11.1 课题的研究背景11.2 论文研究的目的和内容21.3 论文结构的安排2第2章 电路总体设计32.1 设计目标32.2 电路总体结构42.3 电路的功能42.4 电路的特点5第3章 信号调理和声光电路设计73.1 高压探头的选择73.2 信号调理电路的组成73.2.1 低通滤波电路7 3.2.2 放大电路93.2.3 比较电路123.2.4 报警控制电路143.3 语音提示和发光电路的

9、设计153.3.1 语音提示电路15 3.3.1.1 语音芯片的选择16 3.3.1.2 扬声器的选择17 3.3.2 发光电路的组成18第4章 电源转换电路设计204.1 电源转换电路的设计204.2 电源模块及其外围元件的选择21结论22参考文献23致谢24附录125附录226湖南工业大学本科毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题的研究背景随着我国经济的发展，为了满足电力工业的发展和电网负荷需求的提高，特高压长距离输电技术在我国快速发展，这不仅给我们日常生活带来极大方便，同时给工业生产提供了有利保障。但是伴随着高压电的发展，高压的检测也成了人们非常关心的一件事情。因为高压检测不同于普通用

10、电的检测，随着电压等级的升高,安全距离也不断增加，当操作不当时，它往往是给社会带来巨大经济损失给人带来巨大伤害。根据相关调查，1999年电力系统发生重大误操作事故1次，220 kv及以上电压等级误操作事故8次，电气误操作事故总数79次，220 kv及以上电压等级误操作事故19次；19982000年共发生误操作事故260次，造成了巨大的损失。所以，对于高压检测，成了人们日益关注的问题。相对于低压检测，高压检测技术含量高，资本投入较大，而在市场前景上看，高压检测的规模也将日益形成低压检测市场那么大。在我国，高压电器检测行业的发展未能充分满足电力行业高速发展的要求，行业内普遍存在长期排队等待检测的情

11、况；尤其是特高压电器设备的检测，目前国内仅有西高院、武高所及沈高所等少数几家老牌电器检测机构有能力进行特高压电器检测，我国现有的检测能力与电力行业大力建设特高压输电网及“智能电网”的发展战略无法充分匹配。所以说，高压电的检测在我国前景广阔，特别是国家对检测行业实行严格的资质管理制度，并且由于准入制度、技术门槛、资金密集型等限制了新的竞争者的进入，而检测设备的先进程度决定了检测结果的准确性和可靠性，是否拥有这些专业设备是开展电器产品检测的前提条件，因此掌握着多种高压电的检测方法，对于企业和个人都至关重要。而传统的高压检测，通常是把验电器安装在操作杆上，操作时用验电器直接与高压线路接触，验电器中的

12、电阻将高电压降低到安全的电压值(通常是几伏)，通过人体到大地形成一个回路，验电器中通常都带有声音或发光指示线路是否带电。传统的验电器体积小、携带方便，但必须与高压电路接触才都使用，因此仍然存在一定的安全隐患。所以对于高压的检测，必须设法采用非接触式检测。非接触式检测是一种较新颖的检测高压方法，它突破了传统检测方法的设计理论和思路的束缚，无须接触即可检测高压线是否带电，使用起来安全、方便、正确。因此，非接触式高压检测成为人们更多的选择方向，也在日常生活中，给人们带来极大的便利。1.2 论文研究的目的和内容本论文中非接触式高压检测电路的设计，主要目的用于检测电力机车机车车顶与外界高压电气设备之间车

13、顶高压设备的故障。当电力机车牵引列车运行时，如果机车车顶高压设备发生故障或其他原因造成高压设备故障。由于乘务员无法判断故障情况，一旦再次升起受电弓将导致高压放电、接地，轻则造成受电弓滑板与接触网粘接，重则烧断接触网，造成大的故障，将严重地干扰运输生产。因此，在这采用非接触式高压检测，让操作员对车顶高压进行检测，判断是否发生故障，这样既保证机车运行安全，也保证了操作员进行高压检测时的人身安全。 本论文内容包含了对整个电路的设计思路，设计方法，及设计结构，并对电路中的每个模块进行详细分析。论文主要内容包括：电路的总体设计；高压探头的选择；信号调理电路设计；语音提示电路和发光电路设计吗；电源转换电路

14、设计。1.3 论文结构安排本论文的结构主要包过一下几点。1、绪论，对本文的背景资料进行阐述2、电路的总体结构的设计，包含对电路的设计思路，电路的特点及总的设计效果。3、信号调理电路的设计，其中包括信号调理电路的设计结构；滤波电路的设计；放大电路的设计；比较电路的设计；报警控制电路的设计。4、语音提示电路和发光电路的设计，其中包括总体电路结构，已及语音提示电路的设计，发光电路的设计。5、电源转换电路的设计，包括电源转换电路的总体结构，全波整流桥的选择，电源模块的选择以及外围模块的选择6、整个论文的总结。第2章 电路总体设计对非接触式高压检测电路的设计，必须要了解一些有关的思路和原理。为了达到设计

15、目标，必须将高压信号的采集、调理、比较等各种原理融会贯通。对于电路的功能实现，必须对电路各个模块的组合及电路的内部结构选择进行分析和把握。这样，才能对非接触式高压检测电路总体设计有一个整体的方案规划，才能达到任务书的要求，完成设计的需要。2.1 设计目标本次非接触式高压检测电路的设计，必须要完成的设计目标是，设计出一个较简单可行的电路，通过非接触的方法，检测出需检测的设备是否有高压的存在。由于在高电压存在的地方，周围会产生很强的交变电场，目前一般的检测高压是否存在，通常是通过场效应管在交变电场作用下g、s极阻抗变小这一特性，来检测高压是否存在。但是这种检测方法和装置存在以下缺点：1、 检测距离

16、固定，只能将场效应管放置在小于固定值距离的范围内，才能检测到高压是否存在。2、 检测距离又受到场效应管特性的限制，难以保证在精确的距离下检测到高压是否存在。3、 不适应象本设计所需要应用的环境，比如电力机车等较严酷的检测环境。所以，本设计所设想的电路，必须克服以上缺点，要设计出一种结构简单、操作方便的非接触高压检测电路，不仅要满足普通高电压的检测，更需要检测出在电力机车这些严酷环境下的高电压。本文的设计目标为，用一个高压探头在高压设备附近进行探测，然后设计出一个信号调理电路对探测到的信号进行处理，再设计一个比较电路，使处理后的信号能与我们设定的安全值进行比较，如果比设定的安全值高，说明该设备的

17、电压不正常，就必须设计出一个报警电路进行报警，如有需要，设计一个发光电路进行更形象的报警。同样，整个电路中，必须设计出一个电源转换模块，对整个电路进行供电。这样，就形成了一个完整的非接触式高压检测电路的设计。本设计的技术方案为，通过高压探头讲检测到的高压设备附近的强电场，转换成一定幅度的小信号送入信号调理电路进行调整和判断，当检测到的电压高于设定值时，输出给报警电路报警，告诉检修人员高压供电线路是否存在高压。本设计的目标电路框图如下图2.1所示，本设计的目标电路原理图下图2.2所示。2.2 电路的总体结构如图2.1、图2.2所示，本设计电路的所述高压探头、报警电路、电源转换电路分别与所示信号调

18、理电路相连，所示电源转换电路还同时分别与所述报警电路和电源端相连。设计电路中的报警电路能够在得到信号后发出语音的语音提示电路。设计电路中的电路中，还包括一个用于存在检测部位电压过高时进行发光提示的发光电路。设计电路中的信号调理电路包括一个滤波电路、一个放大电路、一个比较电路和一个报警控制电路并依次连接。设计电路中的语音提示电路包括一个语音芯片、一个放大电路、一个扬声器及其外围电路。设计电路中的电源转换电路包括一个全波整流桥、一个整流器及其外围元件。设计中的报警控制电路包括一个场效应管、一个继电器、续流二极管、一个电解电容及其外围元件。2.3 电路功能在本文所设计的电路中，其电路功能主要归纳于以

19、下几个方面。1、使用高压探头采集信号。所谓的高压探头，其主要用途是，高压探头主要采用衰减的方法，比如：1：10，1：100，1：1000等等的衰减比例，将信号接入示波器，万用表，电脑等等时，因为以上的设备不能够承受800v甚至更高的电压，所以要通过高压探头将电压衰减（只是电压缩小了其它参数不变）到设备可测的范围内才能准确的测试出来。所以，本设计所采用高压探头，其功能就是讲检测到的高压设备附近的强电场，转换成一定幅度的小信号。2、可以对信号进行调理、判断并进行报警。在设计的电路中其功能主要将高压探头所探测到的小信号，进行调整和判断。其中包括对信号的滤波、放大，然后将所得信号与所设定的安全值进行比

20、较，判断如果电压过高，就进行报警。报警电路中，包含着语音提示电路和发光电路，对操作员提供声光报警，提示电压过高。 3、可以对外界电源转换。设计中的电源转换电路包含着整流桥，电源模块及外围元件，其功能是将外界电源的电能转换为工作电源，对整个电路进行供电。 4、可以自检。在所述高压探头e1的输出端和电源变换电路的输出端还连接有一个用于连通自检回路的自检按钮。其功能是检查整个电路的通电情况。2.4 电路特点该设计电路特点是结构简单、操作方便，保障了操作员的人身安全。图2.1 电路框图图2.2 总设计电路图第3章 信号调理和声光电路的组成通过上章电路设计的总体设想，要完成上述设计的整个规划，必须要选择

21、不同的电路，进行组合才能得到一个完整的非接触式高压检测电路。因此，在整个非接触式高压检测电路的设计过程中，设计了一个检测电路，用于检测采集的电压是否为高电压，这其中就包含了信号调理电路和报警控制电路。而为了使电路能够对高压信号进行报警，电路中设计了一个报警电路对检测结果进行反应，当采集电压为高电压时，报警电路能通过语音提示电路和发光电路进行报警。3.1 高压探头的选择高压探头的功能是采用衰减的方法，由于示波器、万用表、电脑等设备不能够承受800v或者更高的电压，所以用高压探头将高压衰减（只是电压缩小了其它参数不变）到设备可测的范围内才能准确的测试出来。故只有采用高压探头，才能将高压检测到的信号

22、传入下一级进行调理变化。因此，电路的第一点，是对高压探头进行选择，不同的高压探头，其区别在于衰减的比例不一样，比如：1：10，1：100，1：1000等等的衰减比例。在本电路的设计过程中，考虑到检测的高压设备主要方向是电力机车等方面，其电压比较高，本文选择的高压探头为市场上常见的tag5000型探头，该探头的使用范围可达近10m，其主要参数见附录一。3.2 信号调理电路的组成信号调理电路，其功能是将高压探头采集的信号，进行一系列的调理变换使之能达到总体设计时所需的目标，即最后能够将采集的高压信号与设定电压进行比较，从而判断测试设备是否带有高压。为了达到这一目的，设计时必须对整个信号调理电路的组

23、成进行选择和判断，从而使电路和元件能够具有一定的功能完成相应的设计目标。3.2.1 低通滤波电路由于高压探头采集的信号中，含有干扰信号，为了使检测结果具有准确性，必须滤掉所采集信号中的其他干扰信号，根据设计要求，设计需要的频率小于50hz，高于50hz的信号将被过滤，因此在这采用个低通滤波电路。 一阶低通滤波器的电路图见图3.1所示，其幅频特性见下图图3.2所示，图中虚线为理想的情况，实线为实际的情况。 图3.1 一阶低通电路（lpf） 图3.2 一阶lpf的幅频特性曲线当f = 0时，电容器可视为开路，通带内的增益为 一阶低通滤波器的传递函数如下 其中。 截至频率：； 截止频率即-3db频率

24、。 频率低于时电压增益 频率高于时衰减斜率：每10倍频率20db。根据设计的要求，本文采用一阶低通滤波电路，如截止频率为50hz，先选择电容的容量为0.33uf，根据参数计算，设计所选择的电阻约为9.6k。故，滤波电路部分的电路图如下图3.3所示。图3.3 滤波电路部分的电路结构在整个滤波电路的设计中，根据总体设计图可知，低通滤波电路结构组成为，包括一个电容c8、一个稳压管d5、电阻r10、r11、r12、r17、r18，所述高压探头e1的信号输出端一次经过电阻r10、r11、r12后连接到所述放大电路中，电阻r17一端连接到电阻r11、r12之间，另一端接地，电阻r18、电容c8与稳压管d5

25、并联后一端接地另一端也与放大电路相连。此时，通过多个电阻和电容的低通滤波作用，能够滤除从高压探头输出的小信号中的干扰信号，并同时将高压探头输出的小信号转换为一定幅度的正弦波的正半波输入下述放大电路。3.2.2 放大电路由上述滤波电路调理过的采集信号可以得到一个稳定的信号，但是设计需求是此信号能与设定电压相比，才能得出判断是否为高压信号。此时的信号一般来说比较小，还不能进行比较，因此，在这里还需设计一个放大电路，对所得信号进行放大。从原理上说，集成运算放大电路实质是个具有高放大倍数的多级直耦合放大电路。它的内部通常包含四个基本组成部分，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。如下图3.5所示。图3.

26、5 集成运放的组成 集成运放的输入级通常由差分放大电路组成、因此一般具有两个输入端以及一个输出端，以及其他用以连接电源电压和调零等的引出端。两个输入端中，一个与输出端为反相关系，另一个为同相关系，分别称为反相输入端和同相输入端。 1、同相放大电路 基本电路：电压串联负反馈，输入端虚短、虚断。如下图3.6所示。图3.6 同相放大电路 其中，； ； 。 特点：输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强，v-=v+=vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高。2、反相放大电路基本电路：电压并联负反馈，输入端虚短、虚断。如下图3.7所示。图3.7 反相放大电路 其中， ； ； 。 特点：反相端

27、为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低输出电阻小，带负载能力强。 3、放大电路的选择为了使放大电路输出的信号能与比较电路中的设定电压进行比较。考虑到集成运放的参数有下：工作电压、静态工作电流，信噪比、电压最大增益、功耗、输入失调电压、输入失调电流、输入阻抗、输出阻抗、增益带宽积及转换速率等。所谓增益带宽积是指运放开环电压放大倍数a=1时，带宽与放大倍数的乘积，对应的带宽频率用fc表示(因工作频率升高，运放的放大倍数降低)，一般通用型可达1mhz，宽带高速运放可达100mhz以上。所谓转换速率是指在额定负载条件下，当输入边沿陡峭为大信号时，运放输出电压的变化与所用时间比值，即输出电

28、压变化率，用sr表示。根据本设计滤波电路送出的信号所需的放大倍数，以及输入阻抗的影响，被设计采用的运算放大器型号为lm308。 在本设计中，滤波电路的电路部分结构图如下图3.8所示： 图3.8 放大电路部分的电路图此放大电路中，由一个运算放大器lm379及其外围电路构成，用于将滤波后的信号进行放大，所示运放lm379的同相输入端与所述滤波电路的输出端直接相连，反相输入端经过电阻r13后接地，同时依次经过电阻r19、可变电阻r25连接到二极管d6一端，所述可变电阻r25的滑动端也接地，通过调节所述可变电阻的大小，实现放大电路放大倍数的调节，所述运放lm379的输出端分为两路，一路经过一个反向连接

29、的二极管d6形成反馈与反相输入端相连，另一路经过一个正向连接的二极管d7与下述比较电路相连，所述二极管d6的正极和d7的负极直接还连接一个电阻r29。该放大电路的特点是，能将信号进行比例放大，放大到所需的信号大小，以便于在比较电路的进行比较。3.2.3 比较电路通过上述放大电路对信号的放大处理，为了检测设备是否含有高压，就必须对采集的信号进行比较了。故在这选择一个比较电路，将信号与设定电压进行比较，从而判断设备是否含有高压。如有，则产生信号到报警控制电路进行预警，从而达到设计目标。比较电路的构成有许多，这里所进行的是电压比较，故在这采用电压比较电路。所谓的电压比较电路：1、电压比较器可以看作是

30、放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平。 2、电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此人们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电

31、压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。故本设计的比较电路部分的电路图如下图3.9所示：图3.9 比较电路电路图本设计的比较电路由一个运放lm379及其外围电路构成，所述运放的反相输入端经过一个电阻r14与所述放大电路的输出端相连，电阻r15和电解电容c11并联后一端接地，另一端也连接到运放lm379的反相输入端，所述运放u4b的同相输入端经过电阻r20与工作电源vcc相连，还同时依次经

32、过电阻r21、可变电阻r26接地，所述可变电阻r26的滑动端也接地，通过调节所述可变电阻r26的阻值大小，能够实现对比较电路中基准电压的调节，从而调节设定的检测距离和检测电压。同时通过电阻r14、r15和电容c11将放大后的信号转换成成比例反映强电场信号的直流信号。经过上述比较电路比较的信号，就可以判断出所采集信号处的设备电压是否过高，从而部分实现非接触高电压的检测。判断的结果，将输入报警控制电路，提示操作人员，从而完成完整的电压检测。3.2.4 报警控制电路经过上述比较电路，对采集信号与设定值进行比较，从而判断出所测的高压是否高于基准电压，检测出设备是否带有高压，是否会产生危险。当所测电压确

33、实过高，电路必须立即报警，提示操作员电压安全情况，避免事故的发生。因此在比较电路后必须接有一个报警控制电路，对比较结果进行反应。 在本设计中，所设计的报警控制电路部分，其电路图如下图3.10所示：图3.10 报警控制电路图 该报警电路中，包括一个场效应管q1、一个继电器k1、续流二极管d9、电解电容c12及其它元件。在上述的比较电路的输出端依次经过一个正相连接的二极管d8、电阻r16后与所述场效应管q1的栅极，一个电阻r22和电解电容c12并联后一端与所述场效应管q1的栅极连接，另一端接地，其中电解电容c12的负极端接地，所述场效应管q1的源极也接地，漏极经过所述继电器k1的线圈后与工作电源端

34、vcc相连，所述续流二极管并联在继电器k1的线圈两端，所述继电器k1的常开触点与所述语音提示电路相连，公共端与所述电源转换电路的输出端相连。报警电路控制电路的工作状态为，当比较电路接受到的反映强电场信号的直流信号大于基准电压值时，lm308的输出端输出一个直流信号后，经过二极管d8和电阻r16后使场效应管q1导通，继电器k1的线圈接通vcc电源，常开触点吸合，使语音提示电路和发光电路同时与电源转换电路的输出端接通，并开始工作。3.3 语音提示和发光电路的组成如果电路检测出来的设备的确带有高压，设计的电路中必须发出警报的装置，往往生活中，进行警报的方法有声光两种。因此本设计，在上述报警控制电路的

35、常开触电吸合后，必须设计一个语音提示电路和发光电路与吸合处的输出端相连，使之能进入工作状态进行声光报警。3.3.1 语音提示电路为了使电路能够进行语音报警，设计必须含有一个语音提示电路，该电路，由一个语音芯片isd4003，一个运放lm308和一个喇叭ls1及其外围电路构成，其电路图如下图3.11所示：图3.11 语音提示电路电路图 在上述的报警控制电路中，继电器k1的常开触电通过一个电阻r5与所述语音芯片isd4003的输出端4端依次经过一个电阻r7、可变电阻r24的滑动端以及一个电解电容c21后与所述运放lm308的同相输入端相连，其中电解电容c21的正极端与所述可变电阻r24的滑动端相连

36、，还有一个电解电容c21的正极也连接到运放u3的同相输入端，负极接地，所述扬声器ls1的两端一端接地，另一端经过电解电容c10后与所述运放u3的输出端相连，其中电解电容c10的负极连接到扬声器的输入端。当所述语音提示电路通过所述继电器k1的常开触点接通所述电源转换电路的输出端后，通过语音芯片的工作将语音信号发送给运放u3进行放大，最后由扬声器ls1发出警告提示。由于本设计所面向研究对象为电力机车，所以这里的警告提示音为，“车顶有高压，请不要攀登”，给使用者以语音警告，避免高压设备对操作人员造成威胁。这就是一个完整的语音提示电路工作过程。3.3.1.1 语音芯片的选择目前在市场上，存在着多种语音

37、芯片。语音芯片的定义为，将语音信号通过采样转化为数字，存储在ic的rom中，再通过电路将rom中的数字还原成语音信号。根据本设计的要求，采用的语音芯片为美国isd 公司生产的语音录放芯片isd4003。isd4003系列语音录放芯片是美国isd 公司的新一代产品,适用蜂窝电话及其他便携式语音产品。这个基于cmos 的芯片由片内晶振、抗混叠滤波器、自动静音功能、音频放大器和高密度的多层闪烁存储阵列等部分组成。它采用了isd 公司的专利技术:多级存储技术,不需a/ d 转换、d/ a 转换,直接把语音信号以接近原始模拟语音的形式存储在片内存储器中,较好地保持了语音信号中的有效成分,从而具有很高的录

38、放音质量。同时,由于采用了不挥发的eprom 来存储录音信号,使得此芯片具有抗断电, 可反复改写内容, 耗电小等特isd4003 系列语音芯片采用了3v 单电源供电,其工作电流的典型值为:录音时, icc = 25ma ;放音时,icc = 15ma ; 节电状态下, icc = 1a。存储录音信息可保持100 年,可重复录音10 万次。具有安静(无信号输入) 时背景噪音衰减的自动静音功能。通过串行外设接口spi 或微传输线控制接口与外部微处理器或微控制器连接,可实现对语音芯片的更加灵活的控制,同时也减少了芯片的引出端数量,提高了芯片使用的灵活性和通用性。isd4003 系列芯片根据存储时间的

39、不同,可分为isd400324m ( 4min ) 、isd400325m ( 5min ) 、isd400326m(6min) 和isd400328m(8min) 等4 种型号,其封装类型分为28 引脚pdip/ soic 和tsop两种,如下图3.12所示。图3.12 语音芯片isd4003封装图3.3.1.2 扬声器的选择扬声器又称“喇叭”。是一种十分常用的电声换能器件，在发声的电子电气设备中都能见到它。扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产

40、生共振（共鸣）而发出声音。按换能机理和结构分动圈式（电动式）、电容式（静电式）、压电式（晶体或陶瓷）、电磁式（压簧式）、电离子式和气动式扬声器等，电动式扬声器具有电声性能好、结构牢固、成本低等优点，应用广泛；按声辐射材料分纸盆式、号筒式、膜片式。按纸盆形状分圆形、椭圆形、双纸盆和橡皮折环；按工作频率分低音、中音、高音，有的还分成录音机专用、电视机专用、普通和高保真扬声器等；按音圈阻抗分低阻抗和高阻抗；按效果分直辐和环境声等。扬声器分为内置扬声器和外置扬声器，而外置扬声器即一般所指的音箱。内置扬声器是指mp4播放器具有内置的喇叭，这样用户不仅可以通过耳机插孔还可以通过内置扬声器来收听mp4播放器

41、发出的声音。具有内置扬声器的mp4播放器，可以不用外接音箱，也可以避免了长时间配带耳机所带来的不便。扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式（即动圈式）、静电式（即电容式）、电磁式（即舌簧式）、压电式（即晶体式）等几种，后两种多用于农村有线广播网中；按频率范围可分为低频扬声器、中频扬声器、高频扬声器，这些常在音箱中作为组合扬声器使用。本设计所采用的扬声器为废旧放音机的喇叭。3.3.2 发光电路的组成在本次设计中，为了使报警控制效果更为明显，除了采用语音提示电路进行语音提示，还设计了一个小型的发光电路，产生光源闪烁提醒操作员检测设备存在高电压。 本设计发光电路部分的电路图如下图3.13所示，图

42、3.13 发光电路的电路图它由一个电阻r31和一个发光二极管d51串联构成，所述发光二极管d51的正极端与所述电阻r31相连，负极接地，所述电阻r31的另一端与所述报警控制电路中的继电器的常开触点端相连。当所述发光电路通过所述继电器k1的常开触点接通所述电源转换电路的输出端后，发光二极管d51发光，提示检测设备存在高电压。发光二极管简称为led。由镓（ga）与砷（as）、磷（p）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。下图3.14为发光二极

43、管图3.14 发光二极管发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为led。发光二极管与普通二极管一样是由一个pn结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从p区注入到n区的空穴和由n区注入到p区的电子，在pn结附近数微米内分别与n区的电子和p区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻r可用下式计算：

44、r=（euf）/if 式中e为电源电压，uf为led的正向压降，if为led的一般工作电流。发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。根据本设计的要求，我们设计所需的二极管将采用一个闪烁发光二极管，采用次类型发光二极管的原因是；闪烁发光二极管（bts）是一种由cmos集成电路和发光二极管组成的特殊发光器件，可用于报警指示及欠压、超压指示。闪烁发光二极管在使用时，无须外接其它元件，只要在其引脚两端加上适当的直流工作电压（5v）即可闪烁发光。因此，采用这种闪烁发光二极管，可以达

45、到设计的要求。第4章 电源转换电路的设计第3章 所讲述的信号调理电路与声光电路，要使其能产生工作，必须靠外界给电路提供工作电源。因此，在整个非接触式高压检测电路的设计过程中，必须设计一个电源转换模块，是之能将外界电源转换成电路所需的工作电压。4.1 电源转换电路的设计这里设计的电源转换电路，将通过整流桥和电源模块，将dc110v的电源转换为dc12v的工作电源，其设计结构电路图4.1如下：图4.1 电源转换电路电路图该电源转换电路有一个防止正负极性接反的全波整流桥d1、一个电源模块d2及其外围元件构成，dc110v电源首先经过整流桥d1，防止电源的正负极接反，整流桥d1的正极输出端依次串联一个

46、自检按钮s1、保险电阻r1后连接到电源模块d2的一个输入端3端，整流桥d1的另一输出端直接连接到电源模块d2的另一端输入端1端，一个电容c3和压敏电阻d23分别与所述电源模块d2的两个输入端并联，一个电解电容c1的正极连接到自检按钮s1和电阻r1之间，另一端与所述电源模块d2的1端相连，一个电阻r2与发光二极管d50串联后，分别与一个电解电容c2、一个电容c4、一个稳压管d3并联后再并联在所述电源模块d2的两个输出端2、4端，其中电源模块d2的负极输出端2端、电解电容c2的负极、稳压管d3的正极以及发光二极管d50的负极都接地，电源模块d2的正极输出端4端与所述报警控制电路中的继电器k1的公共

47、端直接相连。另外还有一个检测按钮s2和一个防误开关s3都分别与所述自检按钮s1并联。所述电源转换电路一次通过整流桥d1和电源模块d2，将dc110v电源转换为提供语音提示电路和发光电路正常工作的dc12v工作电源，同时由于线路中设置有防误开关，可以在使用者使用不当或误操作时有效防止事故的发生。4.2 电源模块及其外围电路的选择在电源转换电路中，使用一块电源模块及其外围电路，使外界电压转换成电路工作电压。所谓的电源模块，电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，一般来说，这类模块称为负载点 (pol) 电源供应系统或使用点电源供应系统 (pups)。由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源

48、广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。尤其近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广,模块电源的增幅已经超出了一次电源。随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用,模块电源功率密度越来越大,转换效率越来越高,应用也越来越简单。本设计所采用的电源模块为大宇公司生产的15-20w dd系列模块电源。产品特点：宽输入电压范围，单、双路输出，典型转换效率85%，300khz工作频率，内置输入滤波器，其尺寸为50.8*40.6*11（mm）。典型应用：工业仪表、数字电路、电子通信设备、卫星导航、遥感遥测、地面通讯、便携设备。该产

49、品主要参数见附录2。 结论在本次非接触式高压检测电路的设计过程中，设计出来的电路基本上达到了预期目标。能够在较远距离检测到比如机车车顶等恶劣环境下设备的高压情况，能够保障检测人员的人生安全和检测效率。在本次毕业设计中，任务要求为设计出一种电路能准确检测10kv高压并要求距离为2m，并且还有语音提示功能和自检功能。首先，针对检测10kv高压并有2m安全距离的方案为，设计一种电路，能在远处采集到高压信号，将高压信号与设定的安全值进行比较，如果比较结果显示采集的信号为高压信号就能达到预期目标了。按照这个思路，构思了采用高压探头进行信号采集的工作，采用信号调理电路对采集的信号进行调理、比较、判断等步骤

50、，从而能得出采集到的信号是否为高压信号。这其中运用到了滤波电路、放大电路、比较电路等电路的功效。其次，针对语音提示功能，本设计采用了语音提示电路和发光电路进行报警。这些电路也达到了预期要产生的功效，能对高压信号进行声光报警。对于自检功能，则在电源转换电路中采用了自检按钮，有效的在使用者使用不当或误操作的情况下防止事故的发生。因此，本次非接触式高压检测电路设计的电路，能在有高压的情况下，电路进行语音报警和发光闪烁。并且也有效防止操作员的误操作。当然，本次设计的电路也并非十全十美，电路所检测的高压一般是10kv左右，相比200kv或者更高的电压，电路不能产生预期的功效，必须对整个电路进行升级。而且经过信号调理电路对信号进行变化比较时，也有可能产生误差，使结果有一定的不确定性。总而言之，本次设计的非接触式高压检测电路，基本上能满足一般高压的检测，也能对检测结果进行有效的报警提示，其工作过程也比较稳定，在一定的程度上能够保障操作员的人身安全和检测结果的准确率。虽然电路有些瑕疵，但是对整个设计的思路和规划过程不产生影响，整个设计还是在一个正确的方向中进行，达到了任务书所要求的目标。参考文献1 康华光.电子数字基础模拟部分(m).高等教育出版社,2008