引言

　　黃河下游多數(shù)水文站水文測船測驗使用機械六分儀進行垂線起點距測量，具有測量快捷，使用簡單，造價低廉，故障率低等特點，是其它現(xiàn)代化測距儀器無法替代的測驗設備，在水文測驗中占有十分重要的位置。

　　測驗時，在測流斷面的 2 個標志桿(或標志塔)上分別安裝 1 個標志燈，通過這 2 個標志燈確定測船是否在斷面線上;在基線端點標志桿上安裝1個基線標志燈，用于測量測船至基線端點的連線與斷面線的夾角，再根據夾角、基線長度計算測船的起點距位置。

　　夜間流量測驗，醒目的標志燈是不可缺少的測驗設施。目前大都使用白熾燈作為測驗標志燈，使用 220 V交流電為標志燈提供電能。此類標志燈存在以下幾個方面的問題：1)需要架設專用輸電線路，在偏僻的鄉(xiāng)村盜割輸電線的現(xiàn)象時有發(fā)生，不但造成一定的經濟損失，而且影響正常的水文測驗，此外由于多數(shù)水文站駐地在農村，電力供應不如城市，有時停電會影響測驗;2)采用普通的白熾燈作為標志燈，此燈與其它光源無差別，極易與其它光源混淆，用六分儀交會時容易出現(xiàn)目標錯誤，造成起點距數(shù)據錯誤;3)白熾燈壽命短，經常需要爬上十幾米高的標志桿更換燈泡，給測驗人員帶來一些不必要的麻煩。為了解決這些問題，提高夜間測量能力，根據標志燈實際應用和要求，研制了新型遙控閃光型LED 測驗標志燈。

　　1、遙控閃光型LED測驗標志燈原理

　　根據設計要求，研制的遙控閃光型 LED 測驗標志燈由太陽能電池板、充電電路、蓄電池、遙控開關、光控電子開關、閃光電路、驅動電路、LED 發(fā)光板等8個部分組成，具體結構如圖1所示。遙控閃光型LED 測驗標志燈原理如圖 2 所示。

　　圖 2 中各元器件功能簡述如下：D4 為保護二極管;IC1 為線性穩(wěn)壓集成電路，型號為 7812，輸出穩(wěn)定的 12 V 直流電壓;D5為升壓二極管，由于它的作用使 IC1 輸出電壓提升為 13.8 V;C2，C3 為濾波電容;W為光控調整電位器，根據自然亮度調整標志燈點亮(或熄滅)的時刻;U1 為光敏三極管，用于檢測室外亮度;IC2 為與非門電路，含 4 個獨立單元，即IC2A，IC2B，IC2C，IC2D;V1 為驅動管，驅動能力較強;D1，D2，D3 是 LED 發(fā)光板;R 為電阻。

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　　1.1 光源(LED 發(fā)光板)的選擇

　　常見的光源有幾十種，如白熾燈，高壓汞燈，電弧燈，LED，LCD，LCDS，EL等，對各種光源的性能進行比較，并根據水文測驗要求選擇適合測驗的光源作為標志燈。近年來高亮(超高亮)發(fā)光二極管的誕生，使發(fā)光二極管的優(yōu)越性越來越突出，經比較認為LED 發(fā)光二極管的性價比遠優(yōu)于其它光源，發(fā)光效率遠大于白熾燈，壽命是白熾燈的十幾倍。所以選擇 LED 發(fā)光二極管作為標志燈的發(fā)光器件。

　　LED發(fā)光板是超低功耗、高發(fā)光效率的新型環(huán)保光源，有多種顏色供選擇，發(fā)光面積可隨意改變，省電，適合電池供電場合使用。若選用黃色發(fā)光管，可提高標志燈的穿霧能力。

　　D1，D2，D3 是高亮度發(fā)光二極管，3 只發(fā)光二極管串聯(lián)后組成 1 組發(fā)光單元，再由 96 組發(fā)光單元組成發(fā)光板，這 288 只二極管均勻排列成24×12 發(fā)光矩陣，發(fā)光面積為 253 cm2。如果河道水面寬度較大，可以把 2 塊(或多塊)發(fā)光板拼接組成大面積的發(fā)光板，以滿足各種水面寬的起點距測量。

　　1.2 蓄電池選擇

　　一般夜間測流 1 次，工作時間為 2 h。發(fā)光板標準工作電流為 960 mA，為了使標志燈醒目，采用閃光工作狀態(tài)，平均工作電流為 960÷2=480mA=0.48 A。1 次測流所需電池容量為 0.48 A×2 h=0.96 A•h。考慮到陰雨天，選擇蓄電池的容量為 12 A•h。

　　1.3 太陽能電池的選擇

　　根據蓄電池的容量和實際測驗所需容量，考慮充電電流小于 1 A，這樣對于延長電瓶壽命很有益處，故選用 10 W 的太陽能板作為充電電源。

　　1.4 充電電路

　　由 D4，IC1，D5，R5，C2，C3 組成充電電路，為限壓式浮充充電方式，最高充電電壓為 13.8 V，D5 為升壓二極管，兼太陽能充電指示。

　　1.5 遙控開關

　　YKQ- JSB 為遙控開關執(zhí)行部件，由單片機AT89C2051核心部件及有關元件構成。以基線標志燈為例加以說明，當按下遙控器手柄的“基線”按鈕，發(fā)出基線點亮信息，基線燈箱的遙控開關 KA閉合，蓄電池的電能送往整個電路，基線燈工作，發(fā)光板點亮;當按下遙控器手柄的“關”按鈕時，接收電路中的 KA斷開，蓄電池的電能被切斷，基線燈停止工作，發(fā)光板熄滅。

　　1.6 光控電子開關

　　由 W，U1，IC2，IC2D [1] 組成光控電子開關，白天 U1 受到光線的照射，使 IC2C 的 8 腳電壓小于 1/2 VCC，10腳輸出高電平，致使 IC2D 的 11 腳輸出低電平，此電平為光控開關的控制電平，該處的“0”電平表示關斷(斷)，“1”電平表示打開(通)。白天 11腳的“0”電平把閃光電路關閉，發(fā)光板不會發(fā)光。

　　夜間 U1 不受光線的照射，使 IC2C 的 8 腳電壓大于 1/2 VCC，10 腳輸出低電平，致使 IC2D 的11腳輸出高電平，此腳的“1”電平將閃光電路打開，發(fā)光板發(fā)光。這樣達到白天自動關閉標志燈的目的。

　　1.7 閃光電路

　　由 IC2A，IC2B [1]，C1，R3，R4 組成閃光電路，閃光電路實際是多諧振蕩器，振蕩頻率約為2 Hz左右，波形為標準的方波。振蕩器的振蕩與否取決于 IC2A 的 1 腳電平，也就是 IC2D 的 11 腳電平的高低，高電平振蕩(夜間)，低電平停振(白天)。

　　1.8 驅動電路

　　由 V1 和 R2 組成驅動電路，如果加大發(fā)光板的面積，可隨意把多個 V1 互相并聯(lián)使用，印刷板已經留有 V1 并聯(lián)的位置，擴容比較容易，其它不必做任何改動。驅動電路主要作用是提高 CMOS 的輸出功率，V1 基本不需驅動電流，可以輸出較大的電流，用于推動發(fā)光板發(fā)光。

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　　1.9 遙控開關與光控開關的邏輯關系

　　標志燈的點亮與熄滅受光控和遙控的控制，邏輯關系如表 1 所示。

　　遙控關燈指令有關燈有優(yōu)先權，不管是白天或夜晚，只要遙控器發(fā)關燈指令，標志燈均為熄滅狀態(tài);不管遙控器發(fā)開燈或者關燈指令，只要是白天，標志燈均處于熄滅狀態(tài)。

　　1.10.1 蓄電池充電

　　在圖 2 中 D5 是升壓發(fā)光二極管，IC1 是線性12 V直流穩(wěn)壓集成電路，兼作充電指示燈，白天充電時發(fā)光二極管發(fā)黃色的光，表示太陽能電池產生電動勢。由于 D5 的存在，使 IC1 的輸出電壓為13.8V，正好為蓄電池的充電終止電壓。白天太陽能電池 E1 的輸出電壓大于 15 V 時，在穩(wěn)壓集成電路7812 的輸出端 3 腳輸出 13.8 V直流電，通過二極管D4 和 R5 送往蓄電池，對蓄電池 E2 進行充電，補充電能。隨著充電時間的增加，蓄電池電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小，當蓄電池電壓達到13.8 V時，充電電流為零，充電終止。這樣可以防止蓄電池過充，有效延長蓄電池的使用壽命。

　　1.10.2 遙控控制

　　1)白天。若按遙控器按鈕，遙控接收電路 KA閉合，VCC 端電壓為蓄電池電壓，閃光燈電路得到電能。但是光敏管 U1 使 IC2C 的輸入端 8 和 9腳為低電平，IC2C 輸出高電平，進而使 IC2D 的 11 腳輸出低電平，迫使閃光電路停振，IC2B 的 4 腳輸出低電平，此時 V1處于截至狀態(tài)，發(fā)光板不發(fā)光。

　　2)夜間。若遙控開關關閉，整個電路(除遙控接收板)處于斷電狀態(tài)，電路不工作，發(fā)光板不發(fā)光;若按遙控器開燈按鈕，遙控接收電路 KA 閉合，VCC端電壓為蓄電池電壓，閃光燈電路得到電能。夜間光敏管 U1 處于高阻狀態(tài)，使 IC2C 的輸入端 8和 9 腳為高電平，IC2C 輸出低電平，進而使 IC2D的11 腳輸出高電平，閃光電路開始振蕩，IC2B 的 4腳輸出矩形脈沖，使 V1 處于截至、導通交替狀態(tài)，發(fā)光板閃爍發(fā)光。遙控器上有“關”、“后斷面”、“前斷面”、“基線”4 個按鈕，其中“后斷面”、“前斷面”、“基線”對應控制 2 個斷面燈和 1 個基線燈，3處的標志燈開燈控制是相互獨立的，按鈕“后斷面”、“前斷面”、“基線”是互不影響的，另外按鈕“關”是關閉鍵，按下此鍵則所有燈均關閉。

　　2 遙控閃光型 LED 測驗標志燈特點

　　1)采用太陽能電池作電能，不必架設專用供電線路;

　　2)光源采用高亮 LED 發(fā)光二極管，使用壽命長，發(fā)光面積大，視覺范圍廣，目標更清晰;

　　3)采用遙控方式，開燈、關燈極其方便;

　　4)標志燈具有閃爍功能，目標更醒目，不易和其它光源混淆，避免了目標錯誤。

　　3 結語

　　新型遙控閃光型 LED測驗標志燈已在山東黃河所有水文站推廣應用，夜間測驗效果良好。通過推廣使用說明：該燈發(fā)光亮度高，是夜間測驗最好的光源之一;在測船上可隨意開、關標志燈，操作極為方便;標志燈具有閃爍功能，目標更醒目;使用太陽能供電不必架設供電線路，節(jié)約了一次性建設投資;使用太陽能作能源，節(jié)能環(huán)保，可見經濟、社會效益顯著。遙控閃光型LED 測驗標志燈在水文行業(yè)中極具推廣價值，建議使用六分儀進行起點距測量的水文站安裝該型標志燈，使之發(fā)揮重要作用。