引言

　　黄河下游多数水文站水文测船测验使用机械六分仪进行垂线起点距测量，具有测量快捷，使用简单，造价低廉，故障率低等特点，是其它现代化测距仪器无法替代的测验设备，在水文测验中占有十分重要的位置。

　　测验时，在测流断面的 2 个标志杆(或标志塔)上分别安装 1 个标志灯，通过这 2 个标志灯确定测船是否在断面线上;在基线端点标志杆上安装1个基线标志灯，用于测量测船至基线端点的连线与断面线的夹角，再根据夹角、基线长度计算测船的起点距位置。

　　夜间流量测验，醒目的标志灯是不可缺少的测验设施。目前大都使用白炽灯作为测验标志灯，使用 220 V交流电为标志灯提供电能。此类标志灯存在以下几个方面的问题：1)需要架设专用输电线路，在偏僻的乡村盗割输电线的现象时有发生，不但造成一定的经济损失，而且影响正常的水文测验，此外由于多数水文站驻地在农村，电力供应不如城市，有时停电会影响测验;2)采用普通的白炽灯作为标志灯，此灯与其它光源无差别，极易与其它光源混淆，用六分仪交会时容易出现目标错误，造成起点距数据错误;3)白炽灯寿命短，经常需要爬上十几米高的标志杆更换灯泡，给测验人员带来一些不必要的麻烦。为了解决这些问题，提高夜间测量能力，根据标志灯实际应用和要求，研制了新型遥控闪光型LED 测验标志灯。

　　1、遥控闪光型LED测验标志灯原理

　　根据设计要求，研制的遥控闪光型 LED 测验标志灯由太阳能电池板、充电电路、蓄电池、遥控开关、光控电子开关、闪光电路、驱动电路、LED 发光板等8个部分组成，具体结构如图1所示。遥控闪光型LED 测验标志灯原理如图 2 所示。

　　图 2 中各元器件功能简述如下：D4 为保护二极管;IC1 为线性稳压集成电路，型号为 7812，输出稳定的 12 V 直流电压;D5为升压二极管，由于它的作用使 IC1 输出电压提升为 13.8 V;C2，C3 为滤波电容;W为光控调整电位器，根据自然亮度调整标志灯点亮(或熄灭)的时刻;U1 为光敏三极管，用于检测室外亮度;IC2 为与非门电路，含 4 个独立单元，即IC2A，IC2B，IC2C，IC2D;V1 为驱动管，驱动能力较强;D1，D2，D3 是 LED 发光板;R 为电阻。

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　　1.1 光源(LED 发光板)的选择

　　常见的光源有几十种，如白炽灯，高压汞灯，电弧灯，LED，LCD，LCDS，EL等，对各种光源的性能进行比较，并根据水文测验要求选择适合测验的光源作为标志灯。近年来高亮(超高亮)发光二极管的诞生，使发光二极管的优越性越来越突出，经比较认为LED 发光二极管的性价比远优于其它光源，发光效率远大于白炽灯，寿命是白炽灯的十几倍。所以选择 LED 发光二极管作为标志灯的发光器件。

　　LED发光板是超低功耗、高发光效率的新型环保光源，有多种颜色供选择，发光面积可随意改变，省电，适合电池供电场合使用。若选用黄色发光管，可提高标志灯的穿雾能力。

　　D1，D2，D3 是高亮度发光二极管，3 只发光二极管串联后组成 1 组发光单元，再由 96 组发光单元组成发光板，这 288 只二极管均匀排列成24×12 发光矩阵，发光面积为 253 cm2。如果河道水面宽度较大，可以把 2 块(或多块)发光板拼接组成大面积的发光板，以满足各种水面宽的起点距测量。

　　1.2 蓄电池选择

　　一般夜间测流 1 次，工作时间为 2 h。发光板标准工作电流为 960 mA，为了使标志灯醒目，采用闪光工作状态，平均工作电流为 960÷2=480mA=0.48 A。1 次测流所需电池容量为 0.48 A×2 h=0.96 A•h。考虑到阴雨天，选择蓄电池的容量为 12 A•h。

　　1.3 太阳能电池的选择

　　根据蓄电池的容量和实际测验所需容量，考虑充电电流小于 1 A，这样对于延长电瓶寿命很有益处，故选用 10 W 的太阳能板作为充电电源。

　　1.4 充电电路

　　由 D4，IC1，D5，R5，C2，C3 组成充电电路，为限压式浮充充电方式，最高充电电压为 13.8 V，D5 为升压二极管，兼太阳能充电指示。

　　1.5 遥控开关

　　YKQ- JSB 为遥控开关执行部件，由单片机AT89C2051核心部件及有关元件构成。以基线标志灯为例加以说明，当按下遥控器手柄的“基线”按钮，发出基线点亮信息，基线灯箱的遥控开关 KA闭合，蓄电池的电能送往整个电路，基线灯工作，发光板点亮;当按下遥控器手柄的“关”按钮时，接收电路中的 KA断开，蓄电池的电能被切断，基线灯停止工作，发光板熄灭。

　　1.6 光控电子开关

　　由 W，U1，IC2，IC2D [1] 组成光控电子开关，白天 U1 受到光线的照射，使 IC2C 的 8 脚电压小于 1/2 VCC，10脚输出高电平，致使 IC2D 的 11 脚输出低电平，此电平为光控开关的控制电平，该处的“0”电平表示关断(断)，“1”电平表示打开(通)。白天 11脚的“0”电平把闪光电路关闭，发光板不会发光。

　　夜间 U1 不受光线的照射，使 IC2C 的 8 脚电压大于 1/2 VCC，10 脚输出低电平，致使 IC2D 的11脚输出高电平，此脚的“1”电平将闪光电路打开，发光板发光。这样达到白天自动关闭标志灯的目的。

　　1.7 闪光电路

　　由 IC2A，IC2B [1]，C1，R3，R4 组成闪光电路，闪光电路实际是多谐振荡器，振荡频率约为2 Hz左右，波形为标准的方波。振荡器的振荡与否取决于 IC2A 的 1 脚电平，也就是 IC2D 的 11 脚电平的高低，高电平振荡(夜间)，低电平停振(白天)。

　　1.8 驱动电路

　　由 V1 和 R2 组成驱动电路，如果加大发光板的面积，可随意把多个 V1 互相并联使用，印刷板已经留有 V1 并联的位置，扩容比较容易，其它不必做任何改动。驱动电路主要作用是提高 CMOS 的输出功率，V1 基本不需驱动电流，可以输出较大的电流，用于推动发光板发光。

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　　1.9 遥控开关与光控开关的逻辑关系

　　标志灯的点亮与熄灭受光控和遥控的控制，逻辑关系如表 1 所示。

　　遥控关灯指令有关灯有优先权，不管是白天或夜晚，只要遥控器发关灯指令，标志灯均为熄灭状态;不管遥控器发开灯或者关灯指令，只要是白天，标志灯均处于熄灭状态。

　　1.10.1 蓄电池充电

　　在图 2 中 D5 是升压发光二极管，IC1 是线性12 V直流稳压集成电路，兼作充电指示灯，白天充电时发光二极管发黄色的光，表示太阳能电池产生电动势。由于 D5 的存在，使 IC1 的输出电压为13.8V，正好为蓄电池的充电终止电压。白天太阳能电池 E1 的输出电压大于 15 V 时，在稳压集成电路7812 的输出端 3 脚输出 13.8 V直流电，通过二极管D4 和 R5 送往蓄电池，对蓄电池 E2 进行充电，补充电能。随着充电时间的增加，蓄电池电压逐渐升高，充电电流逐渐减小，当蓄电池电压达到13.8 V时，充电电流为零，充电终止。这样可以防止蓄电池过充，有效延长蓄电池的使用寿命。

　　1.10.2 遥控控制

　　1)白天。若按遥控器按钮，遥控接收电路 KA闭合，VCC 端电压为蓄电池电压，闪光灯电路得到电能。但是光敏管 U1 使 IC2C 的输入端 8 和 9脚为低电平，IC2C 输出高电平，进而使 IC2D 的 11 脚输出低电平，迫使闪光电路停振，IC2B 的 4 脚输出低电平，此时 V1处于截至状态，发光板不发光。

　　2)夜间。若遥控开关关闭，整个电路(除遥控接收板)处于断电状态，电路不工作，发光板不发光;若按遥控器开灯按钮，遥控接收电路 KA 闭合，VCC端电压为蓄电池电压，闪光灯电路得到电能。夜间光敏管 U1 处于高阻状态，使 IC2C 的输入端 8和 9 脚为高电平，IC2C 输出低电平，进而使 IC2D的11 脚输出高电平，闪光电路开始振荡，IC2B 的 4脚输出矩形脉冲，使 V1 处于截至、导通交替状态，发光板闪烁发光。遥控器上有“关”、“后断面”、“前断面”、“基线”4 个按钮，其中“后断面”、“前断面”、“基线”对应控制 2 个断面灯和 1 个基线灯，3处的标志灯开灯控制是相互独立的，按钮“后断面”、“前断面”、“基线”是互不影响的，另外按钮“关”是关闭键，按下此键则所有灯均关闭。

　　2 遥控闪光型 LED 测验标志灯特点

　　1)采用太阳能电池作电能，不必架设专用供电线路;

　　2)光源采用高亮 LED 发光二极管，使用寿命长，发光面积大，视觉范围广，目标更清晰;

　　3)采用遥控方式，开灯、关灯极其方便;

　　4)标志灯具有闪烁功能，目标更醒目，不易和其它光源混淆，避免了目标错误。

　　3 结语

　　新型遥控闪光型 LED测验标志灯已在山东黄河所有水文站推广应用，夜间测验效果良好。通过推广使用说明：该灯发光亮度高，是夜间测验最好的光源之一;在测船上可随意开、关标志灯，操作极为方便;标志灯具有闪烁功能，目标更醒目;使用太阳能供电不必架设供电线路，节约了一次性建设投资;使用太阳能作能源，节能环保，可见经济、社会效益显著。遥控闪光型LED 测验标志灯在水文行业中极具推广价值，建议使用六分仪进行起点距测量的水文站安装该型标志灯，使之发挥重要作用。