摘 要： 為了電網(wǎng)安全并減少電力部門的損失，研發(fā)了基于激光光柵和GSM的電力變壓器防盜報警系統(tǒng)。偷盜者只要碰到激光光柵的任意一條光線，報警主機立刻就會發(fā)出刺耳的警報聲，同時啟動內(nèi)置的GSM模塊，可撥打預(yù)先設(shè)置的多個報警電話，如手機、固話、小靈通、110等，還可群發(fā)短消息。
關(guān)鍵詞： 激光光柵; GSM模塊; 電力變壓器; 防盜系統(tǒng)
來自電力部門的調(diào)查表明，近年來，電力變壓器的破壞和被盜現(xiàn)象呈上升趨勢，且危害嚴重，直接和間接經(jīng)濟損失巨大，已嚴重影響了國民經(jīng)濟的健康發(fā)展和社會的和諧穩(wěn)定。國內(nèi)部分省份也曾經(jīng)采用諸如紅外線、有限距離無線通信、物理防盜卡等方式來解決變壓器的防盜問題，但由于這些系統(tǒng)或產(chǎn)品原理的局限性，效果并不理想。
介紹了基于激光光柵和GSM的電力變壓器防盜報警系統(tǒng)。激光光柵是由兩邊對射的多條激光束組成的光線平面，由于激光獨特的優(yōu)越性能，其抗干擾好、誤報率低，而較現(xiàn)有的紅外光柵更適應(yīng)野外環(huán)境。偷盜者只要碰到其中任意一條光線，報警主機立刻就會發(fā)出刺耳的警報聲，同時啟動內(nèi)置的GSM模塊，撥打預(yù)先設(shè)置的多個報警電話，如手機、固話、小靈通、110等，還可群發(fā)短消息。激光光束的疏密，防范區(qū)域的大小，以及圍欄的結(jié)構(gòu)均可根據(jù)不同的場所來設(shè)計。電子纜線可垂直或者水平安裝，從而提供一個更廣闊的保護屏障，防止入侵者挖掘或攀爬。系統(tǒng)設(shè)計了交、直流雙電源供電，平時由市電供電，當(dāng)遇停電或遭到破壞時，內(nèi)置的蓄電池依能使系統(tǒng)處于正常警戒狀態(tài)。
1 總體方案設(shè)計
1.1 系統(tǒng)原理
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用了兩種報警源，當(dāng)偷盜者碰到任意一條激光光線，將使VL/VRG 激光對射式光柵傳感器動作；當(dāng)偷盜者撬動變壓器，振動傳感器動作。兩種報警信號被送到AT89S51單片機進行處理，立刻就會開啟警燈并發(fā)出刺耳的警報聲，現(xiàn)場高分貝的報警聲主動對偷盜者作出反擊，以阻嚇偷盜者盜竊行為發(fā)生。同時，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232與內(nèi)置的TC35 GSM模塊通信，可撥打預(yù)先設(shè)置的多個報警電話，并可群發(fā)短消息。為了不影響工作人員的檢修和維護，采用編碼解碼芯片PT2262/PT2272進行遙控設(shè)防和撤防。
1.2 系統(tǒng)防盜
圖2為系統(tǒng)防盜示意圖。變壓器內(nèi)部安裝了GSM模塊，即使偷盜者偷盜成功，變壓器被快速轉(zhuǎn)移，內(nèi)置的GSM會不斷地發(fā)出信號，警方會根據(jù)GSM的位置信息及時追蹤找到贓物。
2 報警系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 激光光柵傳感器
激光光柵傳感器采用如圖3所示的VL/VRG 激光對射式光柵發(fā)射器，VL發(fā)射出高強度調(diào)制激光，其光束被接收器VRG中裝有光學(xué)濾光片的光電二極管接收，光電二極管轉(zhuǎn)換出的信號被接收器VRG的后續(xù)電路處理。輸出電路則根據(jù)此光束是否被遮擋對輸出狀態(tài)進行切換。特殊的濾光片以及對環(huán)境光的自動補償功能使得傳感器對其他光源的光不敏感。
2.2 聲光報警模塊與單片機的接口電路
電源指示燈接AT89S51的P1.0口，警報喇叭、警報燈接P1.1口。在單片機的軟件編程中，設(shè)置低電平驅(qū)動聲光報警，初始化狀態(tài)為P1.0=0,即系統(tǒng)上電后，電源指示燈點亮，GSM模塊初始化后，寫P1.0=1，即電源指示燈關(guān)閉，表示進入監(jiān)控狀態(tài)；單片機的P1.1口的初始化狀態(tài)為P1.1=1，有報警信號產(chǎn)生時，單片機寫P1.1=0,此時，三極管Q1導(dǎo)通，進而繼電器吸合，由此完成低電平驅(qū)動聲光報警。具體的聲光報警模塊與單片機的接口電路如圖4所示。
2.3 傳感器與單片機的接口電路
圖5為傳感器與單片機的接口電路。振動傳感模塊接單片機AT89S51的P3.7口，在單片機的軟件編程中，初始化狀態(tài)為P3.7=0。當(dāng)此模塊接到振動傳感信息時，振動傳感模塊J4的2口輸出低電平，P3.7=1，單片機收到報警信號。
激光光柵傳感模塊接AT89S51的P3.5口，其報警原理與振動傳感模塊相似，同樣是傳感器低電平報警，只是在系統(tǒng)聲光報警后，增加了激光、紅外傳感模塊電路斷電，起保護眼睛的作用。因此，在這兩者的電源端增設(shè)了繼電器，通過繼電器的觸點動作來實現(xiàn)以上功能。在單片機的軟件編程中，初始化狀態(tài)為P3.4=1，即系統(tǒng)上電后，繼電器線圈失電，激光電路正常供電。當(dāng)P1.1口輸出低電平驅(qū)動聲光報警后，寫P3.4=0，此時激光、紅外傳感模塊斷電，從而起到了保護眼睛的作用。
2.4 GSM通信模塊與單片機的接口電路
GSM模塊TC35是西門子公司為工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)的無線通信模塊，可以工作在GSM 900MHz和GSM 1 800MHz頻段下。TC35模塊是系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵部件，是系統(tǒng)的無線接口部分，它集成了基帶處理單元和RF射頻模塊，對外提供40pin的ZIP連接器，用戶通過該連接器即可實現(xiàn)系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)輸入/輸出、語音輸入/輸出和電源輸入等功能。TC35還為用戶提供了良好的用戶接口RS232，通過RS232接口可以向TC35發(fā)送AT命令和傳輸數(shù)據(jù)。TC35的RS232接口數(shù)據(jù)格式支持8位數(shù)據(jù)，無校驗，1位停止位，波特率可以設(shè)置為300b/s～115kb/s。利用控制信號RING可以指示GSM模塊接收到一個語音呼叫、數(shù)據(jù)呼叫或短信息等，RING信號的功能可以由AT命令編程改變。
GSM通信模塊與單片機的具體接口電路如圖6所示，由于GSM串行口為RS232C 標準接口，與輸入、輸出均采用TTL 電平的AT89S51在接口規(guī)范上不一致，因此，TTL電平到RS232 接口電平的轉(zhuǎn)換采用MAXIM 公司的MAX232 標準RS232接口芯片。
2.5 遙控設(shè)防、撤防電路
遙控設(shè)防、撤防電路采用編碼解碼芯片PT2262/PT2272實現(xiàn)，如圖7所示。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號并對其地址碼進行兩次比較核對后，17腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，315MHz的高頻發(fā)射電路不工作；當(dāng)有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號。
遙控模塊的發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼必須完全相同，才能配對使用。PT2262的8個地址管腳（1～8）可以由人工進行編碼，即可以接地、接高電平，若PT2272的管腳1～8與之對應(yīng)，則PT2272的17端將輸出解碼有效高電平信號，經(jīng)放大后驅(qū)動繼電器進行負載遙控開關(guān)操縱。
3 報警系統(tǒng)軟件設(shè)計
報警系統(tǒng)的程序總流程圖如圖8所示。
GSM通信子系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)：現(xiàn)在市場上的手機大都支持GSM07.05規(guī)定的AT指令集。該指令集包含了對SMS的控制，利用GSM手機的串行接口，單片機向手機收發(fā)一系列的AT命令，就能達到控制手機收發(fā)SMS的目的。
本文介紹的系統(tǒng)通過激光光柵傳感器、振動傳感器、單片機系統(tǒng)等完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、分析，運行中一旦有異常現(xiàn)象或故障發(fā)生，將通過系統(tǒng)安裝的GSM通信模塊將信息發(fā)送到電力部門、變壓器看護人員或110，通信距離不受限制。經(jīng)使用證明，該系統(tǒng)抗干擾能力強、誤報率低、性能穩(wěn)定可靠。
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