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(bào)警系統(tǒng)。偷盜者只要碰到激光光柵的任意一條光線，報(bào)警主機(jī)立刻就會(huì)發(fā)出刺耳的警報(bào)聲，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)置的GSM模塊，可撥打預(yù)先設(shè)置的多個(gè)報(bào)警電話，如手機(jī)、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(lái)自電力部門的調(diào)查表明，近年來(lái)，電力變壓器的破壞和被盜現(xiàn)象呈上升趨勢(shì)，且危害嚴(yán)重，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失巨大，已嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和社會(huì)的和諧穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)部分省份也曾經(jīng)采用諸如紅外線、有限距離無(wú)線通信、物理防盜卡等方式來(lái)解決變壓器的防盜問(wèn)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(bào)警系統(tǒng)。激光光柵是由兩邊對(duì)射的多條激光束組成的光線平面，由于激光獨(dú)特的優(yōu)越性能，其抗干擾好、誤報(bào)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(bào)警主機(jī)立刻就會(huì)發(fā)出刺耳的警報(bào)聲，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)置的GSM模塊，撥打預(yù)先設(shè)置的多個(gè)報(bào)警電話，如手機(jī)、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(chǎng)所來(lái)設(shè)計(jì)。電子纜線可垂直或者水平安裝，從而提供一個(gè)更廣闊的保護(hù)屏障，防止入侵者挖掘或攀爬。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了交、直流雙電源供電，平時(shí)由市電供電，當(dāng)遇停電或遭到破壞時(shí)，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(jì) 

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(bào)警源，當(dāng)偷盜者碰到任意一條激光光線，將使VL/VRG 激光對(duì)射式光柵傳感器動(dòng)作；當(dāng)偷盜者撬動(dòng)變壓器，振動(dòng)傳感器動(dòng)作。兩種報(bào)警信號(hào)被送到AT89S51單片機(jī)進(jìn)行處理，立刻就會(huì)開(kāi)啟警燈并發(fā)出刺耳的警報(bào)聲，現(xiàn)場(chǎng)高分貝的報(bào)警聲主動(dòng)對(duì)偷盜者作出反擊，以阻嚇偷盜者盜竊行為發(fā)生。同時(shí)，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(gè)報(bào)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(hù)，采用編碼解碼芯片PT2262/PT2272進(jìn)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(huì)不斷地發(fā)出信號(hào)，警方會(huì)根據(jù)GSM的位置信息及時(shí)追蹤找到贓物。 

2 報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 

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(duì)射式光柵發(fā)射器，VL發(fā)射出高強(qiáng)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(hào)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(duì)輸出狀態(tài)進(jìn)行切換。特殊的濾光片以及對(duì)環(huán)境光的自動(dòng)補(bǔ)償功能使得傳感器對(duì)其他光源的光不敏感。 

2.2 聲光報(bào)警模塊與單片機(jī)的接口電路

    電源指示燈接AT89S51的P1.0口，警報(bào)喇叭、警報(bào)燈接P1.1口。在單片機(jī)的軟件編程中，設(shè)置低電平驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警，初始化狀態(tài)為P1.0=0,即系統(tǒng)上電后，電源指示燈點(diǎn)亮，GSM模塊初始化后，寫P1.0=1，即電源指示燈關(guān)閉，表示進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)；單片機(jī)的P1.1口的初始化狀態(tài)為P1.1=1，有報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，單片機(jī)寫P1.1=0,此時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，進(jìn)而繼電器吸合，由此完成低電平驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警。具體的聲光報(bào)警模塊與單片機(jī)的接口電路如圖4所示。 

2.3 傳感器與單片機(jī)的接口電路

    圖5為傳感器與單片機(jī)的接口電路。振動(dòng)傳感模塊接單片機(jī)AT89S51的P3.7口，在單片機(jī)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(dòng)傳感信息時(shí)，振動(dòng)傳感模塊J4的2口輸出低電平，P3.7=1，單片機(jī)收到報(bào)警信號(hào)。 

    激光光柵傳感模塊接AT89S51的P3.5口，其報(bào)警原理與振動(dòng)傳感模塊相似，同樣是傳感器低電平報(bào)警，只是在系統(tǒng)聲光報(bào)警后，增加了激光、紅外傳感模塊電路斷電，起保護(hù)眼睛的作用。因此，在這兩者的電源端增設(shè)了繼電器，通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功能。在單片機(jī)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(dòng)聲光報(bào)警后，寫P3.4=0，此時(shí)激光、紅外傳感模塊斷電，從而起到了保護(hù)眼睛的作用。 

2.4 GSM通信模塊與單片機(jī)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(wú)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(wú)線接口部分，它集成了基帶處理單元和RF射頻模塊，對(duì)外提供40pin的ZIP連接器，用戶通過(guò)該連接器即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)輸入/輸出、語(yǔ)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(guò)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(wú)校驗(yàn)，1位停止位，波特率可以設(shè)置為300b/s～115kb/s。利用控制信號(hào)RING可以指示GSM模塊接收到一個(gè)語(yǔ)音呼叫、數(shù)據(jù)呼叫或短信息等，RING信號(hào)的功能可以由AT命令編程改變。 

    GSM通信模塊與單片機(jī)的具體接口電路如圖6所示，由于GSM串行口為RS232C 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)，如圖7所示。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)并對(duì)其地址碼進(jìn)行兩次比較核對(duì)后，17腳才輸出高電平，與此同時(shí)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(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，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(shí)，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(hào)。 

    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(duì)使用。PT2262的8個(gè)地址管腳（1～8）可以由人工進(jìn)行編碼，即可以接地、接高電平，若PT2272的管腳1～8與之對(duì)應(yīng)，則PT2272的17端將輸出解碼有效高電平信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)繼電器進(jìn)行負(fù)載遙控開(kāi)關(guān)操縱。 

3 報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    報(bào)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(shí)現(xiàn)：現(xiàn)在市場(chǎng)上的手機(jī)大都支持GSM07.05規(guī)定的AT指令集。該指令集包含了對(duì)SMS的控制，利用GSM手機(jī)的串行接口，單片機(jī)向手機(jī)收發(fā)一系列的AT命令，就能達(dá)到控制手機(jī)收發(fā)SMS的目的。 

    本文介紹的系統(tǒng)通過(guò)激光光柵傳感器、振動(dòng)傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)等完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、分析，運(yùn)行中一旦有異?，F(xiàn)象或故障發(fā)生，將通過(guò)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(hù)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(qiáng)、誤報(bào)率低、性能穩(wěn)定可靠。 

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