本实用新型涉及安防技术领域，尤其是涉及一种振动识别设备以及系统。
背景技术：
安全防范系统(security&protection system，简称SPS)以维护社会公共安全为目的，运用安全防范产品和其它相关产品所构成的入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、BSV液晶拼接墙系统、门禁消防系统、防爆安全检查系统等，或由这些系统为子系统组合或集成的电子系统或网络。
目前，安全防范系统中的入侵报警系统(intruder alarm system，简称IAS)利用传感器技术和电子信息技术探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域的行为、处理报警信息、发出报警信息的电子系统或网络。入侵报警系统的构成一般由周界防护、建筑物内(外)区域/空间防护和实物目标防护等部分单独或组合构成。系统的前端设备为各种类型的入侵探测器(传感器)。传输方式可以采用有线传输或无线传输，有线传输又可采用专线传输、电话线传输等方式；系统的终端显示、控制、设备通讯可采用报警控制器，也可设置报警中心控制台。系统设计时，入侵探测器的配置应使其探测范围有足够的覆盖面，应考虑使用各种不同探测原理的探测器。
但是，探测传感器应用于围栏上的攀爬行为入侵防范时，如果围栏硬度较高或弹性较小，则产生的加速度信号较为微弱，得到的振动信号精度便会较低，因此无法准确识别出入侵行为。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种振动识别设备以及系统，以解决现有技术中存在的无法准确识别出入侵行为的技术问题。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种振动识别设备，设置于目标检测物上，包括：数字式MEMS加速度传感器、模拟式MEMS加速度传感器、多级放大电路以及MCU；
所述数字式MEMS加速度传感器通过检测目标检测物的振动得到第一加速信号，并将所述第一加速信号传输至所述MCU；
所述模拟式MEMS加速度传感器通过检测目标检测物的振动得到模拟信号，并将所述模拟信号传输至所述多级放大电路；
所述多级放大电路对所述模拟信号进行放大、滤波、数模转换以及计算，得到第二加速信号，并将所述第二加速信号传输至所述MCU；
所述MCU根据所述第一加速信号与所述第二加速信号进行识别，得到振动值。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述MCU在所述振动值大于或等于预设值时，根据所述第一加速信号进行计算与状态判断，得到状态判断结果。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述MCU在所述振动值小于预设值时，根据所述第一加速信号与所述第二加速信号进行计算与状态判断，得到状态判断结果。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：分别与所述多级放大电路、所述MCU连接的放大调节装置；
所述放大调节装置根据设置的放大程度值，对所述多级放大电路放大所述模拟信号的放大倍数进行调节。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述MCU读取并记录所述放大程度值，并将所述放大程度值转化为放大倍数并进行储存。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述数字式MEMS加速度传感器为数字式三轴加速度传感器；
所述模拟式MEMS加速度传感器为模拟式三轴加速度传感器。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括：供电装置；
所述供电装置对所述数字式MEMS加速度传感器、所述模拟式MEMS加速度传感器、所述多级放大电路以及所述MCU提供电量。
第二方面，本实用新型实施例还提供一种振动识别系统，包括：探测主机、控制箱、服务器以及若干个如第一方面所述的振动识别设备；
所述探测主机分别与所述控制箱、若干个所述振动识别设备连接；
所述控制箱与所述服务器无线通讯连接；
所述探测主机采集若干个所述振动识别设备识别出的状态判断结果和/或所述振动值，并将所述状态判断结果和/或所述振动值传输至所述控制箱；
所述控制箱通过无线通讯将所述状态判断结果和/或所述振动发送至所述服务器。
结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述振动识别设备还包括：设置于所述振动识别设备内部的通信装置；
若干个所述振动识别设备内部的所述通信装置之间通过RS485串行总线和/或CAN总线进行通信。
结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述服务器根据所述状态判断结果和/或所述振动生成入侵报警信号。
本实用新型实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供的振动识别设备以及系统中，振动识别设备设置于目标检测物上，振动识别设备包括：多级放大电路、数字式MEMS加速度传感器、模拟式MEMS加速度传感器与MCU，其中，数字式MEMS加速度传感器通过检测目标检测物的振动得到第一加速信号并将第一加速信号传输至MCU，再者，模拟式MEMS加速度传感器通过检测目标检测物的振动得到模拟信号，并将模拟信号传输至多级放大电路，多级放大电路对模拟信号进行放大、滤波、数模转换以及计算，得到第二加速信号，并将第二加速信号传输至MCU，最后，MCU根据第一加速信号与第二加速信号进行识别，得到振动值，通过结合使用模拟式MEMS加速度传感器和数字式MEMS加速度传感器两种MEMS加速度传感器进行加速度信号的检测，实现两种感知信号的联合使用，而且再通过对模拟信号进行多级放大，能够更加有效的感应到较微弱的加速度信号，解决了攀爬入侵行为微弱信号识别的问题，通过对模拟量信号进行滤波、数模转换和计算等处理从而得到高精度的角度信号，从而解决了现有技术中存在的无法准确识别出入侵行为的技术问题。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的振动识别设备的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的振动识别设备的另一结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的振动识别系统的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的振动识别系统中，多个振动识别设备之间具体连接结构示意图。
图标：1-振动识别设备；11-数字式MEMS加速度传感器；111-数字式三轴加速度传感器；12-模拟式MEMS加速度传感器；121-模拟式三轴加速度传感器；13-多级放大电路；14-MCU；15-放大调节装置；16-供电装置；17-通信装置；2-振动识别系统；21-探测主机；22-控制箱；23-服务器。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
目前探测传感器应用于围栏上的攀爬行为入侵防范时，如果围栏硬度较高或弹性较小，则产生的加速度信号较为微弱，得到的振动信号精度便会较低，因此无法准确识别出入侵行为，基于此，本实用新型实施例提供的一种振动识别设备以及系统，可以解决现有技术中存在的无法准确识别出入侵行为的技术问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种振动识别设备以及系统进行详细介绍。
实施例一：
本实用新型实施例提供的一种振动识别设备，也可以为一种模拟和数字加速度传感器相结合的MEMS振动入侵探测设备，设置于目标检测物上，如图1所示，振动识别设备1包括：数字式MEMS加速度传感器11、模拟式MEMS加速度传感器12、多级放大电路13以及MCU14。
作为本实施例的优选实施方式，数字式MEMS加速度传感器通过检测目标检测物的振动得到第一加速信号，并将第一加速信号传输至MCU。
具体的，模拟式MEMS加速度传感器通过检测目标检测物的振动得到模拟信号，并将模拟信号传输至多级放大电路。多级放大电路对模拟信号进行放大、滤波、数模转换以及计算，得到第二加速信号，并将第二加速信号传输至MCU。
作为一个优选方案，MCU根据第一加速信号与第二加速信号进行识别，得到振动值。MCU在振动值大于或等于预设值时，根据第一加速信号进行计算与状态判断，得到状态判断结果。MCU在振动值小于预设值时，根据第一加速信号与第二加速信号进行计算与状态判断，得到状态判断结果。
如图2所示，振动识别设备还包括：分别与多级放大电路、MCU连接的放大调节装置15。放大调节装置根据设置的放大程度值，对多级放大电路放大模拟信号的放大倍数进行调节。MCU读取并记录放大程度值，并将放大程度值转化为放大倍数并进行储存。其中，放大调节装置可以为放大调节旋钮。
进一步的是，如图2所示，数字式MEMS加速度传感器为数字式三轴加速度传感器111。模拟式MEMS加速度传感器为模拟式三轴加速度传感器121。
如图2所示，振动识别设备还包括：供电装置16。供电装置对数字式MEMS加速度传感器、模拟式MEMS加速度传感器、多级放大电路以及MCU提供电量。
在实际应用中，振动识别设备能够应用于室外安防报警领域，可以用于民航机场、司法监狱、港口保税、军事要地、核电、能源电力等高等级安保场所的金属围栏周界入侵探测及报警，能够探测围栏上实时发生的敲击、撞击、强力破坏、攀爬等入侵行为。
作为本实施例的另一种实施方式，振动识别设备也可以为探测节点，其中同时包含两种类型和用途的三轴加速度传感器。探测节点可以包括供电模块、通信模块、MCU、数字型三轴加速度传感器、模拟型三轴加速度传感器及多级放大电路。
例如，数字型三轴加速度传感器检测围栏上的敲击、撞击等入侵行为，直接输出加速度信号A到MCU进行处理。模拟型三轴加速度传感器检测围栏上攀爬产生的微弱信号，并采用多级放大运算电路对模拟量信号进行放大、滤波、数模转换等处理，最终输出三个轴向的加速度信号B到MCU进行处理。模拟信号可通过调节旋钮连续调节放大倍数，以适应各种硬度和弹性的物理围栏。MCU读取并记录调节旋钮值，并将其转化为放大倍数后写入本地Flash中保存。其中，探测节点之间的通讯可以通利用RS485串行总线和/或和CAN总线通信协议，供电模块为其它模块提供电源及过载防浪涌保护。
然后，MCU同时采集到两路加速信号A和B，其中A为数字型加速度传感器输出的三个轴向的加速度信号；B为模拟型加速度传感器输出的经过多级放大运算处理的三个轴向的加速度信号。两种信号的融合计算方法可以如下：首先计算信号A，用以判断当前的振动状态，如果振动较为强烈，则直接利用信号A计算是否存在敲击或撞击入侵行为；如果信号A较为微弱，即低于某个系统设定值，则采用信号B计算三个轴向的倾角，同时将信号A作为输入条件，进而计算是否存在攀爬入侵行为。
需要说明的是，MEMS传感器能够广泛应用于民航机场、司法监狱、核电能源等行业的实体围界防护，此种技术方式的探测器节点通常采用离散阵列式布设方式布设在金属弹性围栏上，采集围栏上由敲击、摇晃、攀爬等入侵行为产生的加速度信号，并据此进行特征提取及模式识别算法分析，从而产生入侵报警信号。MEMS振动入侵探测技术具有定位精度高，受环境噪声影响小，可对入侵行为进行分类识别等特点，因此在防入侵领域逐渐取代振动光纤、电子围栏等传统技术手段。目前常用的MEMS传感器包括以下三种类型：单轴加速度，三轴加速度、六轴或九轴陀螺仪，其中单轴加速度传感器只能采集一个轴向的加速度信号，因此无法准确识别多种入侵行为；三轴加速度传感器可同时采用三个轴向的加速度信号，同时还可以推导出三个轴向的近似静态条件下的角度变化信号，因此可以识别出多种入侵行为；六轴或九轴陀螺仪传感器可同时输出三个轴向的加速度信号和三个轴向的角速度信号，通过卡尔曼滤波及其它算法，可以间接得到三个轴向的角度，据此识别各种入侵行为。
对于金属弹性围栏型周界的防护重点是撞击或剪切破坏围栏和攀爬翻越围栏两种类型的入侵行为，前者会在围栏上产生特征明显的加速度振动波形，因此采用三轴加速度或陀螺仪传感器的加速度输出可以清晰检测出信号；而攀爬在围栏上产生的振动信号较为微弱，特别是围栏材质角度较高或弹性较小时，加速度信号微弱且信号质量下降，因此仅采用加速度信号无法识别此种入侵行为。目前对攀爬的处理方式是采用角度变化信号来检测围栏上的攀爬行为，但对角度识别的精度要求高，通常要求角度输出精度不高于0.1度。三轴加速度传感器可通过三个轴向的加速度信号间接计算出三个轴向的角度，但精度不高，通常精度是0.5度，无法满足要求。陀螺仪可以对角速度进行积分并且结合滤波算法输出角度，但精度同样达不到要求。专用的高精度倾角传感器精度可以满足要求，但元器件价格高，考虑到成本因素无法在实际项目中大规模应用。
对于现有技术而言，MEMS传感器在应用于金属弹性围栏上的攀爬行为入侵防范时，如果围栏硬度高或弹性小，则产生的加速度信号较为微弱，同时由加速度间接计算得到的或由角速度积分得到的角度信号精度较低，因此无法准确识别出入侵行为。
通过结合使用模拟和数字两种MEMS三轴加速度传感器，分别用于角度和加速度信号的检测，通过对模拟信号进行多级放大及两种感知信号的联合使用，能够有效的解决了攀爬入侵行为微弱信号识别的问题。
本实施例中，振动识别设备采用数字型三轴加速度传感器，采集金属围栏上的加速度振动信号，数字型加速度传感器内置数模转化和滤波等运算模块，与模拟量输出相比较具有输出稳定，抗干扰能力强等优点。振动识别设备采用模拟型三轴加速度传感器，该型号探测器输出模拟量信号，采用多级模拟信号放大电路对模拟量信号进行放大、滤波和数模转换，对处理后的加速度信号进行计算得到高精度的角度信号。
实施例二：
本实用新型实施例提供的一种振动识别系统，如图3所示，振动识别系统2包括：探测主机21、控制箱22、服务器23以及若干个上述实施例一提供的振动识别设备。
其中，探测主机分别与控制箱、若干个振动识别设备1连接。控制箱与服务器无线通讯连接。探测主机采集若干个振动识别设备识别出的状态判断结果和/或振动值，并将状态判断结果和/或振动值传输至控制箱。控制箱通过无线通讯将状态判断结果和/或振动发送至服务器。其中，服务器根据状态判断结果和/或振动生成入侵报警信号。
作为本实施例的优选实施方式，如图3所示，若干个振动识别设备之间进行通信。若干个振动识别设备之间可以通过RS485串行总线和/或CAN总线进行通信。
如图4所示，振动识别设备还包括：设置于振动识别设备内部的通信装置17。若干个振动识别设备内部的通信装置之间通过RS485串行总线和/或CAN总线进行通信。
本实施例以金属围栏为例进行说明，探测器节点用支架安装在金属围栏上，安装高度为1.5米，节点之间间距3～6米，依据围栏结构及项目要求而不同。节点之间通过RS485串行总线或CAN总线连，并汇聚到探测主机，探测主机连接到弱电控制箱。探测主机汇聚左右两路总线上挂接的探测器数据，每一路总线最多可挂接12个探测器节点并且支持级联，依据通信协议完成对探测器节点的运行参数配置、数据采集及传输、运行状态监测等功能，其中核心功能是周期性采集每个探测器节点的数据，单个节点的采样频率为100Hz，按通信协议完成编码并将数据通过总线输入到控制箱。控制箱内安装有以太网协议转化设备，其作用是把通过RS485串行总线或CAN总线传输上来的感知数据包转化为以太网TCP/UDP协议，通过控制箱之间的光纤网络将感知数据包发送到监控中心机房的应用服务器。应用服务器上的感知数据融合处理算法依据算法和规则对数据进行处理，并最终生成入侵报警信号。
本实施例中，综合使用数字和模拟两种类型的三轴加速度MEMS传感器，前者用于敲击、撞击、剪切等入侵行为的探测，后者用于攀爬翻越围栏行为的探测。三轴加速度模拟信号经过多级放大及滤波，在此基础上计算得到的角度信号精度高，实际测试可达到0.1度以内，并且可根据现场情况进行调节。两种传感器特性不同，用途不同，处理方式不同，本方案综合两种传感器的特点及优点，已较低的成本解决了，金属围栏上攀爬微弱信号的检测问题，大幅度提高了角度检测的精度，可实现规模化应用。
本实用新型实施例中的振动识别系统在一个探测器节点上集成了数字型三轴加速度和模拟型三轴加速度两种类型的MEMS传感器。数字型三轴加速度用于金属围栏上敲击、撞击或剪切破坏等入侵行为的检测。模拟型三轴加速度传感器输出的模拟量信号经过多级方法运算电路处理，对金属围栏攀爬产生的微弱信号进行可连续调节的放大及滤波，据此可计算得到较高精度的角度信号。同时，数字型三轴加速度的输出信号可作为角度计算的判决条件和输入，以提高角度计算的精度。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件的相对数字表达式和数值并不限制本实用新型的范围。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
附图中的框图显示了根据本实用新型的多个实施例的系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本实用新型实施例提供的振动识别设备系统，与上述实施例提供的振动识别设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
优选的，MCU可以为处理器的形式，处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述功能可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本实用新型实施例中的公开的各功能。结合本实用新型实施例所公开的功能可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件执行完成。
另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。