专利名称：张力电子围栏入侵探测器及探测方法
张力电子围栏入侵探测器及探测方法技术领域
本发明属于电子通信技术领域，涉及一种探测器，尤其涉及一种张力电子围栏入 侵探测器及探测方法。
背景技术：
近年来，随着市场应用前景不断扩大，各种安全防范技术措施应运而生，如在普通 居民住宅区、别墅住宅区、企事业单位、工厂、仓库、变电站、水厂、电厂、学校，以至于司法系 统的看守所、监狱，以及机场、军事基地、政府机构、重点文物保护单位等场所均需要周界安 全防范和周界防入侵报警设施。随着安全防范需求的增强，各种新型探测技术的安全防范 系统迅速发展，周界防范产品也越来越丰富。
对于周界防入侵报警系统，现在普遍采用红外探测技术和红外微波双鉴技术进行 探测，主要产品有红外对射入侵探测器和红外对射光栅，但这些红外探测产品对环境的要 求较高，在环境变化时，如树枝遮档、强光照射、有动物出入或大风大雨的情况下，容易产生 误报信息，而且误报率很高。
现在常用的周界防范产品是高压脉冲张力电子围栏，其采用高电压、低能量的脉 冲，虽然不会对人体造成直接伤害，但如若不慎触及，则可能造成因有强烈的触电感而失足 摔落等间接的伤害；有时也会产生电火花，不宜在有可燃气体的环境下使用，还需与电力线 路保持足够的距离。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种张力电子围栏入侵探测器，该探测器能 探测到张力电子围栏上的多种不同类型的报警信号，并准确定位报警；
此外，本发明还提供一种张力电子围栏入侵探测方法，该方法能够准备探测到入 侵张力电子围栏的位置和类型，并发出报警。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种张力电子围栏入侵探测器，包括张力探测模块、信号转化模块、主机控制模 块、电源模块、报警模块；所述张力探测模块与张力电子围栏连接，用以探测张力电子围栏 的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；所述信号转化模块与所述张力探测模块 通信相连，用以将张力探测模块输出的张力电压信号放大输出；所述主机控制模块与所述 信号转化模块通信相连，用以对放大后的张力电压信号进行分析判断，确定张力电子围栏 的张力的大小与变化情况，同时，与预先设置的报警阀值比较，判断是否报警；所述电源模 块与所述主机控制模块相连，用以为主机控制模块供电；所述报警模块与所述主机控制模 块相连，用以发出报警。
作为本发明的一种优选方案，所述张力电子围栏入侵探测器还包括通讯模块、显 示模块；所述通讯模块与所述主机控制模块相连，用以实现张力电子围栏入侵探测器与外 部设备的实时通讯；所述显示模块与所述主机控制模块相连，用以实时显示当前防区报警状态、入侵位置及电源工作状态。
作为本发明的另一种优选方案，所述信号转换模块包括一运放电路，所述运放电 路包括运算放大器、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R9，电容Cl1、电容C13 ;所述运算放大器 的反向输入端通过电阻R3与张力探测模块的输出端VAl相连，运算放大器的同向输入端通 过电阻R4与张力探测模块的输出端VA2相连；运算放大器的输出端通过电阻R9接总输出 端V0，所述电阻R9的另一端还通过电容C13接地；运算放大器输出端和反向输入端之间连 接有一反馈电路，所述反馈电路为电容Cll和电阻R7并联的电路。
作为本发明的再一种优选方案，所述主机控制模块包括一 AD转换模块；所述AD转 换模块与所述运放电路相连，用以对放大后的张力电压信号进行AD转换，然后将转换后获 得的数字信号传输给所述主机控制模块进行分析判断。
作为本发明的再一种优选方案，所述电源模块包括220V-20V工频变压器、整流 滤波器、电平转换模块、第一稳压模块、第二稳压模块、电池；所述220V-20V工频变压器用 以接入220V交流电，并将220V交流电进行工频变压变换到220V-20V电压范围内；所述整 流滤波器与所述220V-20V工频变压器相连，用以对220V-20V工频变压器输出的电压进行 整流滤波处理；所述电平转换模块与所述整流滤波器相连，用以将整流滤波后的电压调制 成直流电压；所述第一稳压模块与所述电平转换模块相连；所述第二稳压模块与所述第一 稳压模块相连；所述第一稳压模块和第二稳压模块用以将所述直流电压转化成主机控制模 块的工作电压；所述第二稳压模块的输出端与所述主机控制模块相连；所述电池与所述第 一稳压模块相连，用以在所述张力电子围栏入侵探测器断电时采用电池供电。
一种张力电子围栏入侵探测方法，包括以下步骤
步骤一，探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；
步骤二，将张力探测模块输出的张力电压信号放大；
步骤三，将放大后的张力电压信号转换成数字信号进行分析判断，确定张力电子 围栏的张力变化位置及原因，发出入侵报警。
作为本发明的一种优选方案，所述探测方法还包括
供电步骤将220V交流电进行工频变压变换到220V-20V电压，对220V-20V电压 进行整流滤波处理，将整流滤波后的电压调制成直流电压，再将直流电压转化成需要的工 作电压；
备用供电步骤将电池提供的直流电压转化成需要的工作电压；
显示步骤实时显示当前防区报警状态、入侵位置及供电状态的显示步骤。
本发明的有益效果在于
I)把阻挡、威慑、报警等功能有机地集成在一起，外露的机械部分不带电，不会对 人体造成直接或间接的伤害；
2)能探测到张力电子围栏上的多种不同类型的入侵情况，并准确定位报警；
3)能确保环境的变化不会引起张力报警阈值的变化，环境适应性强，不受绿化、树 木和小动物等环境因素的影响，不受温度气候变化的影响，也不受地形高低和曲折程度的 限制。
图1为本发明所述的张力电子围栏入侵探测器的结构框图2为本发明所述的信号转换模块的结构框图3为本发明所述的信号转换模块中的运放电路的电路原理图;
图4为本发明所述的电源模块的结构框图5为本发明所述的张力电子围栏入侵探测方法的流程示意图。
主要组件符号说明
1、张力探测模块；2、信号转化模块；
3、主机控制模块；4、电源模块 ；
5、通讯模块；6、报警模块；
7、显示模块；41、220V-20V工频变压器；
42、整流滤波器；43、电平转换模块；
44U2V/7AH 电池；45、第一稳压模块；
46、第二稳压模块；31、AD转换模块；
21、运放电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。
实施例一
本实施例提供一种张力电子围栏入侵探测器，如图1所示，包括张力探测模块1、 信号转化模块2、主机控制模块3、电源模块4、通讯模块5、报警模块6、显示模块7 ;其中主机控制模块3分别与信号转化模块2、电源模块4、通讯模块5、报警模块6、显示模块7通信相连，所述张力探测模块I与信号转化模块2相连。
下面分别对各个模块进行详细介绍
张力探测模块I
所述张力探测模块I与张力电子围栏通过压力传感器直接连接，用以探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号。所述张力探测模块模块采用5V 电源供电，探测在120KG范围内，灵敏度可达2Mv/lV，具有温度补偿、零点稳定的特点。
所述张力探测模块为压力传感器。所述压力传感器通过电阻值变化将压力值转换成电信号。
信号转换模块2
所述信号转换模块2与所述张力探测模块I通信相连，用以将张力探测模块I输出的张力电压信号放大传送至所述主机控制模块3。
所述信号转换模块包括一运放电路21，如图2和3所示，所述运放电路包括运算放大器，电阻R3、R4、R7、R9，电容C11、C13 ;其中运算放大器的反向输入端通过电阻R3与张力探测模块I的输出端VAl相连，运算放大器的同向输入端通过电阻R4与张力探测模块I的输出端VA2相连；运算放大器的输出端通过电阻R9接总输出端V0，所述电阻R9的另一端还通过电容C13接地；运算放大器的反向输入端和输出端之间连接有一反馈电路，所述反馈电路为电容Cll和电阻R7并联的电路。
所述压力传感器输出端VA1、VA2输出的张力电压信号经过运算放大器(IC1/0PS07S)放大后变为电压VO = VA2+R7*(VA2-VA1)/R3。静态时，输出端VAl与VA2的电压相等，均约为2. 5V。这样设计的好处是当压力传感器感应到拉力或压力时输出的电压在运算放大器的工作范围内，不至于使运算放大器失效。
主机控制模块3
所述主机控制模块3以PIC16F877控制器为核心，包括AD转换模块31 ;所述AD转换模块31与所述运放电路相连21，用以对放大后的张力电压信号进行AD转换。所述运算放大器输出的放大的张力电压信号输入到主机控制模块3中的AD转换模块31进行AD转换；主机控制模块3对通过AD转换获得的数字信号进行分析判断，确定张力电子围栏的张力大小的变化，并与预先设置的报警阀值比较，判断是否发出报警；从而管理控制报警模块 6和显不模块7。
电源模块4
如图4所示，所述电源模块4包括220V-20V工频变压器41、整流滤波器42、电平转换模块43U2V/7AH电池44、第一稳压模块45 (7809)、第二稳压模块46(7805);所述220V-20V工频变压器41用以接入220V交流电，并将220V交流电进行工频变压变换到220V-20V电压范围内；整流滤波器42与所述220V-20V工频变压器41相连，用以对 220V-20V工频变压器41输出的电压进行整流滤波处理；电平转换模块43与整流滤波器42 相连，用以将整流滤波后的电压调制成DC15V电压；所述第一稳压模块45与电平转换模块 43相连,第二稳压模块46与第一稳压模块45相连,所述第一稳压模块45和第二稳压模块 46用以将所述DC15V电压转化成主机控制模块3的工作电压；所述第一稳压模块45还与所述12V/7AH电池44相连，用以在所述张力电子围栏入侵探测器断电时采用电池供电。
通信模块5
所述通讯模块5与主机控制模块3相连，其采用MAX485主芯片通讯机制，利用差分半双工原理，具有传输速率高、距离远等特点。所述通讯模块5用以实现与外部设备的实时通讯。
报警模块6
所述报警模块6与主机控制模块3相连，所述报警模块采用继电器隔离输出，由主机控制模块产生相应报警输出信号。
所述报警模块6包括蜂鸣器和红外发射与红外接收对射模块；所述蜂鸣器与主机控制模块3相连，用以发出声音警报；所述红外发射与红外接收对射模块与主机控制模块3 相连，用以对非法拆除设备产生报警信号。
显示模块7
结合图3所示，所述显示模块7与主机控制模块3相连，其采用LED实现防区工作状态的显示，即可实时显示当前防区报警状态、入侵位置及电源工作状态。
本发明所述的张力电子围栏入侵探测器把阻挡、威慑、报警等功能有机地集成在一起，是一种崭新的智能型周界阻挡安防报警产品，确保了环境的变化不会引起张力报警阈值的变化，彻底改变了以往周界安防探测器环境适应性差、易误报的缺点。
实施例二
本实施例提供一种实施例一所述的张力电子围栏入侵探测器的探测方法，该探测方法的流程如图5所示，包括以下步骤
所述张力探测模块探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；
所述信号转化模块将张力探测模块输出的张力电压信号放大输出；
所述主机控制模块中的AD转换模块首先对放大后的张力电压信号进行AD转换， 然后主机控制模块将转换后获得的数字信号进行采样分析处理，根据张力电子围栏的实际 使用情况，对防区预设地址数据，对张力电子围栏预设静态张力值数据、松弛数据、剪断数 据和报警阈值数据等，实时不间断监视和采样张力探测模块采集的数据，与预设数据进行 比较判断，确定张力电子围栏的张力变化位置及原因，发出相应的报警信号；
所述报警模块接收所述报警信号发出报警；
所述电源模块为主机控制模块供电；所述电源模块中的220V-20V工频变压器接 入220V交流电，并将220V交流电进行工频变压变换到220V-20V电压；所述电源模块中的 整流滤波器对220V-20V工频变压器输出的电压进行整流滤波处理；所述电源模块中的电 平转换模块将整流滤波后的电压调制成直流电压；所述电源模块中的第一稳压模块和第二 稳压模块将所述直流电压转化成主机控制模块的工作电压；所述电源模块中的电池在所述 张力电子围栏入侵探测器断电时作为备用供电。
所述通讯模块实现张力电子围栏入侵探测器与外部设备的实时通讯；
所述显示模块实时显示当前防区报警状态、入侵位置及电源工作状态。
实施例三
本实施例提供一种张力电子围栏入侵探测方法，包括以下步骤
步骤一，探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；
步骤二，将张力探测模块输出的张力电压信号放大；
步骤三，将放大后的张力电压信号转换成数字信号进行分析判断，确定张力电子 围栏的张力变化位置及原因，发出入侵报警。
供电步骤将220V交流电进行工频变压变换到220V-20V电压，对220V-20V电压 进行整流滤波处理，将整流滤波后的电压调制成直流电压，再将直流电压转化成需要的工 作电压。
备用供电步骤将电池提供的直流电压转化成需要的工作电压。
显示步骤实时显示当前防区报警状态、入侵位置及供电状态的显示步骤。
本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。 这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例 的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精 神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料 和部件来实现。
权利要求
1.一种张力电子围栏入侵探测器，其特征在于，包括张力探测模块，通过压力传感器与张力电子围栏连接，用以探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；信号转化模块，与所述张力探测模块通信相连，用以将张力探测模块输出的张力电压信号放大输出；主机控制模块，与所述信号转化模块通信相连，用以对放大后的张力电压信号进行分析判断，确定张力电子围栏的张力的大小与变化情况，同时，与预先设置的报警阀值比较，判断是否报警；电源模块，与所述主机控制模块相连，用以为主机控制模块供电；报警模块，与所述主机控制模块相连，用以发出报警。
2.根据权利要求1所述的张力电子围栏入侵探测器，其特征在于，所述张力电子围栏入侵探测器还包括通讯模块，与所述主机控制模块相连，用以实现张力电子围栏入侵探测器与外部设备的实时通讯；显示模块，与所述主机控制模块相连，用以实时显示当前防区报警状态、入侵位置及电源工作状态。
3.根据权利要求1所述的张力电子围栏入侵探测器，其特征在于所述信号转换模块包括一运放电路，所述运放电路包括运算放大器、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R9，电容CU、电容C13 ;所述运算放大器的反向输入端通过电阻R3与张力探测模块的输出端VAl相连，运算放大器的同向输入端通过电阻R4与张力探测模块的输出端VA2相连；运算放大器的输出端通过电阻R9接总输出端V0，所述电阻R9的另一端还通过电容C13接地；运算放大器输出端和反向输入端之间连接有一反馈电路，所述反馈电路为电容Cll和电阻R7并联的电路。
4.根据权利要求3所述的张力电子围栏入侵探测器，其特征在于所述主机控制模块包括一AD转换模块；所述AD转换模块与所述运放电路相连，用以对放大后的张力电压信号进行AD转换，然后将转换后获得的数字信号传输给所述主机控制模块进行分析判断。
5.根据权利要求1所述的张力电子围栏入侵探测器，其特征在于，所述电源模块包括220V-20V工频变压器，用以接入220V交流电，并将220V交流电进行工频变压变换到220V-20V电压范围内；整流滤波器，与所述220V-20V工频变压器相连，用以对220V-20V工频变压器输出的电压进行整流滤波处理；电平转换模块，与所述整流滤波器相连，用以将整流滤波后的电压调制成直流电压；第一稳压模块，与所述电平转换模块相连；第二稳压模块，与所述第一稳压模块相连；所述第一稳压模块和第二稳压模块用以将所述直流电压转化成主机控制模块的工作电压；所述第二稳压模块的输出端与所述主机控制模块相连；电池，与所述第一稳压模块相连，用以在所述张力电子围栏入侵探测器断电时采用电池供电。
6.一种张力电子围栏入侵探测方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；步骤二，将张力探测模块输出的张力电压信号放大；步骤三，将放大后的张力电压信号转换成数字信号进行分析判断，确定张力电子围栏的张力变化位置及原因，发出入侵报警。
7.根据权利要求6所述的张力电子围栏入侵探测方法，其特征在于，所述方法还包括供电步骤将220V交流电进行工频变压变换到220V-20V电压，对220V-20V电压进行整流滤波处理，将整流滤波后的电压调制成直流电压，再将直流电压转化成需要的工作电压；备用供电步骤将电池提供的直流电压转化成需要的工作电压；显示步骤实时显示当前防区报警状态、入侵位置及供电状态的显示步骤。
全文摘要
本发明公开了一种张力电子围栏入侵探测器及探测方法，该探测器包括张力探测模块，与张力电子围栏连接，用以探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；信号转化模块，与所述张力探测模块通信相连，用以将张力探测模块输出的张力电压信号放大输出；主机控制模块，与所述信号转化模块通信相连，用以对放大后的张力电压信号进行分析判断，确定张力电子围栏的张力变化位置及原因，发出报警信号；电源模块，与所述主机控制模块相连，用以为主机控制模块供电；报警模块，与所述主机控制模块相连，用以接收所述报警信号发出报警。本发明能探测到张力电子围栏上的多种不同类型的入侵情况，准确定位报警，且不易受环境影响。
文档编号G08B13/12GK103035091SQ20111029621
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者王雷 申请人:上海广拓信息技术有限公司