一种高速公路电力电缆防盗报警装置的制作方法

本实用新型涉及一种高速公路电力电缆防盗报警装置。

背景技术：

现有高速公路电力电缆防盗报警系统目前在国内主要采用电力载波技术，而传统的载波技术应用到高速公路的隧道路灯和监控设备低压供电工况下存在以下问题：传统的技术手段是采用载波技术实现电缆检测，由于高速公路隧道路灯和监控设备属低压线路，而且线路埋于地下，线路干扰较强，某些技术指标在潮湿和雨天与天晴时有一定区别，根据产品开发方面的经验和工程实验证明：载波传输技术在路灯电缆防盗方面的可靠性很难保证，且成本较高。

为此本申请提出一种针对高速公路电力电缆防护而开发的一款电力电缆防盗报警产品，具有报警及时，准确率高，安装方便等特点，可以在全天任何时候、任何环境下正常工作，摒弃了传统载波检测在电缆末端增加有源信号发生器带来的不稳定因数，从根本上解决了电缆防盗长期稳定和可靠性问题。能够广泛用于高速公路、市政路灯、工业厂矿等大部分用电场所。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高速公路电力电缆防盗报警装置，具有报警及时，准确率高，安装方便等特点，可以在全天任何时候、任何环境下正常工作，摒弃了传统载波检测在电缆末端增加有源信号发生器带来的不稳定因数，从根本上解决了电缆防盗长期稳定和可靠性问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种高速公路电力电缆防盗报警装置，包括沿电力电缆电力传输方向依次与电力电缆连接的防盗主机和防盗报警终端，所述防盗报警终端包括第一单片机模块及与该第一单片机模块连接的电力电缆防盗检测模块、第一电力电缆有无电切换模块、用于为整个防盗报警终端供电的第一电源供电模块、用于实现第一单片机模块与上位机进行无线通信的无线通信模块；所述防盗主机包括第二单片机模块及与该第二单片机模块连接的防盗检测电压信号发射模块、第二电力电缆有无电切换模块、用于为整个防盗主机供电的第二电源供电模块。

在本实用新型一实施例中，所述电力电缆防盗检测模块包括电力电缆有电防盗检测模块、电力电缆无电防盗检测模块；所述电力电缆有电防盗检测模块包括第一整流桥，第一光电隔离器，电阻R2、R3、R4；第一整流桥的两输入端分别与电力电缆的零、火线连接，第一整流桥的第一输出端经R3与第一光电隔离器的第一输入端连接，第一整流桥的第二输出端经R4与第一光电隔离器的第二输入端连接，第一光电隔离器的第一输出端经R2与+3.3V端连接，第一光电隔离器的第一输出端还与第一单片机模块的第一输入端连接，第一光电隔离器的第二输出端连接至GND；所述电力电缆的无电防盗检测模块包括保险电阻F1，第一继电器，第二继电器，二极管D1、D2，电阻R1；F1的一端、第一继电器第一常开开关的一端与电力电缆的零线连接，F1的另一端经第二继电器控制线圈与第一继电器第二常开开关的一端、电力电缆的火线连接，第一继电器第一常开开关的另一端经第二继电器第一常闭开关与D2的阴极连接，第一继电器第二常开开关的另一端经第二继电器第二常闭开关与D1的阳极连接，D1的阴极经R1与D2的阳极、GND连接，D1的阴极还与第一单片机模块的第二输入端连接。

在本实用新型一实施例中，所述第一电力电缆有无电切换模块包括三极管Q1，电阻R5、R6，Q1的集电极经第一继电器控制线圈连接至+5V端，Q1的发射极与R6的一端相连接至GND，Q1的基极与R6的另一端、R5的一端相连接，R5的另一端与第一单片机模块的一输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述防盗检测电压信号发射模块包括第二整流桥，第三整流桥，二极管D11、D12、D13、D14，第四继电器，第五继电器，保险电阻F2，电阻R12、R13、R20、R22、R29、R30、第二光电隔离器、电压转换芯片LM317AJ；F2的一端、第四继电器第一常开开关的一端、第二整流桥的第一输入端与电力电缆的零线连接，F2的另一端经第五继电器控制线圈与第四继电器第二常开开关的一端、第二整流桥的第二输入端、电力电缆的火线连接，第二整流桥的第一输出端经R12与第二光电隔离器的第一输入端连接，第二整流桥的第二输出端经R13与第二光电隔离器的第二输入端连接，第二光电隔离器的第一输出端经R22连接至+5V端，第二光电隔离器的第一输出端还与第二单片机模块连接，第二光电隔离器的的第二输出端连接至GND，第四继电器第一常开开关的另一端经第五继电器第一常闭开关与D14的阳极连接，第四继电器第二常开开关的另一端经第五继电器第二常闭开关与D13的阴极连接，D13的阳极与R30的一端、第三整流桥的第一输出端连接，R30的另一端与D14的阴极、第三整流桥的第二输出端连接，第三整流桥的第一输入端与R20的一端、LM317AJ的OUT引脚连接，第三整流桥的第二输入端与R29的一端相连接至GND，LM317AJ的ADJ引脚与R20的另一端、R29的另一端连接，LM317AJ的IN引脚与D11的阴极、D12的阴极连接，D11的阳极连接至GND，D12的阳极连接至+24V端。

在本实用新型一实施例中，所述第二电力电缆有无电切换模块包括三极管Q5，电阻R32、R33，Q5的集电极经第四继电器控制线圈连接至+D12的阴极，Q5的发射极与R33的一端相连接至GND，Q5的基极与R33的另一端、R32的一端相连接，R32的另一端与第二单片机模块的一输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述第一电源供电模块包括第一AC220V转DC24V模块、第一24V转5V模块、5V转3.3V模块以及电源切换模块；所述第二电源供电模块包括第二AC220V转DC24V模块、第二24V转5V模块。

在本实用新型一实施例中，所述第一AC220V转DC24V模块通过变压器将AC220V转换为DC24V，所述变压器采用EI48；所述第二AC220V转DC24V模块的电路结构与第一AC220V转DC24V模块的电路结构相同。

在本实用新型一实施例中，所述第一24V转5V模块包括电压转换芯片LM1117-5，二极管D5、D6、D8，电容C9、C10，电阻R14、R17；第一AC220V转DC24V模块输出的+24V经D6、R17与LM1117-5的IN引脚、D5的阴极连接，LM1117-5的GND引脚与D5的阳极、C9的一端、C10的一端相连接至GND，LM1117-5的OUT引脚、PAD引脚与C9的另一端、C10的另一端、D8的阳极连接，并作为+5V端，D8的阴极经R14连接至GND；第二24V转5V模块的电路结构与第一24V转5V模块的电路结构相同。

在本实用新型一实施例中，所述5V转3.3V模块包括电阻R9、R15，电容C12、C13、C14，电压转换芯片LM1117-3.3，第三继电器以及5V电池；第一24V转5V模块输出的+5V与C12的一端、C13的一端、R15的一端、LM1117-3.3的IN引脚、第三继电器常闭开关的一端连接，R15的另一端经R9连接至GND，R15的另一端还与第一单片机模块的第三输入端连接，第三继电器常闭开关的另一端与5V电池的正极连接，5V电池的负极与C12的另一端、C13的另一端、LM1117-3.3的GND引脚、C14的一端相连接至GND，LM1117-3.3的OUT引脚、PAD引脚与C14的另一端连接，并作为+3.3V端。

在本实用新型一实施例中，所述电源切换模块包括三极管Q2，电阻R10、R11，Q2的集电极经第三继电器控制线圈连接至第一24V转5V模块输出的+5V端，Q2的发射极与R11的一端相连接至GND，Q2的基极与R11的另一端、R10的一端相连接，R10的另一端与第一单片机模块的另一输出端连接。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型具有报警及时，准确率高，安装方便等特点，可以在全天任何时候、任何环境下正常工作，摒弃了传统载波检测在电缆末端增加有源信号发生器带来的不稳定因数，从根本上解决了电缆防盗长期稳定和可靠性问题。

附图说明

图1是本实用新型高速公路电力电缆防盗报警装置的原理框图。

图2是本实用新型第一单片机模块电路原理图。

图3是本实用新型电力电缆防盗检测模块电路原理图。

图4是本实用新型第一电力电缆有无电切换模块电路原理图。

图5是本实用新型第二单片机模块电路原理图

图6是本实用新型防盗检测电压信号发射模块与第二电力电缆有无电切换模块电路原理图。

图7是本实用新型第一/第二AC220V转DC24V模块电路原理图。

图8是本实用新型第一/第二24V转5V模块电路原理图。

图9是本实用新型5V转3.3V模块电路原理图。

图10是本实用新型电源切换模块电路原理图。

图11是本实用新型无线通信模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图1-11，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

本实用新型提供了一种高速公路电力电缆防盗报警装置，包括沿电力电缆电力传输方向依次与电力电缆连接的防盗主机和防盗报警终端，所述防盗报警终端包括第一单片机模块及与该第一单片机模块连接的电力电缆防盗检测模块、第一电力电缆有无电切换模块、用于为整个防盗报警终端供电的第一电源供电模块、用于实现第一单片机模块与上位机进行无线通信的无线通信模块（采用GPRS无线通信模块）；所述防盗主机包括第二单片机模块及与该第二单片机模块连接的防盗检测电压信号发射模块、第二电力电缆有无电切换模块、用于为整个防盗主机供电的第二电源供电模块。

所述电力电缆防盗检测模块包括电力电缆有电防盗检测模块、电力电缆无电防盗检测模块；所述电力电缆有电防盗检测模块包括第一整流桥，第一光电隔离器，电阻R2、R3、R4；第一整流桥的两输入端分别与电力电缆的零、火线连接，第一整流桥的第一输出端经R3与第一光电隔离器的第一输入端连接，第一整流桥的第二输出端经R4与第一光电隔离器的第二输入端连接，第一光电隔离器的第一输出端经R2与+3.3V端连接，第一光电隔离器的第一输出端还与第一单片机模块的第一输入端连接，第一光电隔离器的第二输出端连接至GND；所述电力电缆的无电防盗检测模块包括保险电阻F1，第一继电器，第二继电器，二极管D1、D2，电阻R1；F1的一端、第一继电器第一常开开关的一端与电力电缆的零线连接，F1的另一端经第二继电器控制线圈与第一继电器第二常开开关的一端、电力电缆的火线连接，第一继电器第一常开开关的另一端经第二继电器第一常闭开关与D2的阴极连接，第一继电器第二常开开关的另一端经第二继电器第二常闭开关与D1的阳极连接，D1的阴极经R1与D2的阳极、GND连接，D1的阴极还与第一单片机模块的第二输入端连接。所述第一电力电缆有无电切换模块包括三极管Q1，电阻R5、R6，Q1的集电极经第一继电器控制线圈连接至+5V端，Q1的发射极与R6的一端相连接至GND，Q1的基极与R6的另一端、R5的一端相连接，R5的另一端与第一单片机模块的一输出端连接。

所述防盗检测电压信号发射模块包括第二整流桥，第三整流桥，二极管D11、D12、D13、D14，第四继电器，第五继电器，保险电阻F2，电阻R12、R13、R20、R22、R29、R30、第二光电隔离器、电压转换芯片LM317AJ；F2的一端、第四继电器第一常开开关的一端、第二整流桥的第一输入端与电力电缆的零线连接，F2的另一端经第五继电器控制线圈与第四继电器第二常开开关的一端、第二整流桥的第二输入端、电力电缆的火线连接，第二整流桥的第一输出端经R12与第二光电隔离器的第一输入端连接，第二整流桥的第二输出端经R13与第二光电隔离器的第二输入端连接，第二光电隔离器的第一输出端经R22连接至+5V端，第二光电隔离器的第一输出端还与第二单片机模块连接，第二光电隔离器的的第二输出端连接至GND，第四继电器第一常开开关的另一端经第五继电器第一常闭开关与D14的阳极连接，第四继电器第二常开开关的另一端经第五继电器第二常闭开关与D13的阴极连接，D13的阳极与R30的一端、第三整流桥的第一输出端连接，R30的另一端与D14的阴极、第三整流桥的第二输出端连接，第三整流桥的第一输入端与R20的一端、LM317AJ的OUT引脚连接，第三整流桥的第二输入端与R29的一端相连接至GND，LM317AJ的ADJ引脚与R20的另一端、R29的另一端连接，LM317AJ的IN引脚与D11的阴极、D12的阴极连接，D11的阳极连接至GND，D12的阳极连接至+24V端。所述第二电力电缆有无电切换模块包括三极管Q5，电阻R32、R33，Q5的集电极经第四继电器控制线圈连接至+D12的阴极，Q5的发射极与R33的一端相连接至GND，Q5的基极与R33的另一端、R32的一端相连接，R32的另一端与第二单片机模块的一输出端连接。

所述第一电源供电模块包括第一AC220V转DC24V模块、第一24V转5V模块、5V转3.3V模块以及电源切换模块；所述第二电源供电模块包括第二AC220V转DC24V模块、第二24V转5V模块。所述第一AC220V转DC24V模块通过变压器将AC220V转换为DC24V，所述变压器采用EI48；所述第二AC220V转DC24V模块的电路结构与第一AC220V转DC24V模块的电路结构相同。所述第一24V转5V模块包括电压转换芯片LM1117-5，二极管D5、D6、D8，电容C9、C10，电阻R14、R17；第一AC220V转DC24V模块输出的+24V经D6、R17与LM1117-5的IN引脚、D5的阴极连接，LM1117-5的GND引脚与D5的阳极、C9的一端、C10的一端相连接至GND，LM1117-5的OUT引脚、PAD引脚与C9的另一端、C10的另一端、D8的阳极连接，并作为+5V端，D8的阴极经R14连接至GND；第二24V转5V模块的电路结构与第一24V转5V模块的电路结构相同。所述5V转3.3V模块包括电阻R9、R15，电容C12、C13、C14，电压转换芯片LM1117-3.3，第三继电器以及5V电池；第一24V转5V模块输出的+5V与C12的一端、C13的一端、R15的一端、LM1117-3.3的IN引脚、第三继电器常闭开关的一端连接，R15的另一端经R9连接至GND，R15的另一端还与第一单片机模块的第三输入端连接，第三继电器常闭开关的另一端与5V电池的正极连接，5V电池的负极与C12的另一端、C13的另一端、LM1117-3.3的GND引脚、C14的一端相连接至GND，LM1117-3.3的OUT引脚、PAD引脚与C14的另一端连接，并作为+3.3V端。所述电源切换模块包括三极管Q2，电阻R10、R11，Q2的集电极经第三继电器控制线圈连接至第一24V转5V模块输出的+5V端，Q2的发射极与R11的一端相连接至GND，Q2的基极与R11的另一端、R10的一端相连接，R10的另一端与第一单片机模块的另一输出端连接。

所述第一单片机模块包括第一单片机及与该第一单片机连接的第一单片机外围电路，所述第一单片机外围电路包括与第一单片机连接的晶振电路、复位电路、启动电路，所述第一单片机采用STM32F103C8T6；所述第二单片机模块包括第二单片机及与该第二单片机连接的第二单片机外围电路，所述第二单片机外围电路包括与第二单片机连接的晶振电路、复位电路，所述第二单片机采用SH79F083AM。

以下为本实用新型的高速公路电力电缆防盗报警装置的工作原理：

高速公路电力电缆，特别是高速公路路灯供电的电力电缆，一般白天无电，晚上才会供电让高速公路路灯能够照明，因此本实用新型的高速公路电力电缆防盗报警装置的电力电缆防盗检测包括以下两种情况：

（1）当处于白天情况下，即电力电缆无电时：

参见附图5-8，防盗主机由控制室内220V通过第二AC220V转DC24V模块、第二24V转5V模块输出5V供电，此时，由于电力电缆无电，防盗主机的单片机U3无法通过防盗检测电压信号发射模块检测到电力电缆通过光电隔离器U4感应的电信号，单片机U3控制三极管Q5处于闭合状态，K1B得电，使得K1A处于闭合状态，控制室内220V通过第二AC220V转DC24V模块输出的24V通过防盗检测电压信号发射模块的电压转换芯片V1、第三整流桥、D13、K2A、K1A传输电压信号至电力电缆上，并经电力电缆传输给防盗报警终端；

参见附图2-4、11，防盗报警终端由于电力电缆无电，防盗报警终端的单片机U1无法通过电力电缆防盗检测模块的电力电缆有电防盗检测模块的光电隔离器U2感应的电信号，防盗报警终端由5V电池通过5V转3.3V模块为防盗报警终端供电，单片机U1控制Q1闭合，K4B得电，使得K4A闭合；

若此时，防盗主机通过防盗检测电压信号发射模块传输到电力电缆的电压信号能够通过电力电缆防盗检测模块的电力电缆有电防盗检测模块被单片机U1检测到，则判断防盗主机至防盗报警终端之间的电力电缆未断，即电力电缆未被盗，单片机U1通过无线通信模块发送正常信号至上位机；

而若此时，防盗主机通过防盗检测电压信号发射模块传输到电力电缆的电压信号不能够通过电力电缆防盗检测模块的电力电缆有电防盗检测模块被单片机U1检测到，则判断防盗主机至防盗报警终端之间的电力电缆已断开，即电力电缆可能存在被盗等情况，单片机U1通过无线通信模块发送报警信号至上位机；

（2）当处于晚上情况下，即电力电缆有电时：

参见附图5-8，防盗主机由控制室内220V通过第二AC220V转DC24V模块、第二24V转5V模块输出5V供电，此时，防盗主机的单片机U3通过防盗检测电压信号发射模块检测到电力电缆通过光电隔离器U4感应的电信号，单片机U3控制三极管Q5处于断开状态，K1B失电，使得K1A处于断开状态，控制室内220V通过第二AC220V转DC24V模块输出的24V无法通过防盗检测电压信号发射模块传输电压信号至电力电缆上；

参见附图2-4、7-11，若防盗报警终端的单片机U1能够通过电力电缆防盗检测模块的电力电缆有电防盗检测模块的光电隔离器U2感应的电信号，则判断电力电缆未断，即电力电缆未被盗，单片机U1通过无线通信模块发送正常信号至上位机，同时，电力电缆的220V通过F1、K3B形成回路，K3B得电，使得K3A断开，电力电缆的220V即无法通过电力电缆防盗检测模块的电力电缆无电防盗检测模块传输至单片机U1，从而防止电力电缆的220V造成单片机U1损坏，并且单片机U1控制Q1断开，K4B失电，K4A处于断开状态，进一步防止电力电缆的220V造成单片机U1损坏，另外防盗报警终端由电力电缆的220V通过第一AC220V转DC24V模块、第一24V转5V模块、5V转3.3V模块输出5V、3V供电，单片机U1控制Q2闭合，K5B得电，使得K5A处于断开状态，使得电池停止供电，由电力电缆220V供电，完成电池供电至电力电缆220V供电的转换，此时若电力电缆无电或电力电缆由于被盗、损坏等突然处于无电情况下，则会因为单片机U1瞬间断电，K5B失电，K5A处于闭合状态，转换为5V电池供电，整个防盗报警终端继续正常工作；

若防盗报警终端的单片机U1无法通过电力电缆防盗检测模块的电力电缆有电防盗检测模块的光电隔离器U2感应的电信号，则判断防盗主机至防盗报警终端之间的电力电缆已断开，即电力电缆可能存在被盗等情况，单片机U1通过无线通信模块发送报警信号至上位机，此时，防盗报警终端由5V电池通过5V转3.3V模块供电，继续正常工作。

另外，通过图9可知，单片机还能够检测5V电池的电量，以此提醒用户及时更换电池。

本申请通过在电力电缆的各段电力电缆设置多组的防盗主机与防盗报警终端的组合，因此，通过上位机的数据统合，能够实现各段电力电缆通断的判断，从而还能够实现电力电缆故障的定位。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。