CN101114007A - 电缆智能防盗装置 - Google Patents

Abstract

一种电缆智能防盗装置，包括有主机、至少一个终端，以及连接主机与终端的电缆线；其特征在于：在连接主机与终端的电缆线上还设置有电流互感器，所述的主机包括有过零同步信号采样电路、电流采样电路、A/D转换芯片和主机中央处理器；所述终端包括有同步信号采集电路、终端中央处理电路和功率源作功电路。本发明通过在电缆线上设置电流互感器，终端电路中只要保证电缆不断线即可获得一个功率器件工作电流，并反馈给主机中央处理器，可以用此工作电流值检测线路是否正常。这种检测方式受外界干扰小，并且能够在终端设备断电状态下正常工作而无需补充额外的电源，电缆防盗检测的应用范围更加广泛。

Description

电缆智能防盗装置

技术领域

本发明涉及一种电缆智能防盗装置。

背景技术

电缆在电力传输中起着重要的作用，随着城市照明范围的日益扩大以及城市照明设备的广泛使用，电缆频繁被盗或遭破坏的现象日益增多，于是，人们设计出了各种电缆防盗产品和报警系统，以减少电缆被盗的频率并降低由此产生的损失费用。

目前，国内电缆防盗产品主要采用如下几种方式：(1)电力载波防盗报警方案。(2)漏电防盗报警方案。(3)在灯杆末端加装通讯设备实施报警的方案。其中，对于漏电防盗报警方案因为其存在一定的安全隐患应用不多，而在灯杆末端加装通讯设备实施报警的方案只能在线路有电情况下报警，其先期投入成本和安装难度都比较大，不适合大范围的推广应用。

电力载波防盗报警是当前行业中应用最为广泛的一种检测方式，主要是因为近年来电力载波扩频的芯片抗干扰能力有了改善，其基本原理是采用电力载波方式进行集中单元与末瑞的通讯，若通讯不通时，则认为断线从而报警。这种方式有其可行性，当路灯线路很多且都是专用变压器时，线路比较干净、杂波少，便于电力载波通讯。但是，电力载波的方案同时也存在一些局限性：①不适合公用变压器的路灯线路。当居民用电和工厂用电都在同一线路中时，线路上的杂波信号就比较强，当强于载波信号时就会产生虚警误报；②不适合超长线路的情况。通常电力载波的有效距离是500米，有时路段本身距离比较长，电缆上的钠灯数量多，补偿电容数垦相应也多，而电容会大量吸收中频(100k-300k)的载波信号，进而使通讯受到影响；③不适合关灯期间的断线警告。由于电力载波通讯需要末端有电才能实现断线报警，所以一般加装锂电池使其能在关灯期通过锂电池供电完成电力载波通讯。但是普通锂电池寿命为充放电300次，也就是说一天一次充放电只能维持10个月左右，在用户终端较多的情况下，跟换电池的成本和工作量将是业主难以接受的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种利用电流采样方式检测电缆使用状态的电缆智能防盗装置，该电缆智能防盗装置受到外界的干扰小，并且能够在电缆末端设备断电时正常进行检测工作。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该电缆智能防盗装置，包括有

主机，设置在供电线路前端的控制箱内；

至少一个终端，设置在供电线路末端的照明设备上；以及

连接主机与终端的电缆线；

其特征在于：在连接主机与终端的电缆线上还设置有电流互感器，所述的主机包括有过零同步信号采样电路、电流采样电路、A/D转换芯片和主机中央处理器；所述终端包括有同步信号采集电路、终端中央处理电路和功率源作功电路；

其中，所述的电流互感器第一输出端经主机的电流采样电路输入所述的A/D转换芯片，所述A/D转换芯片的输出端连接所述的主机中央处理器的第一输入端，所述过零同步信号采样电路的输出端连接所述的主机中央处理器的第二输入端；

所述电流互感器的第二输出端经终端的同步信号采集电路依次连接所述的终端中央处理电路和功率源作功电路，所述的功率源作功电路的输出端的一路与所述同步信号采集电路的输入端相连，另一路经所述电缆线连接所述主机的过零同步信号采样电路的输入端。

所述的过零同步信号采样电路可以为如下的电路连接方式：其包括有第一电阻、第二电阻、第一二极管和第一光耦，其中，第一电阻一端连接220V交流电压，第一电阻的另一端连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接第一光耦的发光二极管阳极输入端，第一光耦的发光二极管阴极输入端接220V交流电压，第一光耦的集电极输出端一路经第二电阻接电源，另一路与所述主机中央处理器的P04端口电连接，第一光耦的发射极输出端接地。

所述的电流采样电路可以为如下的电路连接方式：其包括有第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二二极管、第三二极管、第四二极管和运放，其中，所述第二二极管的阴极串接第三电阻后接入运放的正极输入端，运放的负极输入端经第四电阻接地，运放的输出端一路经第五电阻接回运放的负极输入端，另一路接所述A/D转换芯片的CH0端口；

第三二极管、第四二极管分别并联在运放的正、负极输入端两端，并且，第三二极管的阳极连接运放的正极输入端，第三二极管的阴极连接运放的负极输入端，而第四二极管的阳极连接运放的负极输入端，第四二极管的阴极连接运放的正极输入端。

所述的终端中央处理电路包括有稳压电源、第八电阻、中央处理器、由第二电容C2和第五电容组成的所述中央处理器的上电复位电路以及由第三电容、第四电容和晶振组成的给所述中央处理器提供时钟信号的振荡电路；

其中，所述稳压电源输出端一路经第二电容C2接地，另一路连接所述中央处理器的VCC端口；所述第八电阻的一端接地，另一端一路接入中央处理器的RST端口，另一路经第五电容接电源；所述第三电容一端接地，另一端经晶振和第四电容后接地，所述晶振两端分别与所述中央处理器的X1、X2端口连接。

所述的稳压电源包括有电感、桥式整流电路、滤波电容和稳压器，其中，所述电感输入端连接220V交流电压，电感输出端经桥式整流电路分别输出连接所述滤波电容的两端，所述滤波电容的一端接地，另一端一路接12V高电平，另一路接所述稳压器的输入端，稳压器接地，稳压器的输出端连接所述中央处理器的VCC端口。

所述的同步信号采集电路包括有第六电阻、第七电阻、第五二极管和第二光耦，所述第六电阻的一端连接第五二极管的阳极，第五二极管的阴极接第二光耦的发光二极管阳极输入端，第二光耦的发光二极管阴极输入端接电源地，第二光耦的集电极输出端一路经第七电阻接电源，另一路连接所述中央处理器的P3.2端口，第二光耦的发电极输出端接地。

所述的功率源作功电路包括有第九电阻、第十电阻、第三光耦、场效应管、第六二极管和功率器件，其中，第九电阻一端接所述第三光耦的发光二极管阳极输入端，另一端接所述中央处理器的VCC端口，第三光耦的发光二极管阴极输入端接地，第三光耦的集电极输出端经第十电阻接12V高电平，第三光耦的发射极输出端接所述场效应管的栅极，场效应管的源极接电源地，场效应管的漏极经功率器件接第六二极管的阴极，第六二极管的阳极接所述第六电阻的另一端。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在电缆线上设置电流互感器，终端电路中只要保证电缆不断线即可获得一个功率器件工作电流，而主机则利用电流互感器采集来自于终端上功率器件发出的工作电流，从而主机中央处理器可以得到一个由路灯工作电流和来自终端反馈工作电流叠加的电流值，以此电流值为基准，可以来确定线路是否正常。这种检测方式受外界干扰小，并且能够在终端设备断电状态下正常工作而无需补充额外的电源，电缆防盗检测的应用范围更加广泛。

附图说明

图1为本发明实施例的电路原理框图。

图2为本发明实施例主机的电路图。

图3为本发明实施例终端的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1至图3所示，为本发明的一个优选实施例，

根据图1所示的电路原理框图，本实施例的电缆智能防盗装置包括有一个设置在供电线路前端控制箱内的主机1，若干个设置在供电线路末端电线杆内的终端2，所述主机1和终端2之间由电缆线连接进行传输和通讯。

在连接主机1与终端2的电缆线上还设置有电流互感器4，所述的主机1包括有过零同步信号采样电路11、电流采样电路12、A/D转换芯片13和主机中央处理器IC1；所述终端2包括有同步信号采集电路21、终端2中央处理电路22和功率源作功电路23；

其中，所述的电流互感器4的第一输出端41经主机1的电流采样电路12输入所述的A/D转换芯片13，所述A/D转换芯片13的输出端连接所述的主机中央处理器IC1的第一输入端，所述过零同步信号采样电路11的输出端连接所述的主机中央处理器IC1的第二输入端；

所述电流互感器4的第二输出端42经终端2的同步信号采集电路21依次连接所述的终端2中央处理电路22和功率源作功电路23，所述的功率源作功电路23的输出端的一路与所述同步信号采集电路21的输入端相连，另一路经所述电缆线连接所述主机1的过零同步信号采样电路11的输入端。

下面具体阐述所述主机1和终端2的具体电路连接方式及其工作原理。

如图2所示的主机电路图分别以型号为AT89S52的主机中央处理器IC1和型号为MCP3204的A/D转换芯片13为核心，同时包括有过零同步信号采样电路11和电流采样及A/D转换电路。

其中，作为实现同步信号采集功能的电路具体为：第一电阻R1一端连接220V交流电压，另一端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一光耦U1的发光二极管阳极输入端，第一光耦U1的发光二极管阴极输入端接220V交流电压，第一光耦U1的集电极输出端一路经第二电阻R2接电源，另一路与型号为AT89S52的主机中央处理器IC1的P04端口电连接，第一光耦U1的发射极输出端接地。

而所述型号为AT89S52的主机中央处理器IC1的P12～P17端口依顺序与型号为MCP3204的A/D转换芯片13的VDD、VRET、CLR、DOUT、DIN和CS端口分别对应相连，而A/D转换芯片13的AGRN端口与其本身的另一端口DGND连接后接地。

另有，第二二极管D2的阴极串接第三电阻R3后接入运放7的正极输入端，运放7的负极输入端经第四电阻R4接地，运放7的输出端一路经第五电阻R5接回运放7的负极输入端，另一路接所述A/D转换芯片13的CH0端口；第三二极管D3、第四二极管D4分别并联在运放7的正、负极输入端两端，并且，第三二极管D3的阳极连接运放7的正极输入端，第三二极管D3的阴极连接运放7的负极输入端，而第四二极管D4的阳极连接运放7的负极输入端，第四二极管D4的阴极连接运放7的正极输入端。

主机的基本工作原理为：主机1从电缆线上获得220V交流电后依次经过第一电阻R1限流作用以及第一二极管D1的半波整流作用，使从外电获取的信号经过光耦隔离而输入主机中央处理器IC1，当第一二极管D1在过零时使第一光耦U1导通，第一光耦U1的输出端由原来的高电平跳为低电平，并且经主机中央处理器IC1信号处理，供启动型号为MCP3204的A/D转换芯片13用。另一方面，通过高精度电流互感器4采样电缆线上的工作电流，经第三电阻R3R3输入型号为LF358的运放7中将采集的电流信号缓冲放大，而第三二极管D3、第四二极管D4则起到运放7输入口保护作用，使运放7进而得到一个模拟信号值。然后经过A/D转换芯片13的采样保持，得到一个12位的数字电流值供主机中央处理器IC1读取。

当第一光耦U1采集来的过零同步信号由主机中央处理器IC1的P0.4端口读取到同步信号，并由P1.4、P1.5、P1.6、P1.7端口发出命令，从而立即启动A/D转换芯片13工作对用电流互感器4从电缆线上采样的工作电流信号进行A/D转换，把正弦波的上半周分成128点作实时交流采值，并将数据输入主机中央处理器IC1进行运算和保存。当以上过程工作100次时，主机中央处理器IC1得到一个由路灯工作电流和来自末端反馈工作电流叠加的电流值，以此电流值为基准，可以来确定线路是否正常：当检测获得的电流值小于基准电流值时，则电缆末端线路断路，发出报警。

图3所示为以型号为12C2052的中央处理器IC2为核心的终端电路图，该终端2电路包括依次连接的同步信号采集电路21、终端2中央处理电路22和功率源作功电路23。

其中，220V交流电压经保险丝电阻F接入电感T输入端，而电感T输出端经桥式整流电路5的半波整流后分别输出连接到滤波电容的两端。滤波电容C1的一端接地，另一端一路接12V高电平，另一路接型号为VOLTREG7805的稳压器6的输入端，稳压器6具有接地端，并且稳压器6的输出端一路连接中央处理器IC2的VCC端口，另一路经第二电容C2接地；所述第八电阻R8的一端接地，另一端一路接入所述型号为12C2052的中央处理器IC2的RST端口，另一路经第五电容C5接电源；第三电容C3一端接地，另一端经晶振X和第四电容C4后接地，晶振X两端分别与所述中央处理器IC2的X1、X2端口连接。

为实现终端2电路的同步信号采集，采用下述电流连接方式：第六电阻R6的一端连接第五二极管D5的阳极，第五二极管D5的阴极接第二光耦U2的发光二极管阳极输入端，第二光耦U2的发光二极管阴极输入端接电源地，第二光耦U2的集电极输出端一路经第七电阻R7接电源，另一路连接所述中央处理器IC2的P3.2端口，第二光耦U2的发电极输出端接地。

此外，第九电阻R9一端接第三光耦U3的发光二极管阳极输入端，另一端接所述中央处理器IC2的VCC端口，第三光耦U3的集电极输出端经第十电阻R10接12V高电平，第三光耦U3的发射极输出端接场效应管的栅极，场效应管的源极接电源地，场效应管的漏极经功率器件RW接第六二极管D6的阴极，第六二极管D6的阳极接回同步信号采集电路21模块中的所述第六电阻R6的另一端。

终端基本工作原理如下：用从电缆线上获取的220V/50HZ的交流市电压输入终端2低压变压器初级电感T线圈，电感T次级线圈输出12V交流电压经BRIDGE1半桥整流电路5整流，以及滤波电容C1滤波后得到12V直流电压，然后经过型号为VOLTREG(7805)的线性稳压器6稳压后得到5V的直流稳压电源，供型号为12C2052的中央处理器IC2工作使用。同时，接入的220V交流电压经第六电阻R6限流，第五二极管D5D5半波整流取出正弦波上半周后，在过零时启动第二光耦U2导通，第二光耦U2的输出端由原来的高电平跳为低电平，第二光耦U2采集的过零点信号输入到中央处理器IC2的P3.2端口。

所述中央处理器IC2通过由所述第三电容C3、第四电容C4和晶振X组成的一个给中央处理器IC2提供时钟信号的振荡电路，并且通过内部计数器对采集到的通过第二光耦U2隔离过滤的同步信号进行计数，在累计到第10次同步信号时中央处理器IC2的P3.7端口输出一个低电平信号，当连续计数到100次后计数器清零，此时，中央处理器IC2会重新工作计数，并循环重复刚才的计数工作过程。

而且，中央处理器IC2在采集到同步信号后对功率源进行编码操作，即第三光耦U3在得到中央处理器IC2的P3.7端口输出的低电平信号而导通工作，并且输出一个高电平信号使所述的场效应管Q导通，由500W自带电子开关功率负载组成的功率器件RW开始工作并产生一个工作电流，并且反馈到主机中央处理器IC1，与路灯工作电流相叠加，从而判断终端2电缆是否正常使用。

Claims (7)

1.一种电缆智能防盗装置，包括有

主机(1)，设置在供电线路前端的控制箱内；

至少一个终端(2)，设置在供电线路末端的照明设备上；以及

连接主机(1)与终端(2)的电缆线；

其特征在于：在连接主机(1)与终端(2)的电缆线上还设置有电流互感器(4)，所述的主机(1)包括有过零同步信号采样电路(11)、电流采样电路(12)、A/D转换芯片(13)和主机中央处理器(IC1)；所述终端(2)包括有同步信号采集电路(21)、终端中央处理电路(22)和功率源作功电路(23)；

其中，所述的电流互感器(4)第一输出端(41)经主机(1)的电流采样电路(12)输入所述的A/D转换芯片(13)，所述A/D转换芯片(13)的输出端连接所述的主机中央处理器(IC1)的一输入端，所述过零同步信号采样电路(11)的输出端连接所述的主机中央处理器(IC1)的另一输入端；

所述电流互感器(4)的第二输出端(42)经终端(2)的同步信号采集电路(21)依次连接所述的终端中央处理电路(22)和功率源作功电路(23)，所述的功率源作功电路(23)的输出端的一路与所述同步信号采集电路(21)的输入端相连，另一路经所述电缆线连接所述主机(1)的过零同步信号采样电路(11)的输入端。

2.根据权利要求1所述的电缆智能防盗装置，其特征在于所述的过零同步信号采样电路(11)包括有第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一二极管(D1)和第一光耦(U1)，其中，第一电阻(R1)一端连接220V交流电压，第一电阻(R1)的另一端连接第一二极管(D1)的阳极，第一二极管(D1)的阴极连接第一光耦(U1)的发光二极管阳极输入端，第一光耦(U1)的发光二极管阴极输入端接220V交流电压，第一光耦(U1)的集电极输出端一路经第二电阻(R2)接电源，另一路与所述主机中央处理器(IC1)的P04端口电连接，第一光耦(U1)的发射极输出端接地。

3.根据权利要求1所述的电缆智能防盗装置，其特征在于所述的电流采样电路(12)包括有第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)和运放(7)，其中，所述第二二极管(D2)的阴极串接第三电阻(R3)后接入运放(7)的正极输入端，运放(7)的负极输入端经第四电阻(R4)接地，运放(7)的输出端一路经第五电阻(R5)接回运放(7)的负极输入端，另一路接所述A/D转换芯片(13)的CH0端口；

第三二极管(D3)、第四二极管(D4)分别并联在运放(7)的正、负极输入端两端，并且，第三二极管(D3)的阳极连接运放(7)的正极输入端，第三二极管(D3)的阴极连接运放(7)的负极输入端，而第四二极管(D4)的阳极连接运放(7)的负极输入端，第四二极管(D4)的阴极连接运放(7)的正极输入端。

4.根据权利要求1、2或3所述的电缆智能防盗装置，其特征在于所述的终端中央处理电路(22)包括有稳压电源、第八电阻(R8)、中央处理器(IC2)、由第二电容(C2)和第五电容(C5)组成的所述中央处理器(IC2)的上电复位电路以及由第三电容(C3)、第四电容(C4)和晶振(X)组成的给所述中央处理器(IC2)提供时钟信号的振荡电路；

其中，所述稳压电源输出端一路经第二电容(C2)接地，另一路连接所述中央处理器(IC2)的VCC端口；所述第八电阻(R8)的一端接地，另一端一路接入中央处理器(IC2)的RST端口，另一路经第五电容(C5)接电源；所述第三电容(C3)一端接地，另一端经晶振(X)和第四电容(C4)后接地，所述晶振(X)两端又分别与所述中央处理器(IC2)的X1、X2端口连接。

5.根据权利要求4所述的电缆智能防盗装置，其特征在于所述的稳压电源包括有电感(T)、桥式整流电路(5)、滤波电容(C1)和稳压器(6)，其中，所述电感(T)输入端连接220V交流电压，电感(T)输出端经桥式整流电路(5)输出分别连接所述滤波电容(C1)的两端，所述滤波电容(C1)的一端接地，另一端一路接12V高电平，另一路接所述稳压器(6)的输入端，稳压器(6)接地，稳压器(6)的输出端连接所述中央处理器(IC2)的VCC端口。

6.根据权利要求4所述的电缆智能防盗装置，其特征在于所述的同步信号采集电路(21)包括有第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第五二极管(D5)和第二光耦(U2)，所述第六电阻(R6)的一端连接第五二极管(D5)的阳极，第五二极管(D5)的阴极接第二光耦(U2)的发光二极管阳极输入端，第二光耦(U2)的发光二极管阴极输入端接电源地，第二光耦(U2)的集电极输出端一路经第七电阻(R7)接电源，另一路连接所述中央处理器(IC2)的P3.2端口，第二光耦(U2)的发电极输出端接地。

7.根据权利要求6所述的电缆智能防盗装置，其特征在于所述的功率源作功电路(23)包括有第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第三光耦(U3)、场效应管(Q)、第六二极管(D6)和功率器件(RW)，其中，第九电阻(R9)一端接所述第三光耦(U3)的发光二极管阳极输入端，另一端接所述中央处理器(IC2)的VCC端口，第三光耦(U3)的发光二极管阴极输入端接地，第三光耦(U3)的集电极输出端经第十电阻(R10)接12V高电平，第三光耦(U3)的发射极输出端接所述场效应管(Q)的栅极，场效应管(Q)的源极接电源地，场效应管(Q)的漏极经功率器件(RW)接第六二极管(D6)的阴极，第六二极管(D6)的阳极接所述第六电阻(R6)的另一端。

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