CN101937600B

CN101937600B - 路灯电缆防盗报警系统

Info

Publication number: CN101937600B
Application number: CN 201010293590
Authority: CN
Inventors: 杜立彬; 吕斌; 贺海靖; 曲君乐; 吴承璇; 祁国梁; 王秀芬; 刘杰; 闫星魁
Original assignee: Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
Current assignee: Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: CN101937600A

Abstract

本发明涉及一种路灯电缆防盗报警系统，包括GPRS通讯模块、声光报警装置以及并联于每一盏路灯上的功率阻抗器，和分别设置在电缆起始端与末端的与电缆火线和零线相连的起始端电缆报警器与末端电缆报警器，起始端电缆报警器经由串口电路与GPRS通讯模块相连、经由模数转换器和与电缆并联的电流传感器相连；末端电缆报警器与起始端电缆报警器结构相同但不包括串口电路与声光报警装置。本发明应用广泛、实用性强、结构简单、性价比高、报警效果显著且稳定可靠；实现了对路灯电缆防盗的远程监控而无需额外的通讯线路，可迅速判断出断缆处与电缆起始端之间的距离，从而迅速赶往事发现场进行处理，震慑了犯罪份子，避免了重大损失。

Description

路灯电缆防盗报警系统

技术领域

本发明涉及电缆防盗报警领域，特别涉及一种用于检测城市路灯照明的路灯电缆防盗报警系统。

背景技术

近年来，照明电缆偷盗活动日益猖獗，路灯管理部门的防盗工作变得艰难，频繁发生的偷盗活动给社会带来许多不安定因素，也造成了巨大的经济损失。因此，路灯管理部门急需性价比较高的电缆防盗报警器，以便提高管理水平，威慑偷盗犯罪分子。

目前现有的路灯电缆防盗方法虽然很多，但大致可分为路灯开启时的检测与路灯关闭时的检测。前一种情况相对简单，可在路灯开启后通过检测电流电压和亮灯率的变化率来检测电缆故障，并确定故障点的位置。后一种情况相对困难，也是路灯电缆防盗领域研究的热点，为此，专家学者针对路灯关闭时的检测提出了多种技术方案，例如，专利[吴宝财，电力电缆防盗报警器，2006]提出在电缆的末端串联一个大阻抗交流电感，在电缆的起始端加直流检测电源，这种方式的特点是电路简单，易于实现，且成本较低，但该方法受电缆及路灯电容影响，直流电在电缆上信号衰减严重，因而报警器极有可能检测不到报警信号。又如，文献[赵彬，智能路灯监控防盗系统，厦门大学硕士毕业论文，2009]提出通过GPRS和ZigBee无线通讯网络来搭建电缆防盗系统，其特点是在每一个路灯杆处装配一个带有ZigBee无线通讯模块且编码的单灯控制器，单灯控制器可检测电缆状态并通过ZigBee通讯模块和GPRS网络将警情上报给远程监控中心。采用这种方式系统可靠性比较高，并能准确定位电缆被盗位置，但缺点是每一灯杆装配单灯控制器成本高，不利于推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电力载波技术和GPRS通讯技术且性价比较高的路灯电缆防盗报警系统，以克服现有技术的不足，实现在路灯关闭时能准确检测判断出电缆的通断状况并迅速锁定电缆断路的准确位置。

考虑到本发明的监测对象是电力电缆线，其本身就是通讯信号的良好载体。本发明采用电力载波方式，即在电缆起始端安装电力载波发射装置，在电缆末端安装电力载波信号接收装置，如果发射装置与接收装置无法进行双向通讯，则认为电缆中断，即能够检测出电缆的通断状况，但这样的技术方案尚不能有实际应用的价值；为了迅速判断出电缆断路的准确位置，本发明采用在路灯这一负载上并联大阻值的功率阻抗器，并利用现有的模数转换器测量高精密匹配电阻的电压值变化的方法，从而迅速判断出断缆距电缆起始端的距离，且性能可靠，成本适中，能够满足管理部门对路灯关闭时电缆防盗工作的高精度，高可靠性的检测要求，维护了社会的安定与和谐。

本发明的技术方案如下：

本发明包括GPRS通讯模块、声光报警装置、时钟电路和继电器J1、J2，其特征在于还包括并联于每一盏路灯A₁，A₂…A_n上的功率阻抗器R₁，R₂…R_n，以及分别设置在电缆起始端与末端的与电缆火线L和零线N相连的起始端电缆报警器与末端电缆报警器，上述起始端电缆报警器经由串口电路与GPRS通讯模块相连、经由模数转换器与电流传感器相连，且该电流传感器与电缆并联；

上述起始端电缆报警器包括嵌入壳体中的内含控制程序的单片机，和与该单片机分别相连的模数转换器、电力载波通讯模块、继电器J1、J2、声光报警装置、串口电路和时钟电路；

上述继电器J1的常闭端与模数转换器及电力载波通讯模块相连、常开端与电缆火线L相连；继电器J2的常闭端与地、模数转换器、电流传感器及电力载波通讯模块相连，常开端与电缆零线N相连；且继电器J1、J2的常闭端之间接有高精密的匹配电阻R_T；并且继电器J1的常开端和电缆的火线L之间串联一个保护二极管D₁，电缆火线L与零线N之间并联一个保护二极管D₂；

上述末端电缆报警器与起始端电缆报警器结构相同但不括串口电路与声光报警装置。

其中，起始端电缆报警器作为载波发送装置，末端电缆报警器作为载波接收装置，电缆上每一盏路灯都并联一个阳值远大于路灯阳值的功率阳抗器，用于电缆中断时显著提高电缆上负载阻抗值的变化率，所述的功率阻抗器的阻值可以是路灯阻值的100～200倍。与电缆的火线L和零线N相连的电流传感器，用于测量供电电缆的电流值。与该电流传感器连接的起始端电缆报警器中的模数转换器，通过测得的电流值大小来判断路灯开启或者关闭。在继电器J1和J2吸合的条件下，单片机控制电力载波通讯模块发射载波信号，并接收末端防盗报警器的载波应答信号。若单片机接收不到应答信号，则认为电缆中断，此时模数转换器采集电流传感器输出的模拟信号并转换成数字信号发送给单片机，并检测高精密匹配电阻R_T上的电压值变化，以此换算出电缆的阻抗值变化，并发送给单片机，单片机将阻抗变化值与存储的电缆标准阻抗值进行对比分析，以此计算出断缆处距电缆起始端的距离，并将该距离经GPRS通讯模块上传给远程监控中心。

与起始端电缆报警器经由串口电路连接的GPRS通讯模块，通过GPRS网络和Internet网与远程监控中心无线连接，以实现远程控制中心对起始端电缆报警器进行数据通讯和远程监控，并及时响应和处理起始端电缆报警器的报警信息。时钟电路提供系统时钟，单片机不间断读取其时钟数据并完成用于电力载波数据收发的定时功能。

本发明应用广泛、实用性强、结构简单、性价比高、报警效果显著且稳定可靠。本发明充分利用了现有的GPRS无线网络和Internet网络，实现了对路灯电缆防盗的远程监控而无需额外的通讯线路；使用电力载波通讯技术，因而可靠性极高；采用在路灯负载上并联大阻值的功率阻抗，且利用现有的模数转换器测量高精密匹配电阻的电压值变化的方法，可迅速判断出断缆处与电缆起始端之间的距离，从而实现迅速赶往事发现场进行处理，震慑了犯罪份子，避免了重大损失。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明起始端电缆报警器结构示意图(包括电流传感器)。

图3为本发明的软件流程图。

其中，1、起始端电缆报警器，2、GPRS通讯模块，3、壳体，4、电缆，5、路灯，6、功率阻抗器，7、电流传感器，8、声光报警装置，9、模数转换器，10、继电器J1，11、继电器J2，12、电力载波通讯模块，13、末端电缆报警器，14、时钟电路，15、单片机，16、串口电路。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明包括GPRS通讯模块2、声光报警装置8、时钟电路14和继电器J1、J2(10、11)，其特征在于还包括并联于每一盏路灯5上的阻值远大于路灯阻值的功率阻抗器6，以及分别设置在电缆4起始端与末端的与电缆4火线L和零线N相连的起始端电缆报警器1与末端电缆报警器13，上述起始端电缆报警器1经由串口电路16与GPRS通讯模块2相连、经由模数转换器9与电流传感器7相连，且该电流传感器7与电缆4并联；

上述起始端电缆报警器1包括嵌入壳体3中的内含控制程序的单片机15，和与该单片机15分别相连的模数转换器9、电力载波通讯模块12，继电器J1、J2、声光报警装置8、串口电路16和时钟电路14；

上述继电器J1的常闭端与模数转换器9及电力载波通讯模块12相连、常开端与电缆4火线相连；继电器J2的常闭端与地、模数转换器9、电流传感器7及电力载波通讯模块12相连，常开端与电缆4零线相连；且继电器J1、J2的常闭端之间接有高精密的匹配电阻R_T；并且继电器J1的常开端和电缆4的火线L之间串联一个保护二极管D₁，电缆4火线L与零线N之间并联一个保护二极管D₂；

上述末端电缆报警器13与起始端电缆报警器1结构相同但不包括串口电路16与声光报警装置8。

需要说明的是，功率阻抗器R₁，R₂…R_n阻值大，因此电缆正常供电时分流作用小，不会影响路灯照明亮度。上述电流传感器7、模数转换器9、电力载波通讯模块12、单片机15与串口电路16均可采用现有的市售产品。

如图3所示，上述单片机15内的控制程序如下：

首先对起始端电缆报警器1中各功能模块进行初始化设置，并在路灯5开启时，分别控制继电器J1、J2(10、11)断开与电缆4的火线L、零线N的连接；

其次单片机15通过GPRS通讯模块2接收电缆4的标准阻抗值A，并对该数值进行更新，然后判断是否接收到远程控制中心发出的关灯指令；如果未收到关灯指令，则单片机15程序返回到初始化完成处，并等待接收关灯指令；如果单片机15接收到关灯指令，即驱动模数转换器9采集电流传感器7测出的电缆4的电流数据，以此判断电缆4是否有电流；

若单片机15判断电缆4上有电流，则通过模数转换器9计算此时电缆4的标准阻抗值B，并将此时的标准阻抗值B和电缆4的无断缆状态经GPRS通讯模块2上传给远程控制中心；若单片机15判断电缆4上无电流，则控制继电器J1、J2的吸合，并控制电力载波通讯模块12向电缆4的火线L与零线N发送电力载波信号；

若单片机15通过电力载波通讯模块12接收到安置在电缆4末端电缆报警器13的电力载波应答信号，则表示电缆4正常，单片机15通过模数转换器9计算此时电缆4的标准阻抗值C并进行该数值的更新，将更新后的标准阻抗值和电缆4的无断缆状态经GPRS通讯模块2上传给远程控制中心；若单片机15接收不到应答信号，则认为电缆4中断，此时单片机15控制电力载波通讯模块12继续发射电力载波信号，并驱动模数转换器9测量模数转换器9与地之间的电压，单片机15读取模数转换器9转换的电压数据，将得到的电压数据换算成此时电缆4的实际阻抗值D，与预先通过GPRS通讯模块2接收到的电缆4正常时的标准阻抗值A进行差值计算；

上述单片机15将计算得到的差值进行查表程序换算，即得到电缆4断缆处距电缆起始端的准确距离；然后，单片机15将此距离值和报警信息经GPRS通讯模块2上传给远程控制中心，并驱动声光报警装置8在起始端电缆报警器1所在位置进行现场报警。

远程控制中心或起始端电缆报警器1所在位置的管理人员接到报警信息后，可以立刻组织相关人员到现场进行查看、抢修或者报告警方。

所述的单片机15的控制程序对起始端电缆报警器1中各功能模块进行的初始化设置，是本领域的常规设置，包括启动时钟，控制继电器J1和J2断开与电缆4的连接，关闭声光报警装置，设置串口通讯电路的各项参数。所述的“查表程序换算”是本领域的常规技术。

本发明的核心技术在于利用模数转换器9在电缆4无电时测量高精密的匹配电阻R_T上的电压变化值，即电缆4火线L与零线N之间的电压变化值，以此计算出电缆4断缆处距电缆起始端的准确距离。高精密匹配电阻R_T与功率阻抗器6阻值的选取是关键，根据现有的路灯5和电缆4的电参数，R_T与功率阻抗器6阻值一般在4.7K～10K间。单片机15的程序中存储有电缆4上连接的不同位置的路灯距电缆起始端的距离表。倘若电缆4上的路灯间距并不相同，上述的距离表必须进行现场标定。另外，随着街道路灯5或其它负载(如设置于路灯上的广告灯)的数量以及路灯之间的距离产生变化，单片机15要及时测量并更新电缆的标准阻抗值A，可以到现场测量出的新的路灯阻抗值以及新的路灯距离值，这些变化值都要通过GPRS通讯模块2远程更新到单片机15中。

实施例1

以现有的PIC18F4520单片机15、TLC3548模数转换器9、DS1302时钟电路14、RS232串口电路16、KQ100-L电力载波通讯模块12为例，结合附图1、2对本发明的起始端电缆报警器1进行描述。

PIC18F4520单片机15是起始端电缆报警器1的核心控制单元，完成对各功能模块电路的控制和检测。单片机15的管脚RC2，RC3，RC4和RC5构成SPI接口，分别与TLC3548模数转换器9的管脚

SCLK，SDO，SDI相连；单片机15的管脚RB6作为数据接收接口，RB7作为数据发送接口分别与KQ100-L电力载波通讯模块12的管脚TX，RX相连；单片机15的管脚RC0，RC1作为输出控制接口分别与继电器10和11连接；单片机15控制继电器J1的开关完成电缆火线L与模数转换器9的管脚AIN1及电力载波通讯模块12的管脚ACL的通断，控制继电器J2的开关完成电缆零线N与地GND、模数转换器9的管脚AGND及电力载波通讯模块12的管脚ACN的通断；单片机15的管脚RB4和RB5与声光报警装置8相连，当单片机15判断电缆4被盗割时，即驱动声光报警装置8完成起始端电缆报警器1所在位置的现场报警；单片机15的管脚RC6，RC7分别和RS232串口电路16的管脚T1IN、R1OUT相连，RS232串口电路16的管脚TIOUT和R1IN与外部的GPRS通讯模块2相连，从而实现单片机15和GPRS通讯模块2进行双向通讯的纽带和桥梁；单片机15的管脚RB1，RB2和RB3分别与DS1302时钟电路14的管脚SCLK，IO，相连，时钟电路14为电缆报警器1提供系统时钟，单片机15不间断读取其时钟数据并完成用于电力载波数据收发的定时功能。

TLC3548模数转换器9用于接收单片机15控制指令，实时采集电流传感器7输出的模拟信号并转换成数字信号发送给单片机15。TLC3548模数转换器9的管脚AIN1与AGND连接一个高精密的匹配电阻R_T，此外，管脚AIN1与继电器J1的常闭端相连，管脚AGND与地GND和继电器J2的常闭端相连。电力载波通讯模块12的管脚ACL和继电器J1的常闭端相连，管脚ACN与继电器J2的常闭端相连。继电器J1的常开端和电缆4的火线L之间串联一个保护二极管D₁，继电器J2的常开端与电缆4的零线N相连，火线L的零线N之间并联一个保护二极管D₂。

需要说明的是，随着新一代的移动通信业务GPRS的开展与不断成熟，以及GPRS技术与因特网应用技术的紧密结合，使得基于GPRS的无线通信应用越来越广泛，使得路灯电缆防盗远程监控系统的实现在技术上愈加成熟。所使用的现有电力载波通讯技术，其最大特点是不需要重新架设网络，只要有电缆，就能进行数据通讯。

显然，由于结构相似的缘故，本发明还可以推广到景观灯、广告灯、应急灯等其它照明装置的防盗领域。

Claims

1.路灯电缆防盗报警系统，包括GPRS通讯模块（2）、声光报警装置（8）、时钟电路（14）和继电器J1、J2（10、11），其特征在于还包括并联于每一盏路灯（5）上的功率阻抗器（6），以及分别设置在电缆（4）起始端与末端的、与电缆（4）火线L和零线N相连的起始端电缆报警器（1）与末端电缆报警器（13），上述起始端电缆报警器（1）经由串口电路（16）与GPRS通讯模块（2）相连、经由模数转换器（9）与电流传感器（7）相连，且该电流传感器（7）与电缆（4）并联；

上述起始端电缆报警器（1）包括嵌入壳体（3）中的内含控制程序的单片机（15），和与该单片机（15）分别相连的模数转换器（9）、电力载波通讯模块（12），继电器J1、J2（10、11）、声光报警装置（8）、串口电路（16）和时钟电路（14）；

上述继电器J1（10）的常闭端与模数转换器（9）及电力载波通讯模块（12）相连、常开端与电缆（4）火线L相连；继电器J2（11）的常闭端与地、模数转换器（9）、电流传感器（7）及电力载波通讯模块（12）相连，常开端与电缆（4）零线N相连；且继电器J1、J2（10、11）的常闭端之间接有匹配电阻（R_T）；并且继电器J1（10）的常开端和电缆（4）的火线L之间串联一个二极管D₁，电缆（4）火线L与零线N之间并联一个二极管D₂；

上述末端电缆报警器（13）与起始端电缆报警器（1）结构相同但不包括串口电路（16）与声光报警装置（8）。

2.如权利要求1所述的路灯电缆防盗报警系统，其特征在于上述功率阻抗器（6）的阻值是路灯（5）阻值的100～200倍。

3.如权利要求1所述的路灯电缆防盗报警系统,其特征在于上述功率阻抗器（6）的阻值在4.7K～10K之间。

4.如权利要求1所述的路灯电缆防盗报警系统,其特征在于上述匹配电阻（R_T）的阻值在4.7K～10K之间。

5.如权利要求1所述的路灯电缆防盗报警系统,其特征在于上述单片机（15）是型号为PIC18F4520的市售产品。

6.如权利要求1所述的路灯电缆防盗报警系统,其特征在于上述模数转换器（9）是型号为TLC3548的市售产品。

7.如权利要求1所述的路灯电缆防盗报警系统,其特征在于上述电力载波通讯模块（12）是型号为KQ100-L的市售产品。