CN103745543B - 一种高压脉冲电子围栏 - Google Patents

Abstract

高压脉冲电子围栏，包括脉冲主机和前端围栏，脉冲主机包括脉冲驱动模块、主检测模块和主控模块；脉冲驱动模块，其电性连接至前端围栏，用于向前端围栏提供高压直流脉冲；主检测模块，用于检测前端围栏的电场变化，并将电场信号转换成可供主控模块识别和处理的主检测信号；主控模块，其电性连接脉冲驱动模块和主检测模块，用于控制脉冲驱动模块向前端围栏提供高压直流脉冲，并处理来自主检测模块的主检测信号。本发明的脉冲主机可直接通过的一条高压电缆向前端围栏加载高压直流脉冲，并通过主检测模块检测前端围栏的电场变化以生成主检测信号，使本发明无需通过多线制构成回路就能产生检测信号，适应各种地形与场所、有效避免安防漏洞。

Description

一种高压脉冲电子围栏

技术领域

本发明涉及一种电子围栏，具体涉及一种高压脉冲电子围栏。

背景技术

电子围栏是一种主动入侵防越围栏，为目前最先进的周界防盗报警系统，它由脉冲主机和前端围栏组成。其中，脉冲主机用于产生和接收高压脉冲信号，并在前端围栏处于触网、短路或断路状态时产生报警信号；前端围栏为围栏支架及金属线等构件组成的有形周界。近年来，电子围栏在安防行业不断兴起，在居民住宅小区、别墅、工厂、军事基地、政府机构、重点保护单位等场所获得广泛应用，且已经成功应用于奥运会、世博会、国家电网等重大项目，成为周界报警领域的主要产品。

目前，市场上存在多种类型的高压脉冲电子围栏，包括单防区、双防区，甚至多防区的电子围栏，以满足相应市场的应用需求。然而这些电子围栏的金属线均需采用多线制且满足2的整数倍，最常见的是四线制，在此基础上也有六线制、八线制等不同线制的电子围栏，并且通过多条相互间绝缘的金属线形成电流回路对触网、短路或断路状态进行检测。其原理为脉冲主机通电后发射端口向前端围栏发出脉冲电压，时间间隔大约1.5秒发射1次，脉冲在围栏上停留的时间大约0.1秒，前端围栏上形成回路后将脉冲回传至主机的接收端口，此端口接收反馈回来的脉冲信号；同时主机还会探测两个发射端之间的电阻值。如果前端围栏遭到破坏造成断路或短路，脉冲主机的接收端口接收不到脉冲信号或两个发射端之间的电阻太小，主机都会发出报警。例如，中国专利申请CN201110083254.0公开了一种脉冲电子围栏报警系统，其包括主控板、可控高压产生装置和高压检测装置等，可控高压产生装置的输出端与脉冲电子围栏的一组高压金属合金丝的一端相连接，每组高压金属合金丝为两根，在主控板的控制下，对所述高压金属合金丝产生高压脉冲；高压检测模块的输出端分别对应与可控高压产生装置的高压同名端、可控高压产生装置的高压输出端和高压金属合金丝相连接，以检测高压脉冲信号的完整性。

然而，一些特殊的场合，需要保护和探测的部位无法做成多线制，而需要把前端围栏做成一个整体，例如用电子围栏进行门的单独布防，多线制构成电流回路的方式就会对被保护区域形成安防漏洞。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种无需通过多线制构成回路便可实现对触网、短路或断路状态进行检测的高压脉冲电子围栏，使电子围栏的金属体更灵活多变，而不必局限于合金线、钢绞线等线性金属材质，以适应各种地形与场所、有效避免安防漏洞。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高压脉冲电子围栏，包括脉冲主机和前端围栏，所述脉冲主机包括脉冲驱动模块、主检测模块和主控模块；其中：脉冲驱动模块，其电性连接至前端围栏，用于向前端围栏提供高压直流脉冲；主检测模块，用于检测前端围栏的电场变化，并将上述电场信号转换成可供主控模块识别和处理的主检测信号；以及主控模块，其电性连接所述脉冲驱动模块和主检测模块，用于控制该脉冲驱动模块向前端围栏提供高压直流脉冲，并处理来自主检测模块的主检测信号。

优选地，所述脉冲驱动模块包括交流脉冲发生单元和高压直流脉冲输出单元；其中，该交流脉冲发生单元用于产生交流脉冲，并将该交流脉冲输出至高压直流脉冲输出单元；该高压直流脉冲输出单元用于将上述交流脉冲转换为高压直流脉冲，并将该高压直流脉冲输出至前端围栏。

优选地，所述高压直流脉冲输出单元为倍压整流电路，该倍压整流电路用于提升输出电压并将交流脉冲转换为高压直流脉冲。

优选地，所述高压直流脉冲输出单元还包括一用于对上述交流脉冲进行测试的测试电路，该测试电路包括一依次电性连接的整流桥堆、滤波电容和第一光耦，该第一光耦的输出端电性连接至主控模块的输入接口。

优选地，所述主检测模块包括依次电性连接的感应天线、放大电路、滤波电路和非门电路；其中，感应天线用于检测前端围栏的电场变化并对应输出相应的电压信号，该电压信号经放大电路放大处理、再经滤波电路滤波处理后被传送至非门电路；所述非门电路用于将上述经滤波处理后的电压信号转换成可供主控模块识别和处理的电平信号，并将该电平信号发送至主控模块。

优选地，所述放大电路为由两个非门级联构成的放大器。

优选地，所述放大电路还包括一高通滤波电路，该高通滤波电路电性连接在两个非门之间。

优选地，所述脉冲主机还包括一电性连接至主控模块的辅助检测模块，其用于耦合连接至防区内的门磁探测器、被动红外探测器和/或主动红外探测器，并将上述门磁探测器、被动红外探测器和/或主动红外探测器采集的检测信号发送至主控模块。

优选地，所述脉冲主机还包括一电性连接至主控模块的报警联动模块。

优选地，所述脉冲主机还包括一电性连接至主控模块的通信模块，用于建立与上位机之间的通信连接。

与现有技术相比，本发明的脉冲主机可直接通过的一条高压电缆单向地向前端围栏加载高压直流脉冲，并通过主检测模块检测前端围栏的电场变化以生成供主控模块识别和处理的主检测信号，使本发明无需通过多线制构成回路就能产生检测信号，以使得电子围栏的金属体更灵活多变，而不必局限于合金线、钢绞线等线状金属结构，以适应各种地形与场所、有效避免安防漏洞，且在应用过程中，本发明不需要在各个合金线与围栏支架间单独进行绝缘，只需要把整个电子围栏前端进行绝缘即可；而且，加载在前端围栏上的高压直流脉冲在起到威慑作用的同时对人畜无害，可有效避免发生意外，达到安全阻挡的目的。进一步地，当入侵者强行突破前端围栏进入被保护防区内时，本发明还可通过辅助检测模块进行辅助检测以实现二次报警功能；同时，本发明的脉冲主机对检测信号处理后可通过报警联动模块与其它安防系统联动或通过通信模块与报警中心建立通信连接，以提高系统的安全防范等级。

附图说明

图1为本发明高压脉冲电子围栏的较佳实施例的电路方框图；

图2为图1中高压直流脉冲输出单元的电路图；

图3为图1中主检测模块的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思想。

请参见图1，本发明涉及一种高压脉冲电子围栏，其较佳实施方式包括前端围栏100和脉冲主机200。

前端围栏100为布设在被保护区域周边的有形周界，其包括一金属体。基于本发明的技术方案，该金属体可以是合金线、钢绞线或不锈钢防护网等各种金属体，且该金属体不再局限于指定的线状金属体结构，而可以使用任意形状的金属体结构。在前端围栏100布防应用过程中，只需将整个前端围栏100进行绝缘即可，不需要像现有技术那样在各个合金线与围栏支架间单独进行绝缘，也不需要满足金属线的偶数线制制约。

脉冲主机200包括主控模块210、脉冲驱动模块220、主检测模块230、辅助检测模块240、报警联动模块250以及通信模块260。

其中，脉冲驱动模块220电性连接至前端围栏100，用于向前端围栏100的金属体提供高压直流脉冲。该脉冲驱动模块220包括交流脉冲发生单元221和高压直流脉冲输出单元222。

交流脉冲发生单元221电性连接至该主控模块210的输出端，其用于产生交流脉冲，并将该交流脉冲输出至高压直流脉冲输出单元222。该交流脉冲发生单元221采用可控式交流脉冲发生装置，用户可以根据不同的需求自由切换高低电压模式。白天或有人员在围栏附近作业时切换到低压脉冲模式，可使前端围栏的脉冲打击力度降低；在夜间或需要高警戒时间，可以恢复到高压脉冲模式。

高压直流脉冲输出单元222电性连接至交流脉冲发生单元221的输出端，其用于将上述交流脉冲转换为高压直流脉冲，并通过一高压电缆将该高压直流脉冲单向输出至前端围栏的金属体上。由此可知，在本发明中，脉冲主机无需通过多线制构成回路来向前端围栏发送脉冲信号，使本发明电子围栏的金属体更灵活多变，以适应各种地形与场所、有效避免安防漏洞。

具体地，该高压直流脉冲输出单元222采用倍压整流电路2221，该倍压整流电路2221用于提升输出电压并将交流脉冲转换为高压直流脉冲，并使输出电流降低，以致降低输出脉冲输出电量和脉冲输出能量。本发明的倍压整流电路2221通过升压措施可起到提高脉冲主机200的检测灵敏度，且经倍压整流后加载在前端围栏100上的高压直流脉冲的输出电流降低至交流脉冲输出电流的1/6以下，达到5mA以下，根据国标《GB7946-2008脉冲电子围栏及其安装和安全运行》的要求，脉冲输出电量Q≤2.5mc，脉冲输出电量W≤5.0J，根据公式Q＝I*t，W＝Q*U，根据国标t＝0.1s，输出电量Q＝5ma*0.1s＝0.5mc，W＝0.5mc*8000V＝4.0J，均远低于国家安全标准，因此加载在前端围栏100上的高压直流脉冲，即使工作在8000V的高压模式下，在起到威慑作用的同时也对人畜无害，可有效避免发生意外，达到安全阻挡的目的。

作为优选，高压直流脉冲输出单元222还包括一用于对上述交流脉冲进行测试的测试电路2222，该测试电路2222包括依次电性连接的整流桥堆BD1、滤波电容C57和第一光耦U11，该第一光耦U11的输出端电性连接至主控模块210的输入接口。

如图2所示，为本发明的高压直流脉冲输出单元222的电路图，该高压直流脉冲输出单元222包括变压器T1、高压二极管D10至D15、高压电容C51至C56、整流桥堆BD1、滤波电容C57、电阻R51及第一光耦U11，其中，变压器T1包括初级绕组L1、次级主绕组L2和次级辅助绕组L3。

该初级绕组L1的同名端连接至该交流脉冲发生单元221的第一输出端，初级绕组L1的异名端连接至该交流脉冲发生单元221的第二输出端；次级主绕组L2的同名端依次通过串联的高压电容C52、高压电容C54和高压电容C56连接至该高压二极管D15的阳极，该高压二极管D15的阴极依次通过串联的高压电容C55、高压电容C53和高压电容C51连接至次级主绕组L2的异名端，该次级主绕组L2的异名端接地；该高压二极管D10的阴极连接至次级主绕组L2的同名端，该高压二极管D10阳极和该高压二极管D11的阴极均连接在高压电容C51和高压电容C53之间，该高压二极管D11的阳极和该高压二极管D12的阴极均连接在高压电容C52和高压电容C54之间，该高压二极管D12的阳极和该高压二极管D13的阴极均连接在高压电容C53和高压电容C55之间，该高压二极管D13的阳极和该高压二极管D14的阴极均连接在高压电容C54和高压电容C56之间。次级辅助绕组L3的同名端连接至整流桥堆BD1的第一交流输入端，次级辅助绕组L3的异名端连接至整流桥堆BD1的第二交流输入端；该整流桥堆BD1的直流正极端连接该滤波电容C57的正极，该整流桥堆BD1的直流正极端通过该滤波电容C57连接整流桥堆BD1的直流负极端；第一光耦U11的发光器的阳极连接至整流桥堆BD1的直流正极端，第一光耦U11的发光器的阴极通过该电阻R51连接至整流桥堆BD1的直流负极端；第一光耦U11的发光器连接至主控模块210的高压直流脉冲测试接口。

上述交流脉冲经变压器T1在次级主绕组L2升压处理以形成交流高压脉冲，例如500～1500V等。该高压二极管D10至D15以及高压电容C51至C56构成倍压整流电路2221，在本实施例中，其选用为6倍压整流电路；该高压二极管D15的阳极即输出经转换的高压直流脉冲，例如3000-8000V。另外，上述交流脉冲经变压器T1在次级辅助绕组L3降压处理，例如产生5V的电压，并依次通过整流桥堆BD1整流、滤波电容C57滤波、电阻R51以及第一光耦U11后连接至主控模块210的高压直流脉冲测试接口，以构成用于对上述交流脉冲进行测试的测试电路2222，从而确保脉冲主机200检测的可靠性和准确性。

主检测模块230用于检测前端围栏的电场变化，并将上述电场信号转换成可供主控模块210识别和处理的主检测信号。具体地，该主检测模块230包括依次电性连接的感应天线231、放大电路232、滤波电路233和非门电路234。其中，感应天线231用于检测前端围栏100的电场变化并对应输出相应的电压信号，其布置在靠近前端围栏100的金属体的位置，并依次通过该放大电路232对上述电压信号进行放大处理、经滤波电路233滤波处理后被传送至非门电路234，该非门电路234用于将上述经滤波处理后的电压信号转换成可供主控模块210识别和处理的电平信号，并将该电平信号发送至主控模块。在本实施例中，放大电路232优选采用为由两个非门级联构成的放大器，且在两个非门之间还连接有一高通滤波电路。

如图3所示，为本发明主检测模块230的电路图，该主检测模块230包括天线E1、第一非门U16A至第四非门U16D、二极管D1、电容C7至C8、电阻R75至R81及第二光耦OC13。

该天线E1的输出端依次经电阻R78、电阻R75和电阻R76接地，该电阻R79的一端连接在电阻R78和电阻R75之间，该电阻R79的另一端连接第一非门U16A的输入端；第一非门U16A的输出端依次经电容C7和电阻R77连接直流电源VCC；第二非门U16B的输入端连接在电容C7和电阻R77之间，该第二非门U16B的输出端连接该二极管D1的阳极，该二极管D1的阴极经电阻R80后连接该第三非门U16C的输入端；该第三非门U16C的输入端通过电阻R81接地，还通过电容C8接地，该第三非门U16C的输出端连接该第四非门U16D的输入端，该第四非门U16D的输出端经第二光耦OC13输出至主控模块210的主检测接口。

上述第一非门U16A和第二非门U16B构成放大电路，用于对上述天线E1输出的电压信号进行放大处理；C7和R77组成高通滤波电路，C8和R80组成低通滤波电路；第三非门U16C和第四非门U16D组成非门电路，用于该经滤波处理后的电压信号转换成可供主控模块210识别和处理的TTL电平信号，并经第二光耦OC13耦合至主控模块210的主检测接口。其中，第一非门U16A至第四非门U16D均采用MC74HC14AD芯片。

主控模块210，其电性连接脉冲驱动模块220和主检测模块230，用于控制该脉冲驱动模块230向前端围栏100提供高压直流脉冲，并处理来自主检测模块210的主检测信号。具体地，该主控模块210可以采用单片机AT89S52作为控制核心，并以一个IO口扩展芯片82C55扩展单片机AT89S52的IO端口，其上设有用于与主检测模块电性连接的主检测接口、用于与高压直流脉冲输出单元222电性连接的高压直流脉冲测试接口和与该辅助检测模块240电性连接的辅助检测接口等多个输入接口，以及与该报警联动模块250和该通信模块260电性连接的多个输出接口。

辅助检测模块240电性连接至主控模块210，其用于耦合连接至防区内的门磁探测器、被动红外探测器和/或主动红外探测器，并将上述门磁探测器、被动红外探测器和/或主动红外探测器采集的检测信号发送至主控模块，具体在，上述检测信号经光耦隔离后发送至辅助检测模块240主控模块210的辅助检测接口。需要说明的是，防区内的辅助探测器还可以是其他类型的安防探测器，当入侵者强行突破前端围栏进入被保护防区内时，可通过该辅助检测模块240提供二次报警信号，对入侵行为进行声光报警。

报警联动模块250电性连接至主控模块210，用于与其它的安防系统实现联动连接，提高系统的安全防范等级，例如触发监视器进行录像等。

通信模块260电性连接至主控模块210，其用于建立与上位机之间的通信连接，例如该通信模块与报警中心建立通信连接，实现网络计算机监控，以进一步提高电子围栏的安全防范等级。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压脉冲电子围栏，包括脉冲主机和前端围栏，其特征在于，所述脉冲主机包括脉冲驱动模块、主检测模块和主控模块；其中：

脉冲驱动模块，其电性连接至前端围栏，用于向前端围栏提供高压直流脉冲；

主检测模块，用于检测前端围栏的电场变化，并将上述电场信号转换成可供主控模块识别和处理的主检测信号；

主控模块，其电性连接所述脉冲驱动模块和主检测模块，用于控制该脉冲驱动模块向前端围栏提供高压直流脉冲，并处理来自主检测模块的主检测信号；

所述脉冲驱动模块包括交流脉冲发生单元和高压直流脉冲输出单元；其中，该交流脉冲发生单元用于产生交流脉冲，并将该交流脉冲输出至高压直流脉冲输出单元；该高压直流脉冲输出单元用于将上述交流脉冲转换为高压直流脉冲，并将该高压直流脉冲输出至前端围栏。

2.如权利要求1所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述高压直流脉冲输出单元为倍压整流电路，该倍压整流电路用于提升输出电压并将交流脉冲转换为高压直流脉冲。

3.如权利要求2所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述高压直流脉冲输出单元还包括一用于对上述交流脉冲进行测试的测试电路，该测试电路包括一依次电性连接的整流桥堆、滤波电容和第一光耦，该第一光耦的输出端电性连接至主控模块的输入接口。

4.如权利要求1所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述主检测模块包括依次电性连接的感应天线、放大电路、滤波电路和非门电路；其中，感应天线用于检测前端围栏的电场变化并对应输出相应的电压信号，该电压信号经放大电路放大处理、再经滤波电路滤波处理后被传送至非门电路；所述非门电路用于将上述经滤波处理后的电压信号转换成可供主控模块识别和处理的电平信号，并将该电平信号发送至主控模块。

5.如权利要求4所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述放大电路为由两个非门级联构成的放大器。

6.如权利要求5所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述放大电路还包括一高通滤波电路，该高通滤波电路电性连接在两个非门之间。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述脉冲主机还包括一电性连接至主控模块的辅助检测模块，其用于耦合连接至防区内的门磁探测器、被动红外探测器和/或主动红外探测器，并将上述门磁探测器、被动红外探测器和/或主动红外探测器采集的检测信号发送至主控模块。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述脉冲主机还包括一电性连接至主控模块的报警联动模块。

9.如权利要求1-6中任意一项所述的高压脉冲电子围栏，其特征在于，所述脉冲主机还包括一电性连接至主控模块的通信模块，用于建立与上位机之间的通信连接。