CN103761817B - 一种基于振动传感器的周界围栏报警器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于振动传感器的周界围栏报警器及其控制方法，该报警器包括至少一组振动传感器单元、AD转换器、微处理器和第一电阻；振动传感器单元与第一电阻串联，第一电阻连接5V电压，AD转换器连接振动传感器单元的两端，AD转换器的输出端连接微处理器的输入端。该控制方法，包括如下步骤：步骤1、通过微处理器识别振动传感器单元两端的电压，判断栅栏是否受到非法入侵；步骤2、当表示可能有非法入侵时，利用在M秒内判断栅栏断晃动的次数k来最后确定是否有入侵情况出现。本发明的优点：有效剔除由于气候引起的误报、漏报并判断出人为攀爬等入侵行为，实时性好，检测性价比低。

Description

一种基于振动传感器的周界围栏报警器及其控制方法

技术领域

本发明属于传感器和检测技术领域，特别涉及一种基于振动传感器的周界围栏报警器及其控制方法。

背景技术

周界探测报警器主要有以下几种：微波墙式报警器、红外报警器、泄露电缆报警器、光纤传感报警器等。微波墙报警器由两部分组成：微波发射部分和微波接收部分，优点是覆盖大面积、距离长，可以进行全天候、全天时工作，局限性是防范区域要求有良好的平直度；红外报警器由两部分组成：红外发射机和接收机，优点是监控距离较远、灵敏度较高、耗电省、安装操作简便、价格低廉等，局限性是受到环境干扰因素比较大；泄露电缆是一种在其外导体上沿长度方向周期性地开有一定形状槽孔的同轴电缆，泄露电缆报警器的优点是隐蔽性好、灵敏度高，且不受地形、地面不平坦等因素的限制，局限性是安装繁琐，成本较高；光纤报警器主要由光纤组成，优点是灵敏度高、不受地域、气候等限制，缺点是造价较高。上述方法都有各自的优点，但又存在局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于振动传感器的周界围栏报警器及其控制方法。

本发明的技术方案是这样实现的：该报警器包括至少一组振动传感器单元、AD转换器、微处理器和第一电阻；振动传感器单元与第一电阻串联，第一电阻连接5V电压，AD转换器连接振动传感器单元的两端，AD转换器的输出端连接微处理器的输入端。

所述的振动传感器单元包括振动传感器和第二电阻；其中振动传感器与第二电阻并联。

所述的振动传感器包括两个金属板、一个金属球和壳体；两个金属板和一个金属球均安装在壳体内，壳体上设置有接线端子，两个金属板分别位于金属球的两侧，且两个金属板之间的最大距离小于金属球的直径。

所述的金属球为活动的。

所述的振动传感器单元安装在栅栏上。

基于振动传感器的周界围栏报警器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、通过微处理器识别振动传感器单元两端的电压，设定振动传感器单元两端的电压为U_A，第一电阻为R0，第二电阻为RN，RN包含N个电阻，即R1～Rn，发生晃动的第二电阻为Rn，其中N表示第二电阻的个数，n表示发生晃动的第二电阻的序号，n∈N；振动传感器单元输出的电压当振动传感器单元不晃动时，Rn＝0，U_A＝0时，表示栅栏没有受到非法入侵时，当振动传感器单元输出的电压为时，U_A≠0表示栅栏可能受到非法入侵；

步骤2、当表示可能有非法入侵时，利用在M秒内判断栅栏断晃动的次数k来最后确定是否有入侵情况出现，如果晃动次数k处于给定入侵范围内，则表明有入侵情况，否则说明没有入侵情况。

所述的最后确定是否有入侵情况出现的方法按照如下步骤进行：

步骤1)、设定T为两个相邻高电平之间的低电平持续时间，T_h为两个相邻高电平之间的低电平持续时间阈值；

步骤2)、当有高电平出现时，记k＝1，设定T_N为微处理开始计时时间，微处理开始进行从0开始计时，T_N＝0；

步骤3)当高电平出现时，微处理器确定出现的高电平与前一次相邻的高电平之间的参数T，如果T>T_h，则认为此次高电平是一次新的晃动，令k＝k+1，如果T≤T_h，则表明此次高电平为上一次晃动的延续，令k＝k；其中，微处理器确定过程如下：微处理器测定两个高电平之间的时间方法：振动传感器单元连接微处理器I/O口，当此I/O口出现低电平时，启动微处理器内部的计时器，当I/O口一旦监测到高电平时，马上停止计数；

步骤4)当T_N<W时，重复步骤3，W表示为判断晃动次数限定的时长；

步骤5)如果T_N＝W时，则进行如下判断：根据晃动次数k是否处于合理的范围内，则表明入侵情况，否则说明此段时间内的晃动为干扰，重复步骤2，判断晃动次数k是否处于合理的范围内的判定标准是在设定时间内设定晃动次数k的阈值。

本发明的优点：有效剔除由于气候引起的误报、漏报并判断出人为攀爬等入侵行为，实时性好，检测性价比低。

附图说明

图1为本发明振动传感器结构示意图；

图2为本发明连接一个振动传感器单元的报警器；

图3为本发明图2电路的输出电压波形图；

图4为本发明连接四个振动传感器单元的报警器；

图5为本发明图4电路的输出电压波形图；

图中：1、2表示传感器的两端，3金属小球，4金属板。

具体实施方式

本发明的详细结构结合具体实施例进行说明。

本实施例中微处理器采用型号为89S51，AD转换器采用为10位或12为转换器；

实施例1

如图2所示，该报警器包括一组振动传感器单元、AD转换器、微处理器和第一电阻R0；振动传感器单元包括振动传感器和第二电阻R1，振动传感器包括两个金属板、一个活动的金属球和壳体；两个金属板和一个金属球均安装在壳体内，壳体上设置有接线端子，两个金属板分别位于金属球的两侧，且两个金属板之间的最大距离小于金属球的直径。壳体上的接线端子并联电阻第二电阻R1，之后串联第一电阻R0，AD转换器连接振动传感器单元的两端，微处理器的输入端连接AD转换器的输出端，测量振动传感器两端的电压，振动传感器单元安装在栅栏上，设定R0＝1k，R1＝1k。

如图1所示，将振动传感器水平固定在栅栏上，当栅栏受到非法入侵时，振动传感器势必产生晃动，使其中的金属球在原有位置上来回运动，当振动传感器水平安装且不振动时，即金属球处于平衡位置时，1端与2端传感器电阻很小，趋近于0，当传感器因振动离开平衡位置时，传感器两端为开路，1端与2端电阻趋近于无穷大。

基于振动传感器的周界围栏报警器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、通过微处理器识别振动传感器单元两端的电压，设定传感器单元两端的电压为U_A，第一电阻为R0，第二电阻为R1，当栅栏没有受到非法入侵时，电阻R1被传感器S1短路，故输出的电压U_A＝0。当栅栏可能受到非法入侵时，当金属小球离开平衡位置时，输出的电压为运动到平衡位置时，电阻R1被短路，输出的电压U_A＝0。电路的输出电压将会产生如附图3所示的高低电平。小球处在晃动区域时输出电平的特点为：高电平持续时间比低电平持续时间长，且两个高电平间隔的时间很短，且通常在100ms以内；

步骤2、当表示可能有非法入侵时，利用在M秒内判断栅栏断晃动的次数k来最后确定是否有入侵情况出现，如果晃动次数k处于给定入侵范围内，则表明有入侵情况，否则说明没有入侵情况。

所述的最后确定是否有入侵情况出现的方法按照如下步骤进行：

步骤1)、设定T为两个相邻高电平之间的低电平持续时间，T_h为两个相邻高电平之间的低电平持续时间阈值；

步骤2)、当有高电平出现时，记k＝1，设定T_N为微处理开始计时时间，微处理开始进行从0开始计时，T_N＝0；

步骤3)当高电平出现时，微处理器确定出现的高电平与前一次相邻的高电平之间的参数T，如果T>T_h，则认为此次高电平是一次新的晃动，令k＝k+1，如果T≤T_h，则表明此次高电平为上一次晃动的延续，令k＝k；其中，微处理器确定过程如下：微处理器测定两个高电平之间的时间方法：振动传感器单元连接微处理器I/O口，当此I/O口出现低电平时，启动微处理器内部的计时器，当I/O口一旦监测到高电平时，马上停止计数；

步骤4)当T_N<W时，重复步骤3，W表示为判断晃动次数限定的时长；

步骤5)如果T_N＝W时，则进行如下判断：设定在5s时间内晃动次数k的阈值为5次，如果晃动次数k大于5次，表明有入侵，否则说明此段时间内的晃动为干扰，重复步骤2。

实施例2

本实施例以N个振动传感器进行说明

如图4所示，设定R0＝1k，R1＝1k，R2＝2K,R3＝4K；Rn＝8K，当栅栏没有晃动时，振动传感器S1～SN均为导通状态，

U_A＝0

当第n个栅栏晃动，且其对应的传感器断开时，有输出电压：(当传感器不晃动时，Rn＝0)，当第n－1,n,n+1共3个栅栏晃动，且其对应的传感器断开时，此时有输出电压： $U_A=\frac{R(n-1)+\mathrm{Rn}+R(n+1)}{R0+R(n-1)+\mathrm{Rn}+R(n+1)}\&times;5V;$

当栅栏全部晃动，且全部传感器断开时，有U_A＝5V；

只要保证电阻R0～RN选择合理的参数，保证各个震动传感器输出时在全部可能的组合下，具有不同的输出电压值，及可完成微处理器够通过AD输出电压值，完成震动传感器具体位置的判断。

如图5所示，同时该电路可以完成传感器是否出现故障的判断。如长时间发现哪个传感器一直处于打开的状态。如果传感器被剪断，则电路一直输出为高电平5V。

Claims (1)

1.一种基于振动传感器的周界围栏报警器，其特征在于:该报警器包括至少一组振动传感器单元、AD转换器、微处理器和第一电阻；振动传感器单元与第一电阻串联，第一电阻连接5V电压，AD转换器连接振动传感器单元的两端，AD转换器的输出端连接微处理器的输入端；

所述的振动传感器单元包括振动传感器和第二电阻；其中振动传感器与第二电阻并联；

所述的振动传感器包括两个金属板、一个金属球和壳体；两个金属板和一个金属球均安装在壳体内，壳体上设置有接线端子，两个金属板分别位于金属球的两侧，且两个金属板之间的最大距离小于金属球的直径；

所述的金属球为活动的；

所述的振动传感器单元安装在栅栏上；

所述的基于振动传感器的周界围栏报警器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、通过微处理器识别振动传感器单元两端的电压，设定振动传感器单元两端的电压为U_A，第一电阻为R0，第二电阻为RN，发生晃动的第二电阻为Rn，其中N表示第二电阻的个数，n表示发生晃动的第二电阻的序号，n∈N；振动传感器单元输出的电压当振动传感器单元不晃动时，Rn＝0，U_A＝0时，表示栅栏没有受到非法入侵时，当振动传感器单元输出的电压为时，U_A≠0表示栅栏可能受到非法入侵，由此可以将各个振动传感器收到的信号进行分离，以确定哪个位置传感器发生非法入侵；

步骤2、当表示可能有非法入侵时，利用在M秒内判断栅栏断晃动的次数k来最后确定是否有入侵情况出现，如果晃动次数k处于给定入侵范围内，则表明有入侵情况，否则说明没有入侵情况；

所述的步骤2中最后确定是否有入侵情况出现的方法按照如下步骤进行：

步骤1)、设定T为两个相邻高电平之间的低电平持续时间，T_h为两个相邻高电平之间的低电平持续时间阈值；

步骤2)、当有高电平出现时，记k＝1，设定T_N为微处理开始计时时间，微处理开始进行从0开始计时，T_N＝0；

步骤3)当高电平出现时，微处理器确定出现的高电平与前一次相邻的高电平之间的参数T，如果T>T_h，则认为此次高电平是一次新的晃动，令k＝k+1，如果T≤T_h，则表明此次高电平为上一次晃动的延续，令k＝k；其中，微处理器确定过程如下：微处理器测定两个高电平之间的时间方法：振动传感器单元连接微处理器I/O口，当此I/O口出现低电平时，启动微处理器内部的计时器，当I/O口一旦监测到高电平时，马上停止计数；

步骤4)当T_N<W时，重复步骤3，W表示为判断晃动次数限定的时长；

步骤5)如果T_N＝W时，则进行如下判断：根据晃动次数k是否处于合理的范围内，则表明入侵情况，否则说明此段时间内的晃动为干扰，重复步骤2)，判断晃动次数k是否处于合理的范围内的判定标准是在设定时间内设定晃动次数k的阈值。