CN104157086B - 一种检测电缆被盗报警装置及报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测电缆被盗报警装置及报警方法；所述装置包括主机和末端，所述主机安装在供电线路始端箱变处，所述末端安装在供电线路末端，所述主机和所述末端之间通过线缆进行通信，在交流供电状态下，所述末端按照设定时间产生具有特征量的脉冲信号，主机如果能够检测到所述脉冲信号，则证明电缆正常，主机如果不能检测到所述脉冲信号，则证明电缆被盗；在断电情况下，主机通过线缆向末端供电，与交流供电状态类似，主机检测末端发出的直流脉冲，判断是否发生被盗；本发明具有采用带有特征量的脉冲检测方式，能够准确无误的判定电缆是否被盗，降低误报率，提高报警准确性和及时率优点。

Description

一种检测电缆被盗报警装置及报警方法

技术领域

本发明涉及电缆自动控制技术领域，尤其涉及一种检测电缆被盗报警装置及报警方法。

背景技术

随着国民经济的繁荣发展，现代化基础建设的步伐越来越快，道路照明建设也得到了前所未有的大发展。我国路灯电缆绝大部分采用铜芯线，由于近年来市场上铜价猛涨，特别是农村地区和偏远地区的道路照明线缆被盗严重，给国家和居民带来不可估量的经济损失。照明电缆的频繁被盗，不仅造成了巨大的经济损失，可能造成很多交通事故和治安混乱，带电的裸露线头会威胁到路人的生命安全；严重影响了政府形象，为居民生活带来不便和危害。

因此，能够及时对电缆被盗进行报警，将偷盗者抓捕，减少电缆被盗损失，已经是行业迫切的需求。目前，国内已有一些产品采用载波通信、电流检测(具有自检功能的电流检测)、漏电防盗等方案。现有技术中，大部分末端都采用了蓄电池供电，而蓄电池的充放电循环有一定的次数，需要定期维护，增加了产品安装之后的维护工作。电流检测容易受到电网的电压波动较大，导致电流波动较大，容易引起误报。漏电检测存在安全隐患。

由上述现状可知，目前的电缆被盗报警的误报率高，给实际应用带来极大的不便。

中国发明专利(申请号：201210229528.7，专利名称：一种路灯电缆防盗检测方法及检测装置)存在的技术缺陷是：

(1)该专利采用功率检测的方式进行电缆被盗报警的测试，其中关键点在于PTv参数的选取。该专利给出的参数的选取方法“按标定幅值DV从VBottom变化到VTop，并利用主控模块采样线路在不同电压状态下的电压V和有效功率PTv”，在实验室比较容易获取，在实际的应用中不易实现，而且不同的环境需要重新测试。同时FCO和SCO的选取与实际的应用环境密切相关。一旦电缆上增加或者减少路灯数量(电缆的负载)有变化，FCO、SCO、PTv三个参数需要重新进行确定。

(2)使用锂电池，后期维护工作增加。该专利中，停电状态时，主机和末端都采用锂电池供电。锂电池的充放电循环有一定的次数，需要定期维护，增加了产品安装之后的维护工作。

(3)在“(5)停电状态下防盗检测：5)停电状态下的防盗检测：在被检测回路停电的状态下，设置主控模块和末端模块的通信周期ΔT2，如果连续M次出现主控模块发出握手信号，收不到末端模块的确认信号的情况，则出发电缆被盗报警”这种检测理论上没有问题，但是无法排除电池没电导致的末端不工作的情况。当末端电池没电时，握手也不成功。因此该检测在停电状态下检测结果不可靠。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种检测电缆被盗报警装置及报警方法，它具有采用带有特征量的脉冲检测方式，能够准确无误的判定电缆是否被盗，降低误报率，提高报警准确性和及时率优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种检测电缆被盗报警装置，包括主机和末端，所述主机安装在供电线路始端箱变处，所述末端安装在供电线路末端，所述主机和所述末端之间通过线缆进行通信，在交流供电状态下，所述末端按照设定时间产生具有特征量的脉冲信号，主机如果能够检测到所述脉冲信号，则证明电缆正常，主机如果不能检测到所述脉冲信号，则证明电缆被盗；在断电情况下，主机通过线缆向末端供电，与交流供电状态类似，主机检测末端发出的直流脉冲，判断是否发生被盗；

所述主机包括主控单元MCU，所述主控单元MCU分别与AC/DC模块、通信模块、保护模块连接，所述保护模块与检测模块连接，所述AC/DC模块与电缆连接，为主机内部的检测电路提供电源；所述通信模块通过通信端口与主机外围的通信模块连接，所述保护模块用于交直流切换时保护内部电路不损坏。所述检测模块通过端口与电流互感器连接，获取用于检测的特征量，电流互感器用于获取电缆中电流信号。

所述末端包括彼此连接的输入保护模块和特征量模块，所述输入保护模块与输入电缆连接，所述特征量模块与输出电缆连接，所述输入保护模块用于电缆电压变化时，保护内末端内部电路不损坏；所述特征量模块用于产生特定的脉冲波形。

一种检测电缆被盗报警方法，包括如下步骤：

步骤(1)：系统初始化；

步骤(2)：判断是否是交流模式，如果否就进入直流脉冲检测步骤，检测末端发出的直流脉冲，以判断线缆是否正常；如果是就进入交流脉冲检测步骤，检测末端发出的交流脉冲，以判断线缆是否正常。

所述交流脉冲检测步骤包括如下子步骤：

步骤(2a-1)：当主机检测到下降沿到来，对电流值开始采样；

步骤(2a-2)：将采样电流存入缓冲区，作为后续计算、判断的原始数据；

步骤(2a-3)：判断缓冲区是否满，如果是就进入步骤(2a-4)；如果否就返回步骤(2a-2)；

步骤(2a-4)：计算采样单元与基准单元之差的有效值；判断是否为有效交流脉冲，如果是，就解除报警，返回步骤(2a-1)；如果否，就进入步骤(2a-5)；

步骤(2a-5)：增加报警计数，判断计数是否到达设定次数；如果是就报警，返回步骤(2a-1)；进入步骤(2a-1)；如果否就直接返回步骤(2a-1)。

所述步骤(2a-4)中计算采样单元与基准单元之差的有效值的具体计算公式为：

$\mathrm{Ret}\left[i\right]=\sqrt[2]{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{j=M-1}{\left(\mathrm{Unit}\right[i\left]\right[j]-\mathrm{Base}[j\left]\right)}^2}{M}}$

其中，在交流模式下，从下降沿开始采样，每次采集M个数据，循环采集N次，Unit[i][j]表示第i次采集的第j个数据，其中i取值为0～N-1，N为正整数；j取值为0～M-1，M为正整数；Base[j]表示基准单元，Base[j]＝Unit[i+1][j]；Unit[i+1][j]表示第i+1次采集的第j个数据，Ret[i]采样单元与基准单元之差的有效值。

所述直流脉冲检测步骤包括如下子步骤：

步骤(2b-1)：主机对电流进行采样，取得基准电平；

步骤(2b-2)：主机继续对电流进行采样，判断采样电平是否发生跳变，如果是下降沿，就进入步骤(2b-3)；如果是上升沿就进入步骤(2b-5)；如果既不是下降沿也不是上升沿就继续判断电平是否发生跳变；

步骤(2b-3)：主机更新基准电平，作为下一步判断上升的基准；

步骤(2b-4)：主机继续对电流进行采样，判断采样电平是否出现上升沿，如果是就进入步骤(2b-5)；如果否就继续判断电平是否出现上升沿；

步骤(2b-5)：主机启动计时，更新基准；

步骤(2b-6)：主机继续对电流进行采样，判断电平是否出现下降沿，如果是就停止计时，更新基准，进入步骤(2b-7)，如果否，就继续判断电平是否出现下降沿；

步骤(2b-7)：主机判断是否为有效直流脉冲，所述有效直流脉冲的宽度符合设定要求，如果是，就解除报警返回步骤(2b-4)，如果否，就增加报警计数，进入步骤(2b-8)；

步骤(2b-8)：判断计数是否到,如果是就报警，返回步骤(2b-4)；如果否，就直接返回步骤(2b-4)。

本发明的有益效果：

1主机具备无线通信能力，利用运营商公网，向管理人员发出电缆被盗告警信息，也可以将告警信息发送到监控中心或已有的“三遥”系统中，以更丰富、有效的方式处理被盗事件。

2末端设备不依赖与电池，减少了因电池充放电引起的故障以及实际应用中的维护工作。

3本发明通过在设定的时间范围内检测具有特征量的脉冲，参数动态调整小，应用面广，易于选取。

4本发明通过在特定的时间范围内检测具有特征量的脉冲，用于判定电缆是否被盗，因特定时间非常短(几十毫秒)因此，判定非常及时、迅速；因采用特征量脉冲，减少了因电环境干扰引起的误判；“设定的时间范围内检测”和“具有特征量的脉冲”两个相结合，能够及时准确的判定电缆是否被盗，提高了报警的及时率和准确率。

附图说明

图1为主机原理框图；

图2为末端原理框图；

图3为主机处理流程图；

图4为交流模式下处理流程图；

图5为直流模式下处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种检测电缆被盗报警装置，包括主机和末端，所述主机安装在供电线路始端箱变处，所述末端安装在供电线路末端，所述主机和所述末端之间通过线缆进行通信，在交流供电状态下，所述末端按照设定时间产生具有特征量的脉冲信号，主机如果能够检测到所述脉冲信号，则证明电缆正常，主机如果不能检测到所述脉冲信号，则证明电缆被盗；在断电情况下，主机通过线缆向末端供电，与交流供电状态类似，主机检测末端发出的直流脉冲，判断是否发生被盗；

所述主机包括主控单元MCU，所述主控单元MCU分别与AC/DC模块、通信模块、保护模块连接，所述保护模块与检测模块连接，所述AC/DC模块与电缆连接，为主机内部的检测电路提供电源；所述通信模块通过通信端口与主机外围的通信模块连接，所述保护模块用于交直流切换时保护内部电路不损坏。所述检测模块通过端口与电流互感器连接，获取用于检测的特征量，电流互感器用于获取电缆中电流信号。

主机原理框图如图1所示：

主机功能：识别带有特征量的脉冲，实现被盗报警；通过通信模块，及时将报警信息发送给相关人员；电缆无交流电时对末端提供弱直流(+15V)供电；智能检测交直流并切换。

1)供电输入①，单相交流，165VAC～265VAC，频率50Hz±5％；

2)AC-DC模块②，为主机内部的检测电路提供电源；

3)CPU③，主机的主要组成部分。

4)保护模块④，交直流切换时保护内部模块

5)检测模块⑤，获取用于检测的特征量。

6)检测端口⑥，接入检测的信息量。

7)通信模块⑦，实现串口通信。

8)通信端口，连接通信端子。

所述末端包括彼此连接的输入保护模块和特征量模块，所述输入保护模块与输入电缆连接，所述特征量模块与输出电缆连接，所述输入保护模块用于电缆电压变化时，保护内末端内部电路不损坏；所述特征量模块用于产生特定的脉冲波形。

末端的组成如图2所示：

末端功能：产生具有特征量的脉冲，为主机识别提供依据；输入保护模块智能检测供电模式并自动切换。

1)输入保护模块②，供电切换时保护内部模块。

2)特征量模块③，产生检测需要的特征量。

一种检测电缆被盗报警方法，包括如下步骤：

步骤(1)：系统初始化；

步骤(2)：判断是否是交流模式，如果否就进入直流脉冲检测步骤，检测末端发出的直流脉冲，以判断线缆是否正常；如果是就进入交流脉冲检测步骤，检测末端发出的交流脉冲，以判断线缆是否正常。

本发明的工作原理

1.总述

电缆被盗系统包括主机和末端两个设备，主机安装在箱变内(电缆的起点)，末端安装在线缆终端。交流供电时，设备工作在交流模式下，末端发出具有一定特征的交流脉冲，沿线缆送回主机，主机通过电参数采样、处理和判断，识别出脉冲，认为线缆正常；如果线缆被盗，主机在一定时间内检测不到该脉冲，认为线缆被盗，发出报警信息。当电缆没电时，设备工作在直流模式下，由主机通过线缆向末端供电，与交流模式类似，主机检测末端发出的直流脉冲，判断是否发生被盗。

因此，系统工作状态分为交流和直流两种模式。主机通过对线路上交流电过零点的下降沿检测，进行判断从而决定工作于何种模式。在两种模式下，脉冲具有各自不同的特征。相应的，主机需要进行不同的处理和判断。

在两种模式下，主机程序处理流程分别如图3所示。

所述交流脉冲检测步骤包括如下子步骤：

步骤(2a-1)：当主机检测到下降沿到来，对电流值开始采样；

步骤(2a-2)：将采样电流存入缓冲区，作为后续计算、判断的原始数据；

步骤(2a-3)：判断缓冲区是否满，如果是就进入步骤(2a-4)；如果否就返回步骤(2a-2)；

步骤(2a-4)：计算采样单元与基准单元之差的有效值；判断是否为有效交流脉冲，如果是，就解除报警，返回步骤(2a-1)；如果否，就进入步骤(2a-5)；

步骤(2a-5)：增加报警计数，判断计数是否到达设定次数；如果是就报警，返回步骤(2a-1)；进入步骤(2a-1)；如果否就直接返回步骤(2a-1)。

所述步骤(2a-4)中计算采样单元与基准单元之差的有效值的具体计算公式为：

$\mathrm{Ret}\left[i\right]=\sqrt[2]{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{j=M-1}{\left(\mathrm{Unit}\right[i\left]\right[j]-\mathrm{Base}[j\left]\right)}^2}{M}}$

其中，在交流模式下，从下降沿开始采样，每次采集M个数据，循环采集N次，Unit[i][j]表示第i次采集的第j个数据，其中i取值为0～N-1，N为正整数；j取值为0～M-1，M为正整数；Base[j]表示基准单元，Base[j]＝Unit[i+1][j]；Unit[i+1][j]表示第i+1次采集的第j个数据，Ret[i]采样单元与基准单元之差的有效值。

2.交流模式下的流程

在交流模式下，从下降沿开始采样，每间隔ΔT₁采集1次，每次采集M个数据，循环采集N次，采集的数据存储在Unit[i][j]，其中i取值为0～N-1，N为正整数；j取值为0～M-1，M为正整数；针对当前采样单元Unit[i][j]，取相对于当前采样单元Unit[i][j]最早的采样单元Unit[i+1][j]作为一个基准Base[j]，其他N-1个采样单元Unit[i][j]通过和基准单元Base[j]进行做差、并求有效值。

即：

$\mathrm{Ret}\left[i\right]=\sqrt[2]{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{j=M-1}{\left(\mathrm{Unit}\right[i\left]\right[j]-\mathrm{Base}[j\left]\right)}^2}{M}}$

结果将得到N-1个数值Ret[i]；当N个采样时间段内包含末端脉冲时，N-1个数值Ret[i]中将包含向上(比如Ret[2]大于Ret[1]且超过一定的门限)和向下(比如Ret[5]小于Ret[4]且超过一定的门限)变化的趋势，并且两次变化的时间间隔满足一定特征范围。交流检测流程如图4所示。

所述直流脉冲检测步骤包括如下子步骤：

步骤(2b-1)：主机对电流进行采样，取得基准电平；

步骤(2b-2)：主机继续对电流进行采样，判断采样电平是否发生跳变，如果是下降沿，就进入步骤(2b-3)；如果是上升沿就进入步骤(2b-5)；如果既不是下降沿也不是上升沿就继续判断电平是否发生跳变；

步骤(2b-3)：主机更新基准电平，作为下一步判断上升的基准；

步骤(2b-4)：主机继续对电流进行采样，判断采样电平是否出现上升沿，如果是就进入步骤(2b-5)；如果否就继续判断电平是否出现上升沿；

步骤(2b-5)：主机启动计时，更新基准；

步骤(2b-6)：主机继续对电流进行采样，判断电平是否出现下降沿，如果是就停止计时，更新基准，进入步骤(2b-7)，如果否，就继续判断电平是否出现下降沿；

步骤(2b-7)：主机判断是否为有效直流脉冲，所述有效直流脉冲的宽度符合设定要求，如果是，就解除报警返回步骤(2b-4)，如果否，就增加报警计数，进入步骤(2b-8)；

步骤(2b-8)：判断计数是否到,如果是就报警，返回步骤(2b-4)；如果否，就直接返回步骤(2b-4)。

3.直流模式下的流程

在直流模式下，首先获得一个基准值，并进行持续采样；当检测到采样值高于基准值并超出一定范围时，认为出现上升沿，此时启动高电平时间计数ΔT₂，并将基准更新到高电平；当检测到采样值低于基准值并下降一定范围时，认为出现下降沿，此时停止高电平时间计数，并将基准更新到低电平。

此时可以得到高电平脉冲的持续时间ΔT₂，如果ΔT₂满足特定的范围，即：

T_L≤ΔT₂≤T_H

T_L为脉冲宽度下限，T_H为脉冲宽度上限，则可以认为是末端发出的脉冲。之后返回到低电平状态，并随着时间的推移进行循环检测。直流检测流程图如图5所示。

4.报警逻辑

在交流工作模式和直流工作模式中，ΔT₃内连续监测到m1个带有特征量的脉冲波形，本次监测认为有效。在ΔT₄内没有检测到符合上述要求的脉冲波形，重复检测m2次，设备判定电缆被盗。发送报警短信到监控系统。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种检测电缆被盗报警装置，其特征是，包括主机和末端，所述主机安装在供电线路始端箱变处，所述末端安装在供电线路末端，所述主机和所述末端之间通过线缆进行通信，在交流供电状态下，所述末端按照设定时间产生具有特征量的脉冲信号，主机如果能够检测到具有特征量的脉冲信号，则证明电缆正常，主机如果不能检测到具有特征量的脉冲信号，则证明电缆被盗；在断电情况下，主机通过线缆向末端供电，与交流供电状态类似，主机检测末端发出的直流脉冲，判断是否发生被盗；

所述主机包括主控单元MCU，所述主控单元MCU分别与AC/DC模块、通信模块、保护模块连接，所述保护模块与检测模块连接，所述AC/DC模块与电缆连接，为主机内部的检测电路提供电源；所述通信模块通过通信端口与主机外围的通信模块连接，所述保护模块用于交直流切换时保护内部电路不损坏；所述检测模块通过端口与电流互感器连接，获取用于检测的特征量，电流互感器用于获取电缆中电流信号；

所述末端包括彼此连接的输入保护模块和特征量模块，所述输入保护模块与输入电缆连接，所述特征量模块与输出电缆连接，所述输入保护模块用于电缆电压变化时，保护内末端内部电路不损坏；所述特征量模块用于产生特定的脉冲波形。

2.一种检测电缆被盗报警方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤(1)：系统初始化；

步骤(2)：判断是否是交流模式，如果否就进入直流脉冲检测步骤，检测末端发出的直流脉冲，以判断线缆是否正常；如果是就进入交流脉冲检测步骤，检测末端发出的交流脉冲，以判断线缆是否正常；所述交流脉冲检测步骤包括如下子步骤：

步骤(2a-1)：当主机检测到下降沿到来，对电流值开始采样；

步骤(2a-2)：将采样电流存入缓冲区，作为后续计算、判断的原始数据；

步骤(2a-3)：判断缓冲区是否满，如果是就进入步骤(2a-4)；如果否就返回步骤(2a-2)；

步骤(2a-4)：计算采样单元与基准单元之差的有效值；判断是否为有效交流脉冲，如果是，就解除报警，返回步骤(2a-1)；如果否，就进入步骤(2a-5)；

步骤(2a-5)：增加报警计数，判断计数是否到达设定次数；如果是就报警，返回步骤(2a-1)；进入步骤(2a-1)；如果否就直接返回步骤(2a-1)。

3.如权利要求2所述的一种检测电缆被盗报警方法，其特征是，所述步骤(2a-4)中计算采样单元与基准单元之差的有效值的具体计算公式为：

$\mathrm{Re}t\[i\]=\sqrt[2]{\frac{{\Σ}_{j=0}^{j=M-1}{(Unit\[i\]\[j\]-Base\[j\])}^2}{M}}$

其中，在交流模式下，从下降沿开始采样，每次采集M个数据，循环采集N次，Unit[i][j]表示第i次采集的第j个数据，其中i取值为0～N-1，N为正整数；j取值为0～M-1，M为正整数；Base[j]表示基准单元，Base[j]＝Unit[i+1][j]；Unit[i+1][j]表示第i+1次采集的第j个数据，Ret[i]采样单元与基准单元之差的有效值。

4.如权利要求2所述的一种检测电缆被盗报警方法，其特征是，所述直流脉冲检测步骤包括如下子步骤：

步骤(2b-1)：主机对电流进行采样，取得基准电平；

步骤(2b-2)：主机继续对电流进行采样，判断采样电平是否发生跳变，如果是下降沿，就进入步骤(2b-3)；如果是上升沿就进入步骤(2b-5)；如果既不是下降沿也不是上升沿就继续判断电平是否发生跳变；

步骤(2b-3)：主机更新基准电平，作为下一步判断上升的基准；

步骤(2b-4)：主机继续对电流进行采样，判断采样电平是否出现上升沿，如果是就进入步骤(2b-5)；如果否就继续判断电平是否出现上升沿；

步骤(2b-5)：主机启动计时，更新基准；

步骤(2b-6)：主机继续对电流进行采样，判断电平是否出现下降沿，如果是就停止计时，更新基准，进入步骤(2b-7)，如果否，就继续判断电平是否出现下降沿；

步骤(2b-7)：主机判断是否为有效直流脉冲，所述有效直流脉冲的宽度符合设定要求，如果是，就解除报警返回步骤(2b-4)，如果否，就增加报警计数，进入步骤(2b-8)；

步骤(2b-8)：判断计数是否到,如果是就报警，返回步骤(2b-4)；如果否，就直接返回步骤(2b-4)。