CN104332009A - 一种变压器防盗报警装置及防盗报警监测方法 - Google Patents

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Abstract

一种变压器防盗报警装置及防盗报警监测方法，包括外壳以及固定在外壳内的控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括中央处理单元、波形转换单元以及GSM通讯单元，变压器的A、B、C三相火线以及零线N接入波形转换单元的输入端，波形转换单元的信号输入端连接中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输入输出端口与GSM通讯单元的输入输出端口互连。包括如下步骤：步骤a，开始；步骤a，接收并分析交流电A、B、C三相的波形；步骤c，判断第一个下降沿是否为哪相，并判断该相是否缺相；步骤d，缺相处理。本装置通过判断三相交流电的相位信息，避免了报警器漏判、错判情况出现。

Description

一种变压器防盗报警装置及防盗报警监测方法
技术领域
一种变压器防盗报警装置及防盗报警监测方法，属于变压器安全设备领域。
背景技术
在当前社会，一些不法分子通过盗取户外变压器内的铜芯及电缆以获取不法利益的情况时有发生，变压器频繁被盗，已成为近年来困扰着公安安全防范部门和电力等行业以及广大用户的一大难题。尤其是在偏远的农村，台区变压器被盗和破坏现象频繁发生，造成大面积停电事故，给国家和人民造成重大损失。
传统的变压器防盗报警器，往往通过判断相线开关信号和剪线、断线报警，在最初的使用阶段起到了一定的作用，但是后来不法分子知道了这一原理，他们将其中一相或两相并联接入剪断的相线中，使三相交流电其中两相具有相同的电压输出，因此传统的报警器无法识别，不能发出报警信号，从而无法避免不法分子继续盗取变压器内的铜芯和电缆。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过判断三相交流电的相位信息，避免了报警器漏判、错判情况出现，保证了变压器使用安全的一种变压器防盗报警装置及防盗报警监测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该变压器防盗报警装置，包括外壳以及固定在外壳内的控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括中央处理单元、波形转换单元以及GSM通讯单元，变压器的A、B、C三相火线以及零线N接入波形转换单元的输入端，波形转换单元的信号输入端连接中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输入输出端口与GSM通讯单元的输入输出端口互连。
优选的，还设置有与所述的中央处理单元信号输入端相连的看门狗存储单元、报警监测单元以及为所述控制电路进行供电的供电单元；所述的中央处理单元采用型号为STM32F103C8T6的单片机U1；
所述的供电单元包括电源转换供电电路和蓄电池供电电路，以及对蓄电池供电电路内蓄电池进行控制的蓄电池充放电管理单元。
优选的，所述的波形转换单元包括型号为MCP6004的四运放芯片，交流电A相、B相、C相三相火线分别串联电阻R38~R40之后分别连接互感器PT1~PT3的一次线圈的一端，零线N同时连接互感器PT1~PT3的一次线圈的另一端；
互感器PT1二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7A的反相输入端，电阻R45以及电容C38一端，电阻R45以及电容C38另一端同时接地；集成运算放大器U7A的同相输入端同时并联电阻R51和电阻R54的一端，电阻R51的另一端接地；集成运算放大器U7A的输出端串联电阻R48之后同时分别并联电阻R54的另一端、电容C41的一端以及所述中央处理单元的16脚，电容C41的另一端接地；
互感器PT2二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7B的反相输入端，电阻R46以及电容C39一端，电阻R46以及电容C39另一端同时接地；集成运算放大器U7B的同相输入端同时并联电阻R52和电阻R35的一端，电阻R52的另一端接地；集成运算放大器U7B的输出端串联电阻R49之后同时分别并联电阻R35的另一端、电容C42的一端以及所述中央处理单元的17脚，电容C42的另一端接地；
互感器PT3二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7C的反相输入端，电阻R47以及电容C40一端，电阻R47以及电容C40另一端同时接地；集成运算放大器U7C的同相输入端同时并联电阻R53和电阻R32的一端，电阻R53的另一端接地；集成运算放大器U7C的输出端串联电阻R50之后同时分别并联电阻R32的另一端、电容C43的一端以及所述中央处理单元的18脚，电容C43的另一端接地。
优选的，所述的GSM通讯单元包括型号为MG323-B的集成芯片U3以及内部装有SIM卡的SIM卡模块U2；
集成芯片U3的21脚和22脚同时连接直流电源VDD和电容C13的正极，电容C13的负极接地，集成芯片U3的28脚同时并联电阻R22~R23的一端，电阻R22的另一端连接上述中央处理单元的21脚，电阻R23的另一端接地；集成芯片U3的29脚串联电阻R24后连接中央处理单元的22脚，集成芯片U3的55脚~58脚分别于SIM卡模块U2的3脚、7脚、2脚和1脚，集成芯片U3的58脚同时并联电容C20接地，集成芯片U3的67脚串联电容C22接地，68脚同时并联电容C21的一端以及三极管Q6的发射极，电容C21的另一端以及三极管Q6的集电极接地，三极管Q6的基极串联电阻R25后并联中央处理单元的25脚，同时并联电阻R27接地；SIM卡模块U2的1脚~3脚、7脚分别串联电容C14~C17接地，6脚同时通过电容C14接地，5脚直接接地。
优选的，所述的蓄电池充放电管理单元包括蓄电池的充电管理电路和放电管理电路；
所述的充电管理电路包括场效应管Q2和三极管Q3，直流电源POW同时并联二极管D1、二极管D3的阳极和电阻R3的一端，二极管D3的阴极并联场效应管Q2的栅极，电阻R3的另一端并联场效应管Q2的门极，场效应管Q2的源极串联电阻R8之后并联至接线端子J3的2脚1场效应管Q2的门极同时并联电阻R5的一端，场效应管R5的另一端连接至三极管Q3的集电极1单片机U1的27脚同时并联电阻R9和电阻R6的一端，电阻R9的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R6的另一端、三极管Q3的发射极以及接线端子J3的1脚接地1接线端子J3接入蓄电池；
所述的放电管理电路包括场效应管Q1和三极管Q4，单片机U1的26脚串联电容C25之后同时并联二极管D4的阳极和二极管D5的阴极，二极管D4的阴极和二极管D5的阳极之间并联有电容C5，二极管D4的阴极同时并联电阻R33后连接三极管Q4的基极，二极管D5的阳极与三极管Q4的发射极接地1三极管Q4的集电极同时并联电阻R4和电阻R7的一端，电阻R4和电阻R7的另一端同时并联场效应管Q1的门极和栅极，场效应管Q1的源极串联二极管D2之后同时并联二极管D1的阴极和直流电源VS，直流电源VS与接地端之间同时并联有电容C23~C241场效应管Q1的栅极同时并联接线端子J3的2脚1；接线端子J3的2脚和1脚分别连接蓄电池的正极和负极。
优选的，所述的报警监测单元包括：接入所述控制电路中的水银开关、防撬动传感器、防打开传感器以及热释红外探测器，其中水银开关、防撬动传感器与变压器相固定；
防打开传感器为设置在外壳开合处、防止外壳被打开的一条导线；热释红外探测器安装在变压器防盗报警装置内。
一种变压器防盗报警监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1001，开始；
单片机初始化之后，开始进行相位监测；
步骤1002，接收并分析交流电A、B、C三相的波形；
步骤1003，第一个下降沿是否为A相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为A相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1004，如果不是，执行步骤1005；
步骤1004，单片机判断A相交流电是否缺相；
单片机根据A相缺相判断规则判断A相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
步骤1005，第一个下降沿是否为B相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为B相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1006，如果不是，执行步骤1007；
步骤1006，单片机判断B相交流电是否缺相；
单片机根据B相缺相判断规则判断B相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
步骤1007，第一个下降沿是否为C相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为C相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1008，如果不是，执行步骤1009；
步骤1008，单片机判断B相交流电是否缺相；
单片机根据C相缺相判断规则判断C相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
步骤1009，A、B、C三相缺相；
单片机判断交流电A、B、C三相缺相；
步骤1010，缺相处理；
单片机按照缺相处理流程对缺相情况进行缺相判断和处理。
优选的，步骤1004中所述的A相判断规则为：
a，B相交流电的监测时间大于监测时间下限同时小于监测时间上限，B相相位正常；
b，C相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限，同时小于两倍的监测时间上限，C相相位正常；
c，当同时满足1、C相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、B相交流电监测时间小于监测时间下限同时B相交流电监测时间不等于0，或者B相交流电监测时间大于周期最小值两个条件时，A相交流电缺相，且A、B两相短接；
d，当同时满足1、B相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、C相交流电监测时间小于监测时间下限同时C相交流电监测时间不等于0，或者C相交流电监测时间大于周期最小值两个条件时，A相交流电缺相，且A、C短接；
步骤1006中所述的B相判断规则为：
a，C相交流电的监测时间大于监测时间下限同时小于监测时间上限，C相相位正常；
b，如果A相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限，同时小于两倍的监测时间上限，A相相位正常；
c，当同时满足1、A相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、C相交流电监测时间小于监测时间下限同时C相交流电监测时间不等于0，或者C相监测时间大于周期最小值两个条件时， B相交流电缺相，且B、C两相短接；
d，当同时满足1、C相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、A相交流电监测时间小于监测时间下限同时A相交流电监测时间不等于0，或者A相监测时间大于周期最小值两个条件时，B相交流电缺相，且A、B两相短接；
e，当同时满足1、C相监测时间大于监测时间下限的两倍同时C相交流电监测时间小于监测时间上线的两倍；2、A相交流电监测时间大于监测时间下限同时A相交流电监测时间小于监测时间上限两个条件时，缺B、C两相；
步骤1008中所述的C相缺相判断规则为：
a，如果A相交流电的监测时间大于监测时间下限同时小于监测时间上限，A相相位正常；
b，如果B相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限，同时小于两倍的监测时间上限，B相相位正常；
c，当同时满足1、B相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、A相交流电监测时间小于监测时间下限同时A相交流电监测时间不等于0，或者A相监测时间大于周期最小值两个条件时，C相交流电缺相，且A、C两相短接；
d，当同时满足1、A相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、B相交流电监测时间小于监测时间下限同时B相交流电监测时间不等于0，或者B相监测时间大于周期最小值两个条件时，C相交流电缺相，且B、C两相短接；
e，当同时满足1、A相监测时间大于监测时间下限的两倍同时A相交流电监测时间小于监测时间上线的两倍；2、B相交流电监测时间大于监测时间下限同时B相交流电监测时间小于监测时间上限两个条件时，缺B、C两相。
优选的，步骤1010中所述的缺相处理流程，包括如下步骤：
步骤2001，开始；
单片机开始进行缺相处理流程；
步骤2002，交流电任意一相是否有电；
单片机判断交流电A、B、C三相其中任意一项是否有电，如果其中一相或多相有电，执行步骤2003，否则执行步骤2006；
步骤2003，计数器计时；
单片机内的有电状态计时器对该相有电状态进行计时，如果计时4秒后仍为有电状态，则确认本相的有电状态；
步骤2004，前一状态是否为断电状态；
单片机判断该相的前一状态是否为断电状态，如果前一状态是断电状态，执行步骤2005，否则，返回步骤2002；
步骤2005，恢复供电；
表示该相已由断电状态恢复为供电状态；
步骤2006，计数器计时；
单片机内的断电计时器对该相断电状态进行计时，如果计时4秒后仍为断电状态，则确认本相的断电状态；
步骤2007，前一状态是否为有电状态；
单片机判断该相的前一状态是否为有电状态，如果前一状态是有电状态，执行步骤2008，否则，执行步骤2009；
步骤2008，另外两相断电时间是否大于本相1.5s；
单片机判断另外两相交流电的断电时间是否大于本相断电时间1.5s，如果大于本相断电时间1.5s，执行步骤2010，如果未大于本相断电时间1.5s，执行步骤2009；
步骤2009，停电；
单片机确认此事交流电为断电状态；
步骤2010，变压器被盗；
单片机判断此时为变压器被盗状态，通过GSM通讯模块进行报警。
优选的，所述的监测时间下限、上限以及周期最小值依次为6ms、7.5ms、17ms。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、本装置设置波形转换单元，将交流电的正弦波信号转换为方波信号，并将方波信号送至中央处理单元内进行波形的判断，通过对三相交流电的相位关系对变压器的供电状态进行监测，避免了因不法分子将线路短接而造成的错判、漏判现象的出现。
2、同时设置由电源转换芯片和蓄电池两种供电方式，在断电时可通过蓄电池进行供电，保证了报警信息的及时发出。
3、设置有蓄电池的充放电管理电路，避免了蓄电池的过充过放。
4、同时设置有水银开关、防撬动传感器、防打开传感器以及热释红外探测器。其中水银开关、防撬动传感器固定于变压器上，当变压器被移动倾斜或被撬动之后，水银开关向中央处理单元发出信号进行报警；当外壳在非正常情况下被剪断之后，由防打开传感器发出信号并进行报警；当报警监测单元在非正常状态下有人员靠近时，由热释红外探测器发出信号并进行报警，在多个方面保证变压器以及本报警装置的安全使用。
附图说明
图1为变压器防盗报警装置原理方框图。
图2为变压器防盗报警装置中央处理单元电路原理图。
图3为变压器防盗报警装置看门狗存储单元电路原理图。
图4~5为变压器防盗报警装置GSM通讯单元原理图。
图6~8为变压器防盗报警装置供电单元电路原理图。
图9为变压器防盗报警装置蓄电池充放电管理单元电路原理图。
图10为变压器防盗报警装置报警监测单元电路原理图。
图11为变压器防盗报警装置波形转换单元电路原理图。
图12为变压器防盗报警方法流程图。
图13为变压器防盗报警方法缺相处理流程图。
图14~图21为变压器防盗报警方法波形图。
具体实施方式
图1~21是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~21对本发明做进一步说明。
变压器防盗报警装置，包括一外壳以及固定在外壳内的控制电路。本变压器防盗报警装置固定在变压器的一侧，变压器内的交流电的三条火线A、B、C并联接入外壳内的控制电路中。
如图1所示，变压器防盗报警装置的控制电路包括：中央处理单元、波形转换单元、GSM通讯单元以及报警监测单元。波形转换单元的信号输出端与中央处理单元中任意的信号输入端口，报警监测单元的信号输出端口同时接入中央处理单元中任意的信号输入端口。中央处理单元的输出端口与GSM通讯单元的信号输入端相连。
交流电的三条火线A、B、C接入波形转换单元中，由波形转换单元将三条火线A、B、C的相位进行变换后送入中央处理单元，中央处理单元对三条火线A、B、C的相位进行监测和判断，一旦判断其中任意一相出现异常，通过GSM通讯单元将报警信息以短信的形式向外发送，及通过波形转换单元保证变压器的安全。对于防盗报警装置本身，通过报警监测单元保证其使用安全，报警监测单元包括接入控制电路中的水银开关、防撬动传感器、防打开传感器以及热释红外探测器。其中水银开关、防撬动传感器固定于变压器上，当变压器被移动倾斜或被撬动之后，水银开关向中央处理单元发出信号，由中央处理单元进行报警；防打开传感器为一条导线，当需要将外壳打开时需要将该导线剪断，当该导线在非正常情况下被剪断之后，由中央处理单元进行报警；热释红外探测器安装在变压器防盗报警装置内，当报警监测单元在非正常状态下有人员靠近时，由中央处理单元进行报警。防撬动传感器同样由水银开关实现，当变压器被撬动时，变压器发生震动，水银开关内的水银珠会随变压器的震动而震动，水银开关会发生一会儿接通一会儿断开的现象，因而断断续续的向中央处理单元发出信号，通过中央处理单元进行报警。
在控制电路中同时设置有与中央处理单元相连的看门狗存储单元，为控制电路进行供电的供电单元。在本变压器防盗报警装置中，供电单元包括电源转换供电电路与蓄电池供电电路，同时设置有对蓄电池进行控制的蓄电池充放电管理单元。
如图2所示，中央处理单元采用的是型号为STM32F103C8T6的单片机U1。单片机U1的38脚串联按键KAY1接地，5脚和6脚分别串联电容C12和电容C11接地，5脚和6脚之间同时并联由晶振Y1。单片机U1的7脚串联电容C28接地，44脚串联电阻R10接地，20脚串联电阻R1接地。单片机U1的24脚、36脚、48脚和9脚连接3.3V直流电源，23脚、35脚、47脚以及8脚接地。
如图3所示，看门狗存储模块包括集成芯片U5，集成芯片U5的1脚连接3.3V直流电源，3脚、4脚接地，7脚连接单片机U1的41脚。3.3V直流电源同时并联电阻R19、R20后与集成芯片U5的6脚、5脚相连，3.3V直流电源同时并联电阻R1之后连接端子J1的2脚，端子J1的1脚与集成芯片U5的2脚相连。集成芯片U5的8脚连接3.3V直流电源，同时并联电容C26接地。集成芯片U5的5脚、6脚分别与单片机U1的43脚、42脚相连，端子J1的2脚与单片机U1的7脚并联。集成芯片U5的型号为CAT1023J1-28。通过接通或断开端子J1实现断开或接通看门狗控制。
如图4~5所示，在GSM通讯模块中，采用型号为MG323-B的集成芯片U3，以及与集成芯片U3连接的SIM卡模块U2，SIM卡模块U2内装入SIM卡与集成芯片U3连接实现通讯。集成芯片U3的4脚连接RF天线U4。集成芯片U3的21脚和22脚同时连接直流电源VDD和电容C13的正极，电容C13的负极接地。集成芯片U3的28脚同时并联电阻R22~R23的一端，电阻R22的另一端连接上述单片机U1的21脚，电阻R23的另一端接地；集成芯片U3的29脚串联电阻R24后连接单片机U1的22脚。集成芯片U3的55脚~58脚分别于SIM卡模块U2的3脚、7脚、2脚和1脚，集成芯片U3的58脚同时并联电容C20接地。集成芯片U3的67脚串联电容C22接地，68脚同时并联电容C21的一端以及三极管Q6的发射极，电容C21的另一端以及三极管Q6的集电极接地，三极管Q6的基极串联电阻R25后并联单片机U1的25脚，同时并联电阻R27接地。
SIM卡模块U2的1脚~3脚、7脚分别串联电容C14~C17接地，6脚同时通过电容C14接地，5脚直接接地。
图6~图8所示为控制电路的供电单元。如图6所示，交流电依次经过变压器T1和由二极管D7~D10组成的整流桥电路，之后将交流电转换为直流电，在整流桥的输出端引出直流电源POW，在本控制电路中，直流电源POW约为8V。本整流桥电路的输出端之间并联有电容C34~C35、电容C8和由电阻R12、电阻R36串联组成的回路，三极管Q5的基极并联在电阻R12、电阻R36之间，三极管Q5的发射极接地。直流电源3.3V串联电阻R13之后同时并联三极管Q5的集电极以及上述的单片机U1的19脚。通过与单片机U1的19脚相连，当交流电因故断电后，单片机U1可马上获知并及时作出处理。
如图7所示，直流电源VS与集成芯片U6的3脚相连，集成芯片U6的1脚接地，3脚与1脚之间同时并联有电容C31和电容C6。集成芯片U6的2脚与1脚之间同时并联有电容C33、电容C7、电容C1~C4。集成芯片U6的型号为AMS117-3.3，将直流电源VS转换为3.3V直流电源。直流电源VS可由直流电源POW和蓄电池共同进行供电。
如图8所示，直流电源VS与集成芯片U8的2脚相连，集成芯片U8的3脚接地，2脚与3脚之间同时并联由电容C9、电容C32，2脚和1脚之间并联有电阻R28。集成芯片U8的1脚同时并联三极管Q7的集电极，三极管Q7的发射极接地，电阻R30和电阻R26串联后并联在三极管Q7的基极和发射极之间，单片机U1的28脚并联在电阻R30和电阻R26之间。集成芯片U8的5脚同时并联电阻R37和电阻R21的一端，电阻R37的另一端并联至集成芯片U8的4脚。集成芯片U8的4脚与电阻R21的另一端之间并联有电容C10、电容C18~C19、电容27、电容C36~C37以及电容C44。电阻R21的另一端同时接地，自集成芯片U8的4脚引出直流电源VDD。集成芯片U8的型号为SPX29152T5。
如图9所示，单片机U1的26脚串联电容C25之后同时并联二极管D4的阳极和二极管D5的阴极，二极管D4的阴极和二极管D5的阳极之间并联有电容C5，二极管D4的阴极同时并联电阻R33后连接三极管Q4的基极，二极管D5的阳极与三极管Q4的发射极接地。三极管Q4的集电极同时并联电阻R4和电阻R7的一端，电阻R4和电阻R7的另一端同时并联场效应管Q1的门极和栅极，场效应管Q1的源极串联二极管D2之后同时并联二极管D1的阴极和直流电源VS，直流电源VS与接地端之间同时并联有电容C23~C24。场效应管Q1的栅极同时并联接线端子J3的2脚。
接线端子J3的2脚同时并联电阻R29的一端，电阻R29的另一端同时并联电阻R30、电阻R34、电容C29的一端以及二极管D6的阳极，电阻R31、电容C29的另一端接地，电阻R34的另一端连接单片机U1的10脚。
直流电源POW同时并联二极管D1、二极管D3的阳极和电阻R3的一端，二极管D3的阴极并联场效应管Q2的栅极，电阻R3的另一端并联场效应管Q2的门极，场效应管Q2的源极串联电阻R8之后并联至接线端子J3的2脚。场效应管Q2的门极同时并联电阻R5的一端，场效应管R5的另一端连接至三极管Q3的集电极。单片机U1的27脚同时并联电阻R9和电阻R6的一端，电阻R9的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R6的另一端、三极管Q3的发射极以及接线端子J3的1脚接地。接线端子J3接入蓄电池，其中接线端子J3的2脚和1脚分别为蓄电池的正极和负极。
上述的场效应管Q2以及三极管Q3组成蓄电池的充电管理电路。蓄电池的电压值通过电阻R29和电阻R34送至单片机U1，当蓄电池的电压输出值下降需要充电时，单片机U1的27脚输出信号，使三极管Q3导通，三极管Q3导通之后，场效应管Q2导通，直流电源POW的输出电压通过场效应管Q2和电阻R8为蓄电池充电，当蓄电池电压恢复正常之后，单片机U1的27脚的信号断开，三极管Q3以及场效应管Q2截止，直流电源POW停止为蓄电池充电。
上述的场效应管Q1和三极管Q4组成蓄电池的放电管理电路，在控制电路正常运行时，通过图6~图8所示的供电单元将交流电整流、滤波、稳压后对控制电路进行供电，一旦发生停电现象，单片机U1的26脚输出信号，该信号通过电容C25、二极管D4和电阻R33加载到三极管Q4的基极，使三极管Q4导通，三极管Q4导通之后场效应管Q1导通，蓄电池的电压经场效应管Q1和二极管D2输出，通过蓄电池供电保证控制电路中的中央处理单元和GSM通讯单元正常供电，实现报警信号的发出。
如图10所示，直流电源3.3V同时并联电阻R14~R18的一端，电阻R14~R17的另一端同时依次并联电阻R41~电阻R44、电容C45~C48的一端以及单片机U1的15脚~12脚。电阻R41~电阻R44的另一端依次连接接线端子J2的2脚~5脚，电容C45~电容C48的另一端接地。接线端子J2的1脚连接直流电源VS，6脚接地。接线端子J2的1脚与2脚之间、1脚与3脚之间以及1脚与4脚之间分别连接上述的撬动传感器、打开传感器、热释红外探测器，接线端子J21脚与5脚之间连接备用开关。
3.3V直流电源同时并联电阻R18的一端，电阻R18的另一端同时并联电容C30的一端、接线端子J5的1脚以及单片机U1的40脚，接线端子J5的2脚与电容C30的另一端接地，接线端子J5用于接入上述的水银开关。
水银开关、防撬动传感器固定于变压器上，当变压器被移动倾斜或被撬动之后，水银开关向单片机U1发出信号，由单片机U1进行报警；防打开传感器为一条导线，当需要将外壳打开时需要将该导线剪断，当该导线在非正常情况下被剪断之后，由单片机U1进行报警；热释红外探测器安装在变压器防盗报警装置内，当报警监测单元在非正常状态下有人员靠近时，由单片机U1进行报警。
在图11所示的波形转换单元电路中，接线端子J4的1脚~4脚分别引入交流电的A相、B相、C相三相火线以及零线N，A相、B相、C相三相火线分别串联电阻R38~R40之后分别连接互感器PT1~PT3的一次线圈的一端，零线N同时连接互感器PT1~PT3的一次线圈的另一端。
互感器PT1二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7A的反相输入端，电阻R45以及电容C38一端，电阻R45以及电容C38另一端同时接地。集成运算放大器U7A的同相输入端同时并联电阻R51和电阻R54的一端，电阻R51的另一端接地。集成运算放大器U7A的输出端串联电阻R48之后同时分别并联电阻R54的另一端、电容C41的一端以及单片机U1的16脚，电容C41的另一端接地；
互感器PT2二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7B的反相输入端，电阻R46以及电容C39一端，电阻R46以及电容C39另一端同时接地。集成运算放大器U7B的同相输入端同时并联电阻R52和电阻R35的一端，电阻R52的另一端接地。集成运算放大器U7B的输出端串联电阻R49之后同时分别并联电阻R35的另一端、电容C42的一端以及单片机U1的17脚，电容C42的另一端接地；
互感器PT3二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7C的反相输入端，电阻R47以及电容C40一端，电阻R47以及电容C40另一端同时接地。集成运算放大器U7C的同相输入端同时并联电阻R53和电阻R32的一端，电阻R53的另一端接地。集成运算放大器U7C的输出端串联电阻R50之后同时分别并联电阻R32的另一端、电容C43的一端以及单片机U1的18脚，电容C43的另一端接地。
集成运算放大器U7A~U7C为四运放芯片MCP6004中的任意三个集成运算放大器，通过集成运算放大器U7A~U7C分别将交流电A相、B相、C相三相火线的输出波形由正弦波转换为矩形波，A相、B相、C相三相火线之间原有波形的相位角度差不变，即A相、B相、C相间隔120°。经集成运算放大器U7A~U7C输出端输出的矩形波信号被送至单片机U1内，由单片机U1对交流电A相、B相、C相三相火线的输出波形进行监测。
如图12所示，一种变压器防盗报警监测方法，包括如下步骤：
步骤1001，开始；
单片机初始化之后，开始进行相位监测；
步骤1002，接收并分析交流电A、B、C三相的波形；
步骤1003，第一个下降沿是否为A相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为A相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1004，如果不是，执行步骤1005；
步骤1004，单片机判断A相交流电是否缺相；
单片机根据A相缺相判断规则判断A相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
已知交流电频率为50HZ，即任意一相的周期为20ms，由于在正常情况下，三相交流电的相位差相差120°，对应到时间上即为1/3个周期，如图14所示。因此在正常情况下，相邻两相交流电下降沿的到来时间依次延时1/3个周期，即20/3ms，约为6.67ms，因此在本监测方法中，预设相邻两相的监测时间（与相应两相的相位差一一对应）下限为6ms，监测时间上限为7.5ms，任意一相交流电的周期最小值为17ms。
在对交流电A相进行相位判断时，判断规则为：
（1）如果B相交流电的监测时间大于监测时间下限（6ms）同时小于监测时间上限（7.5ms），B相相位正常。
（2）如果C相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限（12ms），同时小于两倍的监测时间上限（15ms），C相相位正常。
（3）当同时满足：1、C相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、B相交流电监测时间小于监测时间下限同时B相交流电监测时间不等于0，或者B相交流电监测时间大于周期最小值两个条件时，判定A相交流电缺相，同时A、B两相短接，波形如图15所示。
（4）当同时满足：1、B相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、C相交流电监测时间小于监测时间下限同时C相交流电监测时间不等于0，或者C相交流电监测时间大于周期最小值两个条件时，判定A相交流电缺相，同时A、C两相短接，波形如图16所示。
步骤1005，第一个下降沿是否为B相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为B相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1006，如果不是，执行步骤1007；
步骤1006，单片机判断B相交流电是否缺相；
单片机根据B相缺相判断规则判断B相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
在对交流电A相进行相位判断时，判断规则为：
（1）如果C相交流电的监测时间大于监测时间下限（6ms）同时小于监测时间上限（7.5ms），C相相位正常。
（2）如果A相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限（12ms），同时小于两倍的监测时间上限（15ms），A相相位正常。
（3）当同时满足：1、A相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、C相交流电监测时间小于监测时间下限同时C相交流电监测时间不等于0，或者C相监测时间大于周期最小值两个条件时，判定B相交流电缺相，同时B、C两相短接，波形如图17所示。
（4）当同时满足：1、C相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、A相交流电监测时间小于监测时间下限同时A相交流电监测时间不等于0，或者A相监测时间大于周期最小值两个条件时，判定B相交流电缺相，同时A、B两相短接，波形如图18所示。
（5）当同时满足：1、C相监测时间大于监测时间下限的两倍同时C相交流电监测时间小于监测时间上线的两倍；2、A相交流电监测时间大于监测时间下限同时A相交流电监测时间小于监测时间上限两个条件时，缺B、C两相，波形如图19所示。
步骤1007，第一个下降沿是否为C相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为C相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1008，如果不是，执行步骤1009；
步骤1008，单片机判断B相交流电是否缺相；
单片机根据C相缺相判断规则判断C相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
在对交流电C相进行相位判断时，判断规则为：
（1）如果A相交流电的监测时间大于监测时间下限（6ms）同时小于监测时间上限（7.5ms），A相相位正常。
（2）如果B相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限（12ms），同时小于两倍的监测时间上限（15ms），B相相位正常。
（3）当同时满足：1、B相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、A相交流电监测时间小于监测时间下限同时A相交流电监测时间不等于0，或者A相监测时间大于周期最小值两个条件时，判定C相交流电缺相，同时A、C两相短接，波形如图20所示。
（4）当同时满足：1、A相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、B相交流电监测时间小于监测时间下限同时B相交流电监测时间不等于0，或者B相监测时间大于周期最小值两个条件时，判定C相交流电缺相，同时B、C两相短接，波形如图21所示。
（5）当同时满足：1、A相监测时间大于监测时间下限的两倍同时A相交流电监测时间小于监测时间上线的两倍；2、B相交流电监测时间大于监测时间下限同时B相交流电监测时间小于监测时间上限两个条件时，缺B、C两相，波形如图19所示。
步骤1009，A、B、C三相缺相；
单片机判断交流电A、B、C三相缺相；
步骤1010，缺相处理；
单片机按照缺相处理流程对缺相情况进行进一步判断和处理。
如图13所示，变压器防盗报警方法的缺相处理流程，包括如下步骤：
步骤2001，开始；
单片机开始进行缺相处理流程；
步骤2002，交流电任意一相是否有电；
单片机判断交流电A、B、C三相其中任意一项是否有电，如果其中一相或多相有电，执行步骤2003，否则执行步骤2006；
步骤2003，计数器计时；
单片机内的有电状态计时器对该相有电状态进行计时，如果计时4秒后仍为有电状态，则确认本相的有电状态；
步骤2004，前一状态是否为断电状态；
单片机判断该相的前一状态是否为断电状态，如果前一状态是断电状态，执行步骤2005，否则，返回步骤2002；
步骤2005，恢复供电；
表示该相已由断电状态恢复为供电状态；
步骤2006，计数器计时；
单片机内的断电计时器对该相断电状态进行计时，如果计时4秒后仍为断电状态，则确认本相的断电状态；
步骤2007，前一状态是否为有电状态；
单片机判断该相的前一状态是否为有电状态，如果前一状态是有电状态，执行步骤2008，否则，执行步骤2009；
步骤2008，另外两相断电时间是否大于本相1.5s；
单片机判断另外两相交流电的断电时间是否大于本相断电时间1.5s，如果大于本相断电时间1.5s，执行步骤2010，如果未大于本相断电时间1.5s，执行步骤2009；
步骤2009，停电；
单片机确认此事交流电为断电状态；
步骤2010，变压器被盗；
单片机判断此时为变压器被盗状态，通过GSM通讯模块进行报警。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种变压器防盗报警装置，包括外壳以及固定在外壳内的控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括中央处理单元、波形转换单元以及GSM通讯单元，变压器的A、B、C三相火线以及零线N接入波形转换单元的输入端，波形转换单元的信号输入端连接中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输入输出端口与GSM通讯单元的输入输出端口互连。
2.根据权利要求1所述的变压器防盗报警装置，其特征在于：还设置有与所述的中央处理单元信号输入端相连的看门狗存储单元、报警监测单元以及为所述控制电路进行供电的供电单元；所述的中央处理单元采用型号为STM32F103C8T6的单片机U1；
所述的供电单元包括电源转换供电电路和蓄电池供电电路，以及对蓄电池供电电路内蓄电池进行控制的蓄电池充放电管理单元。
3.根据权利要求1所述的变压器防盗报警装置，其特征在于：所述的波形转换单元包括型号为MCP6004的四运放芯片，交流电A相、B相、C相三相火线分别串联电阻R38~R40之后分别连接互感器PT1~PT3的一次线圈的一端，零线N同时连接互感器PT1~PT3的一次线圈的另一端；
互感器PT1二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7A的反相输入端，电阻R45以及电容C38一端，电阻R45以及电容C38另一端同时接地；集成运算放大器U7A的同相输入端同时并联电阻R51和电阻R54的一端，电阻R51的另一端接地；集成运算放大器U7A的输出端串联电阻R48之后同时分别并联电阻R54的另一端、电容C41的一端以及所述中央处理单元的16脚，电容C41的另一端接地；
互感器PT2二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7B的反相输入端，电阻R46以及电容C39一端，电阻R46以及电容C39另一端同时接地；集成运算放大器U7B的同相输入端同时并联电阻R52和电阻R35的一端，电阻R52的另一端接地；集成运算放大器U7B的输出端串联电阻R49之后同时分别并联电阻R35的另一端、电容C42的一端以及所述中央处理单元的17脚，电容C42的另一端接地；
互感器PT3二次线圈的一端同时并联集成运算放大器U7C的反相输入端，电阻R47以及电容C40一端，电阻R47以及电容C40另一端同时接地；集成运算放大器U7C的同相输入端同时并联电阻R53和电阻R32的一端，电阻R53的另一端接地；集成运算放大器U7C的输出端串联电阻R50之后同时分别并联电阻R32的另一端、电容C43的一端以及所述中央处理单元的18脚，电容C43的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的变压器防盗报警装置，其特征在于：所述的GSM通讯单元包括型号为MG323-B的集成芯片U3以及内部装有SIM卡的SIM卡模块U2；
集成芯片U3的21脚和22脚同时连接直流电源VDD和电容C13的正极，电容C13的负极接地，集成芯片U3的28脚同时并联电阻R22~R23的一端，电阻R22的另一端连接上述中央处理单元的21脚，电阻R23的另一端接地；集成芯片U3的29脚串联电阻R24后连接中央处理单元的22脚，集成芯片U3的55脚~58脚分别于SIM卡模块U2的3脚、7脚、2脚和1脚，集成芯片U3的58脚同时并联电容C20接地，集成芯片U3的67脚串联电容C22接地，68脚同时并联电容C21的一端以及三极管Q6的发射极，电容C21的另一端以及三极管Q6的集电极接地，三极管Q6的基极串联电阻R25后并联中央处理单元的25脚，同时并联电阻R27接地；SIM卡模块U2的1脚~3脚、7脚分别串联电容C14~C17接地，6脚同时通过电容C14接地，5脚直接接地。
5.根据权利要求2所述的变压器防盗报警装置，其特征在于：所述的蓄电池充放电管理单元包括蓄电池的充电管理电路和放电管理电路；
所述的充电管理电路包括场效应管Q2和三极管Q3，直流电源POW同时并联二极管D1、二极管D3的阳极和电阻R3的一端，二极管D3的阴极并联场效应管Q2的栅极，电阻R3的另一端并联场效应管Q2的门极，场效应管Q2的源极串联电阻R8之后并联至接线端子J3的2脚1场效应管Q2的门极同时并联电阻R5的一端，场效应管R5的另一端连接至三极管Q3的集电极1单片机U1的27脚同时并联电阻R9和电阻R6的一端，电阻R9的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R6的另一端、三极管Q3的发射极以及接线端子J3的1脚接地1接线端子J3接入蓄电池；
所述的放电管理电路包括场效应管Q1和三极管Q4，单片机U1的26脚串联电容C25之后同时并联二极管D4的阳极和二极管D5的阴极，二极管D4的阴极和二极管D5的阳极之间并联有电容C5，二极管D4的阴极同时并联电阻R33后连接三极管Q4的基极，二极管D5的阳极与三极管Q4的发射极接地1三极管Q4的集电极同时并联电阻R4和电阻R7的一端，电阻R4和电阻R7的另一端同时并联场效应管Q1的门极和栅极，场效应管Q1的源极串联二极管D2之后同时并联二极管D1的阴极和直流电源VS，直流电源VS与接地端之间同时并联有电容C23~C241场效应管Q1的栅极同时并联接线端子J3的2脚1；接线端子J3的2脚和1脚分别连接蓄电池的正极和负极。
6.根据权利要求2所述的变压器防盗报警装置，其特征在于：所述的报警监测单元包括：接入所述控制电路中的水银开关、防撬动传感器、防打开传感器以及热释红外探测器，其中水银开关、防撬动传感器与变压器相固定；
防打开传感器为设置在外壳开合处、防止外壳被打开的一条导线；热释红外探测器安装在变压器防盗报警装置内。
7.一种利用权利要求1~6任一项所述的变压器防盗报警装置的防盗报警监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1001，开始；
单片机初始化之后，开始进行相位监测；
步骤1002，接收并分析交流电A、B、C三相的波形；
步骤1003，第一个下降沿是否为A相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为A相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1004，如果不是，执行步骤1005；
步骤1004，单片机判断A相交流电是否缺相；
单片机根据A相缺相判断规则判断A相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
步骤1005，第一个下降沿是否为B相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为B相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1006，如果不是，执行步骤1007；
步骤1006，单片机判断B相交流电是否缺相；
单片机根据B相缺相判断规则判断B相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
步骤1007，第一个下降沿是否为C相下降沿；
单片机判断监测到的第一个下降沿信号是否为C相交流电的下降沿，如果是，执行步骤1008，如果不是，执行步骤1009；
步骤1008，单片机判断B相交流电是否缺相；
单片机根据C相缺相判断规则判断C相交流电是否缺相，如果缺相，执行步骤1010，如果不缺相，返回步骤1002；
步骤1009，A、B、C三相缺相；
单片机判断交流电A、B、C三相缺相；
步骤1010，缺相处理；
单片机按照缺相处理流程对缺相情况进行缺相判断和处理。
8.根据权利要求7所述的变压器防盗报警监测方法，其特征在于：步骤1004中所述的A相判断规则为：
a，B相交流电的监测时间大于监测时间下限同时小于监测时间上限，B相相位正常；
b，C相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限，同时小于两倍的监测时间上限，C相相位正常；
c，当同时满足1、C相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、B相交流电监测时间小于监测时间下限同时B相交流电监测时间不等于0，或者B相交流电监测时间大于周期最小值两个条件时，A相交流电缺相，且A、B两相短接；
d，当同时满足1、B相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、C相交流电监测时间小于监测时间下限同时C相交流电监测时间不等于0，或者C相交流电监测时间大于周期最小值两个条件时，A相交流电缺相，且A、C短接；
步骤1006中所述的B相判断规则为：
a，C相交流电的监测时间大于监测时间下限同时小于监测时间上限，C相相位正常；
b，如果A相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限，同时小于两倍的监测时间上限，A相相位正常；
c，当同时满足1、A相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、C相交流电监测时间小于监测时间下限同时C相交流电监测时间不等于0，或者C相监测时间大于周期最小值两个条件时， B相交流电缺相，且B、C两相短接；
d，当同时满足1、C相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、A相交流电监测时间小于监测时间下限同时A相交流电监测时间不等于0，或者A相监测时间大于周期最小值两个条件时，B相交流电缺相，且A、B两相短接；
e，当同时满足1、C相监测时间大于监测时间下限的两倍同时C相交流电监测时间小于监测时间上线的两倍；2、A相交流电监测时间大于监测时间下限同时A相交流电监测时间小于监测时间上限两个条件时，缺B、C两相；
步骤1008中所述的C相缺相判断规则为：
a，如果A相交流电的监测时间大于监测时间下限同时小于监测时间上限，A相相位正常；
b，如果B相交流电的监测时间大于两倍的监测时间下限，同时小于两倍的监测时间上限，B相相位正常；
c，当同时满足1、B相交流电的监测时间大于监测时间下限，同时小于监测时间上限；2、A相交流电监测时间小于监测时间下限同时A相交流电监测时间不等于0，或者A相监测时间大于周期最小值两个条件时，C相交流电缺相，且A、C两相短接；
d，当同时满足1、A相交流电的监测时间大于监测时间下限的两倍，同时小于监测时间上限的两倍；2、B相交流电监测时间小于监测时间下限同时B相交流电监测时间不等于0，或者B相监测时间大于周期最小值两个条件时，C相交流电缺相，且B、C两相短接；
e，当同时满足1、A相监测时间大于监测时间下限的两倍同时A相交流电监测时间小于监测时间上线的两倍；2、B相交流电监测时间大于监测时间下限同时B相交流电监测时间小于监测时间上限两个条件时，缺B、C两相。
9.根据权利要求7所述的变压器防盗报警监测方法，其特征在于：步骤1010中所述的缺相处理流程，包括如下步骤：
步骤2001，开始；
单片机开始进行缺相处理流程；
步骤2002，交流电任意一相是否有电；
单片机判断交流电A、B、C三相其中任意一项是否有电，如果其中一相或多相有电，执行步骤2003，否则执行步骤2006；
步骤2003，计数器计时；
单片机内的有电状态计时器对该相有电状态进行计时，如果计时4秒后仍为有电状态，则确认本相的有电状态；
步骤2004，前一状态是否为断电状态；
单片机判断该相的前一状态是否为断电状态，如果前一状态是断电状态，执行步骤2005，否则，返回步骤2002；
步骤2005，恢复供电；
表示该相已由断电状态恢复为供电状态；
步骤2006，计数器计时；
单片机内的断电计时器对该相断电状态进行计时，如果计时4秒后仍为断电状态，则确认本相的断电状态；
步骤2007，前一状态是否为有电状态；
单片机判断该相的前一状态是否为有电状态，如果前一状态是有电状态，执行步骤2008，否则，执行步骤2009；
步骤2008，另外两相断电时间是否大于本相1.5s；
单片机判断另外两相交流电的断电时间是否大于本相断电时间1.5s，如果大于本相断电时间1.5s，执行步骤2010，如果未大于本相断电时间1.5s，执行步骤2009；
步骤2009，停电；
单片机确认此事交流电为断电状态；
步骤2010，变压器被盗；
单片机判断此时为变压器被盗状态，通过GSM通讯模块进行报警。
10.根据权利要求8所述的变压器防盗报警监测方法，其特征在于：所述的监测时间下限、上限以及周期最小值依次为6ms、7.5ms、17ms。
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