CN105137239A - 一种基于智能家居的电异常探测设备 - Google Patents

Abstract

一种基于智能家居的电异常探测设备，本发明涉及智能家居安防领域，其旨在解决现有智能家居安防设备不能检测智能家居线路中异常电源，不能区分恶意入侵断电与大规模区域断电，不能较好地实时监控智能家居内部的用电情况且不能较好地区分智能家居内部电故障和外部破坏等技术问题。该结构特征包括用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；中控预警模块还连接有探测模块。本发明用于智能家居系统电异常预警。

Description

一种基于智能家居的电异常探测设备

技术领域

本发明涉及智能家居安防领域，具体涉及一种基于智能家居的电异常探测设备。

背景技术

随着科技的不断进步和生活水平的逐渐提高，各式各样的智能家居设备进入了人们的生活。然而，恶意入侵设备也随之越来越具有隐藏性，甚至不用切断电源的情况下，进行破坏性入侵。现有智能家居设备，一般都以市电的电参数为设计标准，几乎无法应对电源端出现的突发情况或其他蓄意破坏行为：断电、电源频率或幅值受外界恶意干扰；即，智能家居设备出现断电、电源频率或幅值受外界恶意干扰情况时，立即就故障或失灵。特别地，智能家居安防设备或门禁设施，处理电源事件不智能；具有断电保护报警装置的智能家居安防设备或门禁设施，不能区分非恶意电源事件，容易误报警，造成不必要的损失；多数安防设备或门禁设施，安装有断电自锁隔离装置，这在火灾和地震等灾害发生时，不利于住户逃生；现有断电预警装置，不能够检测由恶意干扰电源频率或幅值造成智能家居设备失灵或故障的事件，即对智能家居设备工作频率和功率进行干扰，使其失灵或处于非正常工作状态，并且，该入侵方式并不会触发备用电源（断电触发制），设备将持续受到“坏”电源的驱动，导致长时间处于异常工作状态而损坏或故障失灵。

此外，现有恶意入侵行为，一般地，针对一条街区中单户实施地盗窃或破坏；具体地，针对智能家居安防设备或门禁设施的电源或电路线进行破坏。

发明内容

针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于智能家居的电异常探测设备，其旨在解决现有智能家居安防设备不能检测智能家居线路中异常电源，不能区分恶意入侵断电与大规模区域断电，不能较好地实时监控智能家居内部的用电情况且不能较好地区分智能家居内部电故障和外部破坏等技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于智能家居的电异常探测设备，包括用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；中控预警模块还连接有温度探测器和/或烟雾探测器；所述的温度探测器，采用差定温式；所述的烟雾探测器，采用红外感烟式。

上述方案中，所述的市电，包括本户市电和相邻街区市电。创造性地，接入了相邻街区市电，绕过了本户市电输入总线，同时将本户市电和相邻街区市电接入中控预警模块，实时对比了两类型市电的有效值变化；显著地并实质地，区分了区域性电异常与单户遭受恶意入侵，提升了恶意入侵行为的识别精度，降低了入侵误报率。

上述方案中，优选地，所述的相邻街区市电，包括多条相邻街区市电，通过独立隐藏线路，连接中控预警模块。显著地并实质地，增加了隐藏性，大幅降低了中控预警装置受到电入侵时失灵或故障的可能性。

上述方案中，优选地，所述的中控预警模块，通过变压器接收市电。提供了降压、隔离和保护。

上述方案中，优选地，所述的中控预警模块预设电异常值偏离范围为±30%，维持时间为1分钟。

上述方案中，所述的中控预警模块根据智能家居系统用电消耗的稳定性预设电异常偏离范围。智能家居系统用电消耗功率越稳定，电异常值偏离范围越窄，判别电异常事件的精度越高。

上述方案中，所述的中控预警模块，包括模/数转换器：接收市电，并输出带有市电有效值特征的数字信号；处理器：接收模/数转换器的数字信号。实时地提供了有效值检验。

上述方案中，所述的模/数转换器，通过连接降压保护器的方式接收市电。提供了降压、隔离和保护。

上述方案中，所述的过零检测单元，包括第一过零检测单元和第二过零检测单元。实时地提供了频率检测。

上述方案中，优选地，所述的过零检测单元，包括依次连接的数字隔离器，整流桥电路和电压比较电路。数字隔离器实现了稳定、可靠的隔离保护，并且滤出随机噪声干扰。

上述方案中，所述的判别模块，包括异或门：接收检测信号；连接异或门的反相器：与异或门构成同或门；积分器：连接同或门的输出端；连接积分器的振荡器：输出60赫兹谐振脉冲。在本户市电出现电异常时，实现了电异常事件判别；提供了电压增强，保证了预警装置进行应急操作。

上述方案中，优选地，所述的处理器，包括相互匹配的现场编程门阵列和数字处理器。结构灵活，有较强的通用性，适合于模块化设计，从而能够提高匹配算法效率；同时其开发周期较短，容易维护和扩展，适合实时信号处理。

上述方案中，所述的探测模块，包括脉冲发生器：接收中控预警模块的基准时钟和/或发出扫描时钟至中控预警模块；哨岗电路：接收脉冲发生器的模式序列和/或发出反馈序列至脉冲发生器。基准时钟提供具有标准占空系数的载波；通过验证扫描时钟的占空系数判断探测模块是否存在异常；模式序列提供逻辑电路工作模式，发出的反馈序列具有哨岗电路的工作状态信息；探测节点接入温度传感器，烟雾传感器，智能插座和智能家居设备，实时验证输入电波形的占空系数，获得智能家居内部器件或设备的工作状态，。

上述方案中，优选地，所述的哨岗电路，包括接收中控预警模块基准时钟的逻辑电路：其中包括与非门和连接与非门输出端的级联反相器；探测节点：连接逻辑电路。在逻辑电路末端的反相器，其输出端还连接与非门的输入端，以验证逻辑电路的完整性；逻辑电路通过开关连接探测节点，故障发生时，提供短路保护；逻辑电路各个级联级使具有标准占空系数的输入电波形获得延迟以及反相，每级探测节点获得的输入电波形将会具有延迟和反相，中控预警模块能够进行区分。

与现有技术相比，本发明是非常规的，却产生了令人意想不到的突破性有益效果：不论是发生恶意电入侵，还是发生智能家居系统电路故障，都能够提供应急操作；能够区分单户断电和大规模区域断电；能够实时地进行市电频率和有效值检测，判断是否有恶意破坏行为和智能家居系统电路故障；实时监控智能家居内部的用电情况；区分智能家居内部电故障和外部破坏；具有反馈式控制，提供极高的人性化体验；结构灵活且通用性极高。

附图说明

图1为本发明的模块示意图；

图2为本发明的具体实施例示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的模块示意图，一种基于智能家居的电异常探测设备，包括用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；中控预警模块还连接有温度探测器和/或烟雾探测器。

实施例1

图2为本发明的具体实施例示意图，所述的市电，包括本户市电和相邻街区市电。所述的相邻街区市电，包括多条相邻街区市电，通过独立隐藏线路，连接中控预警模块。所述的中控预警模块，通过第一变压器T1、第二变压器T2分别接收本户市电和相邻街区市电。所述的中控预警模块预设电异常值偏离范围为±30%，维持时间为1分钟。所述的中控预警模块根据智能家居系统用电消耗的稳定性预设电异常偏离范围。所述的中控预警模块，包括模/数转换器：接收市电，并输出带有市电有效值特征的数字信号；处理器：接收模/数转换器的数字信号。所述的模/数转换器，通过连接降压保护器的方式接收市电，降压保护器采用分压电阻。

所述的过零检测单元，包括第一过零检测单元和第二过零检测单元。所述的过零检测单元，包括依次连接的数字隔离器，整流桥电路和电压比较电路。数字隔离器选用直接电容式，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C7和第四电容C8。

所述的判别模块，包括异或门U1A：接收检测信号；连接异或门U1A的第一反相器U2A：与异或门U1A构成同或门；积分器：连接同或门的输出端；连接积分器的振荡器OSC：输出60赫兹谐振脉冲。所述的中控预警模块，还连接有带有电异常触发制功能的应急电源，通信节点和/或反馈节点。所述的处理器，包括相互匹配的现场编程门阵列FPGA和数字处理器DSP。

实施例2

所述的过零检测单元，包括接收市电的第一数字隔离器:第一电容C1和第二电容C2;接收第一数字隔离器输出的整流桥：包括四个二极管D1、D2、D3和D4；电压比较电路：将整流桥的输出与分压电阻电压作比较，完成过零检测；电压比较电路还连接一个阈值电压开关D5。

实施例3

所述的判别模块，其中的积分器，包括并联的第五电容C4和电阻R6。积分器的时间常数需要大于市电二分之一的占空系数，并小于市电的占空系数，以至于在两个过零检测单元出现不一致的脉冲时，能够发出“喘息”电脉冲，振荡器OSC接收到“喘息”脉冲时，将不足以继续发出60赫兹脉冲，现场编程门阵列FPGA的计数环路受到破坏，触发电异常事件。

实施例4

所述的哨岗电路，与非门U1B接收基准时钟，其输出端连接第二反相器U2B，与第二反相器U2B级联的第三反相器U3B，并以此类推；在末端的第N反相器输出端连接至与非门U1B的输入端；与非门U1B输出端连接第一开关S1B且每一级的反相器输出端连接开关，如第二反相器U2B的输出端连接第二开关S2B。

实施例5

本发明装置识别深度隐藏的电入侵。在智能家居负载电源接入前端，受到恶意电干扰；恶意电干扰为频率大幅扰动，破坏市电占空系数，进一步使智能家居设备处于非正常工作状态，长时间的非正常工作即可使其故障或失灵，这对门禁与智能安防设备是致命的；而中控预警模块检测的市电电压幅值不会发生异常，但在第一过零检测单元处，会输出随扰动频率变化的过零信号，在异或门U1A处，输出间断的高电平，反相器U2A将输出间断的低电平，积分器发出“喘息”脉冲，振荡器OSC输出低于60赫兹的脉冲，现场编程门阵列FPGA计数环受到破坏，进一步通知数字处理器DSP，数字处理器DSP根据现场编程门阵列FPGA计数环是否受到随机多次破坏（单次破坏后无电输出，判定为无意断电或智能家居线路故障，但也会激活反馈节点通知用户），如果是，将判定为恶意入侵，同时激活通信节点和反馈节点，实现报警并通知用户。

实施例6

所述的中控预警模块，其中现场编程门阵列FPGA计数环受到破坏，并且同时收到温度探测器和/或烟雾探测器的探测信号时，判定此时为灾害模式；激活反馈节点通知用户，并激活通信节点，发出求救信号。

实施例7

所述的处理器适用于以下MCU、DSP、CPU或者GPU、APU的RISC架构、ARM或x86架构、量子或光子CPU技术选择。技术的进步只是选用标准的参考；但是出于改劣发明,或者成本考量,仅仅从实用性的技术方案选择。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于智能家居的电异常探测设备，其特征在于，包括

用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；

用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；

判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；

中控预警模块还连接有探测模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能家居的电异常探测设备，其特征在于，所述的市电，包括本户市电和相邻街区市电。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能家居的电异常探测设备，其特征在于，所述的中控预警模块，包括

模/数转换器：接收市电，并输出带有市电有效值特征的数字信号；

处理器：接收模/数转换器的数字信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于智能家居的电异常探测设备，其特征在于，所述的模/数转换器，通过连接降压保护器的方式接收市电。

5.根据权利要求1所述的一种基于智能家居的电异常探测设备，其特征在于，所述的过零检测单元，包括第一过零检测单元和第二过零检测单元。

6.根据权利要求1所述的一种基于智能家居的电异常探测设备，其特征在于，所述的探测模块，包括

脉冲发生器：接收中控预警模块的基准时钟和/或发出扫描时钟至中控预警模块；

哨岗电路：接收脉冲发生器的模式序列和/或发出反馈序列至脉冲发生器。

7.根据权利要求1所述的一种基于智能家居的电异常探测设备，其特征在于，所述的哨岗电路，包括

接收中控预警模块基准时钟的逻辑电路：其中包括级联的与非门和反相器；

探测节点：连接逻辑电路。