CN1269322C - 分时控制式商品防窃检测系统 - Google Patents

Abstract

一种分时控制式商品防窃检测系统，包括：直流电源、发射器和接收器；其特征在于：直流电源内设有一时间基准信号发生器；发射器内设有：由单片机集成电路、四级低通滤波器构成的分时信号产生电路和由预放大电路、宽带放大器和模拟开关集成电路构成的宽带放大与分时调制电路；接收器内设有：由波形变换电路和调整电路构成的分时采样中断脉冲产生电路，由集成电路、排阻元件和晶振元件构成的DSP处理系统。本分时控制式商品防窃检测系统的分时模式大大增加了系统容量，并简化了有线同步的实施；系统检测性能得到了提高，误报警率下降。在系统网络容量为400台的情况下，检测距离软标签达到1.2米，硬标签达到1.6米。

Description

分时控制式商品防窃检测系统

技术领域

本发明涉及的是商品防窃检测系统，尤其是一种分时控制式商品防窃检测系统。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国超市获得了迅猛的发展并成为零售商业的主导形式，各种自选超市以其特有的开架销售方式为顾客所喜爱。但另一方面，开架式自主购物也带来了经营管理上的难度，尤其是商品失窃现象剧增，它直接导致了商场的经济效益降低，并引发了诸多社会问题。现有商品防窃检测装置就是针对超市经营管理中所出现的商品失窃现象而发展起来的一种高科技电子防盗设备。

现有商品防窃检测装置能够对通过检测区内的标签物体实现自动检测并对失窃商品发出报警。它一改过去人工监视型的被动防盗模式，不仅使失窃率明显下降，而且营造了良好的购物环境。商品防窃检测装置的巨大威慑作用，对偷窃行为起到了积极预防的效果，产生了明显的经济效益和社会效益。

商品防窃检测装置按照其检测原理可分为若干种，如射频、磁饱和、超声、微波等等，其中射频商品防窃检测装置以优越的性能价格比，高检测率和低误报率而得到了广泛的应用。但传统的射频商品防窃检测装置也有其自身的不足。例如射频商品防窃检测装置间的互相干扰便是困扰商家的难题之一。轻微的互相干扰会使射频商品防窃检测装置产生误报警，而严重的互相干扰会使射频商品防窃检测装置无法工作，因此在使用多台(数十台或数百台)射频商品防窃检测装置的商贸环境，用户迫切希望解决射频商品防窃检测装置间的互相干扰问题。

商品防窃检测装置问互相干扰的产生源于射频商品防窃检测装置的检测机理。传统的射频商品防窃检测装置通常由一支发射天线和一支接收天线构成，其工作原理为：发射天线发出连续的扫频信号。当某时刻电磁波频率与检测标签的固有谐振频率相同时(检测标签是一个高Q值的LC回路)，标签对电磁波产生能量吸收并引起空间电磁场的变化。电磁场的变化信号(即标签信号)被接收天线接收，经过高频放大、带通滤波、幅度检波、FM检波、微分放大、A/D转换等一系列信号处理电路处理后，成为反映标签特性的数字信息，被送往微处理器。微处理器采用数字滤波、相关分析、特征识别等一系列特定的运算后，对标签的存在给出报警。当多台独立的射频商品防窃检测装置在某区域同时工作时，根据电磁场的迭加原理，一台发射天线发出的电磁波与另一台发射天线发出的电磁波在空间产生迭加。由于高频电磁波间没有位相关系，这些迭加有时造成加强，有时造成减弱。分析表明，迭加信号的特征本质上与标签信号相同。由于天线发射的电磁场比谐振时标签的电磁场要强的多(2至3个数量级)，因此天线的互相干扰空间范围比际签的检测区域要大的多，有时影响距离达数十或上百米不等。由此可见，商品防窃检测装置间的互相干扰极大地限制了其大量使用。

解决商品防窃检测装置问互相干扰的一种方法是在发射天线间铺设同步线，使所有的发射天线实现同步发射，这就是有线同步方式。商品防窃检测装置在有线同步方式工作时，每一门道检测点仍由发射天线和接收天线组成，但要将其中一台发射天线指定为主发射(MASTER)，而将其余的发射天线指定为副发射(SLAVE)。主发射天线的电路不仅要把经过功率放大后的扫频信号送往主天线架，还要通过耦合电路和同步电缆送给各副发射电路，副发射电路将信号功率放大后再送给副发射天线架。有线同步方式使邻近的多台商品防窃检测装置同时使用成为可能。

但是，实际使用发现，商品防窃检测装置有线同步方式仍然存在一些不足之处：1)大量同步线的铺设给现场施工带来了困难，增加了成本。2)同步线的布设对系统的抗干扰效果有较大影响。由于商场电磁环境千差万别，理论上的最佳布线是难以预计的。3)同步线会带来各种干扰信号，某些场合甚至会成为一种干扰源，当需要同步的检测点距离较远时或连接台数较多时，抑制射频商品防窃检测装置间互相干扰的效果不好。4)当多个邻近的商家同时使用射频商品防窃检测装置时，由于只能指定一家的天线为主发射，需要商家协调使用，而商业利益的不一致常导致协调工作不顺利。

发明内容

本发明的目的是针对上述为商品防窃检测装置存在的不足，提供一种分时控制式商品防窃检测系统。

本发明分时控制式商品防窃检测系统，包括：通过信道连接的发射器和接收器，以及向发射器和接收器供电的直流电源，发射器包括：扫频信号发生器和功率放大输出电路；接收器包括：高频接收与标签波形产生电路，扫频信号解调电路，A/D转换电路和声光报警电路；其特征在于：

一、直流电源内设有时间基准信号发生器；

二、在发射器的扫频信号发生器信号接收端设有由单片机集成电路和连接在其方波输出端的四级级联的低通滤波器构成的分时信号产生电路，在发射器的扫频信号发生器的输出端与功率放大输出电路的输入端之间设有由预放大电路、宽带放大器和模拟开关集成电路级联构成的宽带放大与分时调制电路，模拟开关集成电路的控制端经一放大电路与分时信号产生电路的单片机集成电路的另一方波输出端相连；

三、在接收器的扫频信号解调电路输出端与A/D转换电路的输入端之间设有由波形变换电路和调整电路级联构成的分时采样中断脉冲产生电路，在接收器的A/D转换电路输出端与声光报警电路的输入端之间设有由集成电路及其外围的排阻元件和晶振元件构成的DSP处理系统。

所述时间基准信号发生器由副边设有第一电位器提供感应信号的电源变压器和NE555时基集成电路级联构成，其基准电压由连接在电源变压器副边的第二电阻、第三电阻提供，还设有外围元件第一电阻、第一二极管、第二二极管和电容。

所述分时信号产生电路的四级低通滤波器是由第一四运算放大器、第二四运算放大器、第三四运算放大器及第四四运算放大器级联组成的8阶切比雪夫低通滤波器。

所述宽带放大与分时调制电路的预放大电路由包括输出第三电位器、耦合第十七电阻、耦合第十七电容的第一三极管组成，宽带放大器和模拟开关集成电路由包括输入第十八电阻和输入第十九电阻的宽带放大集成电路组成。

所述分时采样中断脉冲产生电路的波形变换电路由包括提供基准电压的第三十二电阻、第三十三电阻的集成电路组成；分时采样中断脉冲产生电路的调整电路由包括提供中断电压的可变电阻、第四十电容和提供直流电压的第三十四电阻的集成电路CD4538组成。

所述构成DSP处理系统的集成电路为DSP芯片TMS320f206。

本发明分时控制式商品防窃检测系统的设计原理是：1)采用分时和有线同步相结合之模式，将整个网络划分成若干组，每一组以分时方式间歇地工作，组与组之间无干扰。同一组的检测天线间采用有线同步技术。分时模式大大增加了系统容量，并简化了有线同步的实施。2)分时时序的参考信号取自交流电源，不需要铺设分时同步线，给实际应用带来很大方便。3)为了保证系统的检测灵敏度和检测速度不受分时的影响，检测器提高了调制频率和采样频率，采用了专用数字信号处理(DSP)芯片作为微处理器以提高处理速度，使系统检测性能得到了提高，误报警率下降。在系统网络容量为400台的情况下，检测距离软标签达到1.2米，硬标签达到1.6米。

本发明的分时控制式商品防窃检测系统具体结构由以下附图和实施例详细给出。

附图说明

图1是分时控制式商品防窃检测系统的时间基准信号发生器电路图；

图2是分时控制式商品防窃检测系统发射器电路方框图；

图3是分时控制式商品防窃检测系统接收器电路方框图；

图4是图2所示发射器的电原理图；

图5是图3所示接收器的电原理图；

图6是分时控制式商品防窃检测系统组网结构示意图。

具体实施方式

分时控制式商品防窃检测系统包括：设有时间基准信号发生器0的直流电源(见图1)，由分时信号产生电路1、扫频信号发生器2、宽带放大与分时调制电路3和功率放大输出电路4构成的发射器(见图2)，由高频接收与标签波形产生电路5、扫频信号解调电路6、分时采样中断脉冲产生电路7、A/D转换电路8、DSP处理系统9和声光报警电路10构成的接收器(见图3)。

从图1可以清楚地看到，时间基准信号发生器0由电源变压器T1、NE555时基集成电路U1、第一电位器VR1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，第一二极管D1、第二二极管D2和第一电容C1组成，其工作原理为：由电源变压器T1从220V市电中取出感应信号，经第一电位器VR1幅度调整后送往NE555时基集成电路U1的2脚，NE555时基集成电路U1构成施密特触发器电路将交流信号变为同频矩形波从3脚输出，该信号即为时间基准信号A1，它直接送往NE555时基集成电路U1的6脚。第二电阻R2和第三电阻R3为电路提供基准电压。

从图4可以清楚地看到，发射器的分时信号产生电路1由单片机集成电路U2和四级低通滤波器构成，所述单片机集成电路U2为AT89C2051，所述四级低通滤波器由第一四运算放大器U3A、第二四运算放大器U3B、第三四运算放大器U3C、第四四运算放大器U3D(TL084)，晶振X1，第二电位器VR2，开关SW1以及第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13，第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15等元件组成。由于电路对1kHz正弦信号的稳定度和一致性有较高的要求，因此首先使用单片机集成电路U2产生1kHz的方波。在单片机集成电路U2中，可以使信号的精确度和稳定度达到10^-6，1kHz频率和50Hz频率在位相上，虽然不能严格同步，但由于这两种时序都是由单片机集成电路U2产生的，位相上也存在准同步关系，即后者的周期是前者的整数倍。在正常情况下，20ms的间歇周期被分成四份，每一种占时方式包含了5个调制周期，当两个频率当中有一个发生漂移时，虽偶尔出现包含6个或4个的情况，仍然能够满足采样的要求。由时间基准信号发生器0产生的时间基准信号A1送至分时信号产生电路1中的单片机集成电路U2，单片机集成电路U2通过检测开关SW1的选择工作状态后，产生一矩形波信号A2(此即为分时信号)和一个1kHz的方波信号，后者经由第五电容C5和第一四运算放大器U3A等元件组成2阶低通滤波器后，通过第七电阻R7、第八电容C8和第二四运算放大器U3B等元件组成的4阶低通滤波器。低通信号再经由第九电阻R9、第十电容C10和第三四运算放大器U3C等元件组成6阶低通滤波，最后经由第十一电阻R11、第十二电容C12及第四运算放大器U3D等元件组成8阶切比雪夫低通滤波器后，成为1kHz正弦波调制信号A3。

分时信号产生电路1输出的1kHz正弦波调制信号A3进入扫频信号发生器2，正弦波调制信号A3经由第十六电阻R16加到由压控振荡集成电路U4及其10和12脚外接谐振电感L1和变容二极管D3、第十四电容C14和第十五电容C15所组成的振荡器产生一扫频信号A4。在电路中，若变容二极管D3的负极加入1k等效电容为C，则电路产生的振荡信号频率是 $f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}},$ 若在变容二极管D3的负极加入1kHz的正弦波信号，随着正弦波幅度的变化，变容二极管D3的等效电容也随之改变，振荡信号频率就相应的发生改变。该扫频信号A4从压控振荡集成电路U4的14脚输出。

宽带放大与分时调制电路3采用了由宽带放大集成电路U5A，模拟开关集成电路U6，第一三极管Q1、第二三极管Q2，第三电位器VR3及第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十五电阻R25、第二十一电阻R21，第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18等元件组成。所述宽带放大集成电路U5A为UA733，模拟开关集成电路U6为CD4052。由扫频信号发生器2生成的扫频信号A4经由第十六电容C16加入到第一三极管Q1进行预放大，预放大后的信号经由第三电位器VR3、第十七电阻R17、第十七电容C17送往由宽带放大集成电路U5A、第十八电阻R18和第十九电阻R19所组成的宽带放大器进行放大后从宽带放大集成电路U5A的7脚输出，并加在模拟开关集成电路U6的输入端YO，随着加在模拟开关集成电路U6第10脚控制信号的变化，模拟开关集成电路U6从第3脚输出间歇振荡扫频信号A5。加在模拟开关集成电路U6第10脚的控制信号由分时信号产生电路1传送过来的矩形波信号A2通过第二十电阻R20、第二十一电阻R21和第二三极管Q2驱动放大后得到，模拟开关集成电路U6的Yi端外接第十八电容C18接地，使间歇振荡扫频信号A5更干净。

功率放大输出电路4由第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5，第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26，第十九电容C19、第二十电容C20，第三电感L3和第四二极管D4、第五二极管D5等元件构成。间歇振荡扫频信号A5经由第二十二电阻R22、第十九电容C19加入到预功放电路的第五三极管Q5上进行预放大，预放大后的信号再经由第三三极管Q3、第四三极管Q4，第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26，第二十七电阻R27所组成的放大电路进行信号的再放大，放大后的信号经由第三电感L3、第二十电容C20匹配后驱动天线ANT发射出去，发射器要求从发射天线输出的扫频信号幅度平直，这要求功率放大器有较大的带宽。从而确保了电路具有良好的幅频特性。

从图5可以清楚地看到接收器由高频接收与标签波形产生电路5、扫频信号解调电路6、分时采样中断脉冲产生电路7、A/D转换电路8及DSP处理系统9和报警驱动电路10等组成，高频接收与标签波形产生电路5通过天线ANT收集的信号经变压器T2匹配耦合，第二十一电容C21和场效应管Q6变换后，从场效应管Q6的漏极输出信号加至第七三极管Q7上进行放大，放大后的信号再通过第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24及第四电感L4和第五电感L5组成的带通网络进行信号频带选取，选取出的带宽信号通过第四电位器VR4进行幅度调节，调节后的信号A6一路通过扫频信号解调电路6的第三十八电容C38加至集成电路U9及可调电感L6、第十九电容C19、第三十一电阻R31组成的检波网络，将带通信号检波出1kHz的正弦波信号A8，供数字信号处理电路作基准使用。而另一路信号A6通过第二十五电容C25加到由第八三极管Q8、第九三极管Q9和第二十六电容C26组成的放大器进行信号放大，放大后的信号送第六二极管D6和第二十七电容C27组成的检波器进行检波。检波信号经第二十八电容C28加到由第五四运算放大器U7A、第二十八电阻R28组成的放大器进行一级放大，一级放大后的信号经第二十九电容C29加到第六四运算放大器U7B进行二级放大，二级放大后的信号经第三十电容C30加到第七四运算放大器U7C进行三级放大，三级放大后的信号经第三十一电容C31加到第八四运算放大器U7D进行四级放大，四级放大后的信号经第三十二电容C32加到由第九四运算放大器U8A、第二十九电阻R29、第七二极管D7和第八二极管D8组成的检波放大器进行五级检波放大，五级检波放大后的信号经第三十三电容C33加到由第十四运算放大器U8B、第三十四电容C34所组成的六级放大器进行六级放大，六级放大后的信号经由第三十五电容C35加到由第十一四运算放大器U8C、第三十六电容C36所组成的七级放大器进行七级放大，七级放大后的信号经第三十七电容C37加到由第十二四运算放大器U8D、第三十电阻R30所组成的八级放大器进行八级放大，最终得到低频放大信号A7。

分时采样中断脉冲产生电路7由第十集成电路U10、第十一集成电路U11完成。所述第十集成电路U10为LM393，所述第十一集成电路U11为CD4538。扫频信号解调电路6输出的1kHz的正弦波信号A8加到第十集成电路U10的反相输入端，经由第十集成电路U10、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四R34组成的波形变换电路进行波形变换后送至由第十一集成电路U11、可变电阻VR5、第四十电容C40所组成的调整电路去调整中断脉冲的宽度，从而输出符合要求的中断脉冲方波信号A9，供第十三集成电路U13工作使用，第十三集成电路U13只有在中断信号期间，才会对低频放大信号进行A/D转换。

A/D转换电路8采用了转换速率为200kHz的高速A/D集成电路U12(MAXI65)，从高频接收与标签波形产生电路5输出的低频放大信号A7加到高速A/D集成电路U12的16脚AIN，在片选信号CS和读信号RD的控制下，转换产生的8位数字信号D0-D7直接送至DSP处理系统9中的第十三集成电路U13的数据口D0-D7进行数据处理。

DSP处理系统9(即数字信号处理系统)由第十三集成电路U13、排阻RJ1及第二晶振X2组成，所述第十三集成电路U13为DSP芯片TMS320f206。DSP处理系统9是数字信号处理及控制中心，其内部具有程序存储器和数据存储器。当第十三集成电路U13启动后，由分时采样中断脉冲产生电路7产生的采样中断脉冲方波信号A9由第十三集成电路U13的INT2输入，第十三集成电路U13响应中断后，发出读控制信号，并从数据口D0-D7八位数字信号，第十三集成电路U13将对数据信号进行数字滤波和模式识别处理，当有标签信号时，将从第十三集成电路U13的XF脚输出报警控制信号A10去控制声光报警电路10。

声光报警电路10由第十三极管Q10和第十一三极管Q11完成。当有标签感应信号来临时，报警控制信号A10一路通过第三十五电阻R35去驱动第十三极管Q10工作，第十三极管Q10再去驱动报警灯ALARM闪亮，另一路通过第三十六电阻R36去驱动第十一三极管Q11工作，第十一三极管Q11再去驱动报警铃发声，完成声光报警。

本发明分时控制式商品防窃检测系统的组网形式(见图6)：系统采用分时和有线同步相结合的组网形式，各组天线之间采用无线同步方式，以同一时间标准保证相互间实现分时工作；而每一组可以是一台或多台EAS天线，若是多台天线则相互间采用有线同步方式。

Claims (6)

1、一种分时控制式商品防窃检测系统，包括：通过信道连接的发射器和接收器，以及向发射器和接收器供电的直流电源，发射器包括：扫频信号发生器(2)和功率放大输出电路(4)；接收器包括：高频接收与标签波形产生电路(5)，扫频信号解调电路(6)，A/D转换电路(8)和声光报警电路(10)；其特征在于：

一、直流电源内设有时间基准信号发生器(0)；

二、在发射器的扫频信号发生器(2)信号接收端设有由单片机集成电路和连接在其方波输出端的四级级联的低通滤波器构成的分时信号产生电路(1)，在发射器的扫频信号发生器(2)的输出端与功率放大输出电路(4)的输入端之间设有由预放大电路、宽带放大器和模拟开关集成电路级联构成的宽带放大与分时调制电路(3)，模拟开关集成电路的控制端经一放大电路与分时信号产生电路(1)的单片机集成电路的另一方波输出端相连；

三、在接收器的扫频信号解调电路(6)输出端与A/D转换电路(8)的输入端之间设有由波形变换电路和调整电路级联构成的分时采样中断脉冲产生电路(7)，在接收器的A/D转换电路(8)输出端与声光报警电路(10)的输入端之间设有由集成电路及其外围的排阻元件和晶振元件构成的DSP处理系统(9)。

2、根据权利要求1述所的分时控制式商品防窃检测系统，其特征在于：

所述时间基准信号发生器(0)由副边设有第一电位器(VR1)据供感应信号的电源变压器(T1)和NE555时基集成电路(U1)级联构成，其基准电压由连接在电源变压器(T1)副边的第二电阻(R2)、第三电阻(R3)提供，还设有外围元件第一电阻(R1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和电容(C1)。

3、根据权利要求1所述的分时控制式商品防窃检测系统，其特征在于：

所述分时信号产生电路(1)的四级低通滤波器是由第一四运算放大器(U3A)、第二四运算放大器(U3B)、第三四运算放大器(U3C)及第四四运算放大器(U3D)级联组成的8阶切比雪夫低通滤波器。

4、根据权利要求1所述的分时控制式商品防窃检测系统，其特征在于：

所述宽带放大与分时调制电路(3)的预放大电路由包括输出第三电位器(VR3)、耦合第十七电阻(RI7)、耦合第十七电容(C17)的第一三极管(Q1)组成，宽带放大器和模拟开关集成电路由包括输入第十八电阻(R18)和输入第十九电阻(R19)的宽带放大集成电路(U5A)组成。

5、根据权利要求1所述的分时控制式商品防窃检测系统，其特征在于：

所述分时采样中断脉冲产生电路(7)的波形变换电路由包括提供基准电压的第三十二电阻(R32)、第三十三电阻(R33)的集成电路(U10)组成；分时采样中断脉冲产生电路(7)的调整电路由包括提供中断电压的可变电阻(VR5)、第四十电容(C40)和提供直流电压的第三十四电阻(R34)的集成电路CD4538(U11)组成。

6、根据权利要求1所述的分时控制式商品防窃检测系统，其特征在于：

所述构成DSP处理系统(9)的集成电路为DSP芯片TMS320f206。

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