摘 要： 為了電網安全并減少電力部門的損失，研發了基于激光光柵和GSM的電力變壓器防盜報警系統。偷盜者只要碰到激光光柵的任意一條光線，報警主機立刻就會發出刺耳的警報聲，同時啟動內置的GSM模塊，可撥打預先設置的多個報警電話，如手機、固話、小靈通、110等，還可群發短消息。
關鍵詞： 激光光柵; GSM模塊; 電力變壓器; 防盜系統
來自電力部門的調查表明，近年來，電力變壓器的破壞和被盜現象呈上升趨勢，且危害嚴重，直接和間接經濟損失巨大，已嚴重影響了國民經濟的健康發展和社會的和諧穩定。國內部分省份也曾經采用諸如紅外線、有限距離無線通信、物理防盜卡等方式來解決變壓器的防盜問題，但由于這些系統或產品原理的局限性，效果并不理想。
介紹了基于激光光柵和GSM的電力變壓器防盜報警系統。激光光柵是由兩邊對射的多條激光束組成的光線平面，由于激光獨特的優越性能，其抗干擾好、誤報率低，而較現有的紅外光柵更適應野外環境。偷盜者只要碰到其中任意一條光線，報警主機立刻就會發出刺耳的警報聲，同時啟動內置的GSM模塊，撥打預先設置的多個報警電話，如手機、固話、小靈通、110等，還可群發短消息。激光光束的疏密，防范區域的大小，以及圍欄的結構均可根據不同的場所來設計。電子纜線可垂直或者水平安裝，從而提供一個更廣闊的保護屏障，防止入侵者挖掘或攀爬。系統設計了交、直流雙電源供電，平時由市電供電，當遇停電或遭到破壞時，內置的蓄電池依能使系統處于正常警戒狀態。
1 總體方案設計
1.1 系統原理
系統原理框圖如圖1所示。系統采用了兩種報警源，當偷盜者碰到任意一條激光光線，將使VL/VRG 激光對射式光柵傳感器動作；當偷盜者撬動變壓器，振動傳感器動作。兩種報警信號被送到AT89S51單片機進行處理，立刻就會開啟警燈并發出刺耳的警報聲，現場高分貝的報警聲主動對偷盜者作出反擊，以阻嚇偷盜者盜竊行為發生。同時，經電平轉換芯片MAX232與內置的TC35 GSM模塊通信，可撥打預先設置的多個報警電話，并可群發短消息。為了不影響工作人員的檢修和維護，采用編碼解碼芯片PT2262/PT2272進行遙控設防和撤防。
1.2 系統防盜
圖2為系統防盜示意圖。變壓器內部安裝了GSM模塊，即使偷盜者偷盜成功，變壓器被快速轉移，內置的GSM會不斷地發出信號，警方會根據GSM的位置信息及時追蹤找到贓物。
2 報警系統硬件設計
2.1 激光光柵傳感器
激光光柵傳感器采用如圖3所示的VL/VRG 激光對射式光柵發射器，VL發射出高強度調制激光，其光束被接收器VRG中裝有光學濾光片的光電二極管接收，光電二極管轉換出的信號被接收器VRG的后續電路處理。輸出電路則根據此光束是否被遮擋對輸出狀態進行切換。特殊的濾光片以及對環境光的自動補償功能使得傳感器對其他光源的光不敏感。
2.2 聲光報警模塊與單片機的接口電路
電源指示燈接AT89S51的P1.0口，警報喇叭、警報燈接P1.1口。在單片機的軟件編程中，設置低電平驅動聲光報警，初始化狀態為P1.0=0,即系統上電后，電源指示燈點亮，GSM模塊初始化后，寫P1.0=1，即電源指示燈關閉，表示進入監控狀態；單片機的P1.1口的初始化狀態為P1.1=1，有報警信號產生時，單片機寫P1.1=0,此時，三極管Q1導通，進而繼電器吸合，由此完成低電平驅動聲光報警。具體的聲光報警模塊與單片機的接口電路如圖4所示。
2.3 傳感器與單片機的接口電路
圖5為傳感器與單片機的接口電路。振動傳感模塊接單片機AT89S51的P3.7口，在單片機的軟件編程中，初始化狀態為P3.7=0。當此模塊接到振動傳感信息時，振動傳感模塊J4的2口輸出低電平，P3.7=1，單片機收到報警信號。
激光光柵傳感模塊接AT89S51的P3.5口，其報警原理與振動傳感模塊相似，同樣是傳感器低電平報警，只是在系統聲光報警后，增加了激光、紅外傳感模塊電路斷電，起保護眼睛的作用。因此，在這兩者的電源端增設了繼電器，通過繼電器的觸點動作來實現以上功能。在單片機的軟件編程中，初始化狀態為P3.4=1，即系統上電后，繼電器線圈失電，激光電路正常供電。當P1.1口輸出低電平驅動聲光報警后，寫P3.4=0，此時激光、紅外傳感模塊斷電，從而起到了保護眼睛的作用。
2.4 GSM通信模塊與單片機的接口電路
GSM模塊TC35是西門子公司為工業應用生產的無線通信模塊，可以工作在GSM 900MHz和GSM 1 800MHz頻段下。TC35模塊是系統完成數據傳輸的關鍵部件，是系統的無線接口部分，它集成了基帶處理單元和RF射頻模塊，對外提供40pin的ZIP連接器，用戶通過該連接器即可實現系統控制、數據輸入/輸出、語音輸入/輸出和電源輸入等功能。TC35還為用戶提供了良好的用戶接口RS232，通過RS232接口可以向TC35發送AT命令和傳輸數據。TC35的RS232接口數據格式支持8位數據，無校驗，1位停止位，波特率可以設置為300b/s～115kb/s。利用控制信號RING可以指示GSM模塊接收到一個語音呼叫、數據呼叫或短信息等，RING信號的功能可以由AT命令編程改變。
GSM通信模塊與單片機的具體接口電路如圖6所示，由于GSM串行口為RS232C 標準接口，與輸入、輸出均采用TTL 電平的AT89S51在接口規范上不一致，因此，TTL電平到RS232 接口電平的轉換采用MAXIM 公司的MAX232 標準RS232接口芯片。
2.5 遙控設防、撤防電路
遙控設防、撤防電路采用編碼解碼芯片PT2262/PT2272實現，如圖7所示。編碼芯片PT2262發出的編碼信號由地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號并對其地址碼進行兩次比較核對后，17腳才輸出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平。如果發送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續發射。當發射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，315MHz的高頻發射電路不工作；當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經調制的串行數據信號。
遙控模塊的發射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼必須完全相同，才能配對使用。PT2262的8個地址管腳（1～8）可以由人工進行編碼，即可以接地、接高電平，若PT2272的管腳1～8與之對應，則PT2272的17端將輸出解碼有效高電平信號，經放大后驅動繼電器進行負載遙控開關操縱。
3 報警系統軟件設計
報警系統的程序總流程圖如圖8所示。
GSM通信子系統的軟件實現：現在市場上的手機大都支持GSM07.05規定的AT指令集。該指令集包含了對SMS的控制，利用GSM手機的串行接口，單片機向手機收發一系列的AT命令，就能達到控制手機收發SMS的目的。
本文介紹的系統通過激光光柵傳感器、振動傳感器、單片機系統等完成現場數據采集、分析，運行中一旦有異常現象或故障發生，將通過系統安裝的GSM通信模塊將信息發送到電力部門、變壓器看護人員或110，通信距離不受限制。經使用證明，該系統抗干擾能力強、誤報率低、性能穩定可靠。
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