基于激光光栅和GSM的电力变压器防盗系统-AET-电子技术应用

基于激光光栅和GSM的电力变压器防盗系统

恽新星

摘要：为了电网安全并减少电力部门的损失，研发了基于激光光栅和GSM的电力变压器防盗报警系统。偷盗者只要碰到激光光栅的任意一条光线，报警主机立刻就会发出刺耳的警报声，同时启动内置的GSM模块，可拨打预先设置的多个报警电话，如手机、固话、小灵通、110等，还可群发短消息。

关键词： 电力测试及监控防盗系统变压器 GSM 激光光栅

Abstract：

Key words :

关键词：激光光栅; GSM模块; 电力变压器; 防盗系统

来自电力部门的调查表明，近年来，电力变压器的破坏和被盗现象呈上升趋势，且危害严重，直接和间接经济损失巨大，已严重影响了国民经济的健康发展和社会的和谐稳定。国内部分省份也曾经采用诸如红外线、有限距离无线通信、物理防盗卡等方式来解决变压器的防盗问题，但由于这些系统或产品原理的局限性，效果并不理想。

介绍了基于激光光栅和GSM的电力变压器防盗报警系统。激光光栅是由两边对射的多条激光束组成的光线平面，由于激光独特的优越性能，其抗干扰好、误报率低，而较现有的红外光栅更适应野外环境。偷盗者只要碰到其中任意一条光线，报警主机立刻就会发出刺耳的警报声，同时启动内置的GSM模块，拨打预先设置的多个报警电话，如手机、固话、小灵通、110等，还可群发短消息。激光光束的疏密，防范区域的大小，以及围栏的结构均可根据不同的场所来设计。电子缆线可垂直或者水平安装，从而提供一个更广阔的保护屏障，防止入侵者挖掘或攀爬。系统设计了交、直流双电源供电，平时由市电供电，当遇停电或遭到破坏时，内置的蓄电池依能使系统处于正常警戒状态。

1 总体方案设计

1.1 系统原理

系统原理框图如图1所示。系统采用了两种报警源，当偷盗者碰到任意一条激光光线，将使VL/VRG 激光对射式光栅传感器动作；当偷盗者撬动变压器，振动传感器动作。两种报警信号被送到AT89S51单片机进行处理，立刻就会开启警灯并发出刺耳的警报声，现场高分贝的报警声主动对偷盗者作出反击，以阻吓偷盗者盗窃行为发生。同时，经电平转换芯片MAX232与内置的TC35 GSM模块通信，可拨打预先设置的多个报警电话，并可群发短消息。为了不影响工作人员的检修和维护，采用编码解码芯片PT2262/PT2272进行遥控设防和撤防。

1.2 系统防盗

图2为系统防盗示意图。变压器内部安装了GSM模块，即使偷盗者偷盗成功，变压器被快速转移，内置的GSM会不断地发出信号，警方会根据GSM的位置信息及时追踪找到赃物。

2 报警系统硬件设计

2.1 激光光栅传感器

激光光栅传感器采用如图3所示的VL/VRG 激光对射式光栅发射器，VL发射出高强度调制激光，其光束被接收器VRG中装有光学滤光片的光电二极管接收，光电二极管转换出的信号被接收器VRG的后续电路处理。输出电路则根据此光束是否被遮挡对输出状态进行切换。特殊的滤光片以及对环境光的自动补偿功能使得传感器对其他光源的光不敏感。

2.2 声光报警模块与单片机的接口电路

电源指示灯接AT89S51的P1.0口，警报喇叭、警报灯接P1.1口。在单片机的软件编程中，设置低电平驱动声光报警，初始化状态为P1.0=0,即系统上电后，电源指示灯点亮，GSM模块初始化后，写P1.0=1，即电源指示灯关闭，表示进入监控状态；单片机的P1.1口的初始化状态为P1.1=1，有报警信号产生时，单片机写P1.1=0,此时，三极管Q1导通，进而继电器吸合，由此完成低电平驱动声光报警。具体的声光报警模块与单片机的接口电路如图4所示。

2.3 传感器与单片机的接口电路

图5为传感器与单片机的接口电路。振动传感模块接单片机AT89S51的P3.7口，在单片机的软件编程中，初始化状态为P3.7=0。当此模块接到振动传感信息时，振动传感模块J4的2口输出低电平，P3.7=1，单片机收到报警信号。

激光光栅传感模块接AT89S51的P3.5口，其报警原理与振动传感模块相似，同样是传感器低电平报警，只是在系统声光报警后，增加了激光、红外传感模块电路断电，起保护眼睛的作用。因此，在这两者的电源端增设了继电器，通过继电器的触点动作来实现以上功能。在单片机的软件编程中，初始化状态为P3.4=1，即系统上电后，继电器线圈失电，激光电路正常供电。当P1.1口输出低电平驱动声光报警后，写P3.4=0，此时激光、红外传感模块断电，从而起到了保护眼睛的作用。

2.4 GSM通信模块与单片机的接口电路

GSM模块TC35是西门子公司为工业应用生产的无线通信模块，可以工作在GSM 900MHz和GSM 1 800MHz频段下。TC35模块是系统完成数据传输的关键部件，是系统的无线接口部分，它集成了基带处理单元和RF射频模块，对外提供40pin的ZIP连接器，用户通过该连接器即可实现系统控制、数据输入/输出、语音输入/输出和电源输入等功能。TC35还为用户提供了良好的用户接口RS232，通过RS232接口可以向TC35发送AT命令和传输数据。TC35的RS232接口数据格式支持8位数据，无校验，1位停止位，波特率可以设置为300b/s～115kb/s。利用控制信号RING可以指示GSM模块接收到一个语音呼叫、数据呼叫或短信息等，RING信号的功能可以由AT命令编程改变。

GSM通信模块与单片机的具体接口电路如图6所示，由于GSM串行口为RS232C 标准接口，与输入、输出均采用TTL 电平的AT89S51在接口规范上不一致，因此，TTL电平到RS232 接口电平的转换采用MAXIM 公司的MAX232 标准RS232接口芯片。

2.5 遥控设防、撤防电路

遥控设防、撤防电路采用编码解码芯片PT2262/PT2272实现，如图7所示。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号并对其地址码进行两次比较核对后，17脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，315MHz的高频发射电路不工作；当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。