基于脉冲电子围栏与图像传感器的周界防范系统设计.docVIP

PAGE PAGE 1 基于脉冲电子围栏与图像传感器的周界防范系统设计 　　【摘要】针对日趋严峻的周界安防现状，提出一种基于脉冲电子围栏与图像传感器的周界防范系统设计，不受地形，气候的影响，可部署在长距离周界上，对入侵行为实施有效阻拦，并将报警信息及现场实时图片上传监控中心，实现长距离的信息通信。对于周界沿线一些无电区域，采用电源自供方案。系统极大的提高了入侵检测的准确性与可靠性，解决了传统的周界防范报警系统误报、漏报率高的弊端，能有效地减少入侵事件的发生，对刑事、民事案件的发生起到积极防范作用。 　　【关键词】脉冲检测；图像传感器；长距离；周界防范 　　1.系统概述 　　该系统是一种融合了电子脉冲检测可靠性、威慑性与图像直观性、准确性的周界防范系统。电子脉冲探测不受气候环境的影响，可全天候工作。基于有线的报警检测方法保障了系统的可靠性，误报率低。前端围栏能够安装在各种不同地形，应用地域广泛。图像监控很好地解决了传统视频监控对高带宽传输系统的要求，使得系统在提供清晰图像信息的同时，可部署在能量受限、低比特率数据传输的场合。 　　系统前端沿防护周界架设金属围栏，按照现场不同的防护等级，每50至500米划分为一个防区。采用高压脉冲入侵探测技术，核心部件是脉冲探测主机，每个防区内设置1台脉冲探测主机，通过高压绝缘导线前端金属围栏相连。布防时，脉冲探测主机不间断地发送高压低电流脉冲信号到前端围栏，同时采集前端围栏上的脉冲信号，当有入侵者试图用超过设定的力拉动、蹬踏或破坏任何一根拉紧的前端合金线时，就会引起围栏上入侵点附近电压的应变，其脉冲信号将发生变化，脉冲探测主机能精确检测到入侵报警信号，并通过传感器网关发出报警信息。同步触发防区内部署的图像拍照模块抓拍现场图片，并上传监控中心。非法入侵人员触及前端金属围栏时有明显的触电感，可起到威慑、主动阻挡作用。 　　系统信息传输采用无线、有线通信方式相结合，实现长距离周界沿线数据通信全覆盖。通信系统包括监控中心到分中心主机的广域网，分中心主机到传感器网关的互联网/RS485总线，传感器网关到脉冲探测主机的Zigbee/RS485总线。系统结构与原理参见图1。 　　对于长距离周界沿线一些无电区域，采用电源自供方案。 　　2.系统采用的关键技术 　　（1）在现有脉冲电子围栏的基础上，改进原有的定脉宽、定频率的脉冲发生机制，通过单片机控制产生可调节脉宽、频率、电压的探测脉冲序列。 　　（2）在低速传感器网络上设计的图像传感器网络，图像在分析后进行JPEG压缩，并打上时间戳上传上位机，现场终端根据网络通信质量自适应调整图像的尺寸及压缩比，降低图像上传数量与通信流量，保证实时图像上传监控主机。 　　（3）设计采用分布式存储管理系统，本系统中所有节点均具有处理、存储、双向通信能力，传感器网关与图像传感器节点使用ARM9单片机，具有较强的处理能力与存储管理能力，系统采用时间片轮转、优先级设置等机制，合理调配信息传输，建立现场小型SQLIT数据库、监控中心SQLSERVER数据的分布式存储模式，在通信中断时各节点仍可独立运转，保证系统运行的可靠性。 　　（4）长距离总线技术。方案采用长距离通讯总线技术，单根总线最多能连接248台脉冲探测主机，通信距离可达248km，能以不外加中继的方式实现长距离通讯。整个线路数据传输延时不超过2s，解决了国内有线方式长距离通讯的瓶颈问题。 　　3.系统设计与性能描述 　　3.1脉冲探测主机 　　预留有GPRS远程通讯模块、Zigbee无线通讯模块接口，当无法实现有线远程数据传输时，可根据现场条件或用户需求，选择GPRS或Zigbee实现无线组网数据通讯。如图2所示。 　　主要性能指标： 　　（1）高压脉冲2/4/8KV；（2）低压脉冲：1KV；（3）脉冲周期：1s；（4）脉冲300mA的持续时间 　　3.2图像拍照模块 　　（1）输出完整的JPEG文件。（2）图像支持160×128，320×240，640×480多种分辨率。（3）采用串口的方式与主机传递图像数据，多种传输速率可调，串行接口支持9600，19200，38400和57600波特率。（4）输入电压：DC+5V。（5）通过主机串口发送采集命令触发开始图像拍摄。 　　3.3无线传感器网络 　　对于没有通信线路或不宜布线的区域，系统采用基于ZIGBEE的传感器网络，具备灵活的组网方式，低功耗的工作模式，适合能量受限、数据传输速率低的场所。系统采用Ember公司推出的Zigbee片上系统EM250，它集成了一个符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz射频收发器和一个功能强大的高速率16位微处理器，支持网络级的调试，系统的软件开发简便，微处理器主频为12MHz，满足作为协调器、全功能设备或简化功能设备的要求。基