基于MEMS芯片實(shí)現(xiàn)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用

成都弱電公司訊：

近些年隨著安防報(bào)警技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種依附于固體防護(hù)結(jié)構(gòu)上的電子周界探測(cè)系統(tǒng)不斷推陳出新，從最開(kāi)始的主動(dòng)紅外探測(cè)技術(shù)、電子脈沖放電探測(cè)技術(shù)，一直發(fā)展到現(xiàn)在有各種各樣針對(duì)分歧應(yīng)用需求的特定周界防護(hù)系統(tǒng)，這其中就包含依附于金屬編花或者焊絲圍網(wǎng)上的振動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)。基于振動(dòng)檢測(cè)的周界入侵系統(tǒng)有很多種：震動(dòng)電纜、光纖干涉、慣性振動(dòng)等等，本文重點(diǎn)闡述利用MEMS芯片傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)探測(cè)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)。

微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-ElectroMechanicalSystems，MEMS)是解決傳感器微型化的關(guān)鍵技術(shù)，簡(jiǎn)樸來(lái)說(shuō)，其工作原理是外部環(huán)境物理、化學(xué)和生物等信號(hào)輸入，通過(guò)微傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理(模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào))后，由微執(zhí)行器執(zhí)行動(dòng)作，達(dá)到與外部環(huán)境“互動(dòng)”的功能，它是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)所在。

周界入侵報(bào)警系統(tǒng)通常指對(duì)某一線狀邊界(如重要區(qū)域的圍墻)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有非法通過(guò)該邊界的行為時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測(cè)保護(hù)。周界入侵報(bào)警系統(tǒng)會(huì)使用戶(hù)的平安防范經(jīng)管變的非常簡(jiǎn)樸，它在柵欄上形成一道電子防線，一天24小時(shí)不間斷工作，一旦有入侵行為發(fā)生，系統(tǒng)會(huì)馬上給出報(bào)警信號(hào)，通知值班人員。這樣可以節(jié)省人力、物力和財(cái)力，最關(guān)鍵的是系統(tǒng)可以降低值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使安保人員時(shí)刻保持高度注重力，有效屏蔽巡邏值班人員因?yàn)槭韬銎v造成的周界漏洞。近些年隨著安防報(bào)警技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種依附于固體防護(hù)結(jié)構(gòu)上的電子周界探測(cè)系統(tǒng)不斷推陳出新，從最開(kāi)始的主動(dòng)紅外探測(cè)技術(shù)、電子脈沖放電探測(cè)技術(shù)，一直發(fā)展到現(xiàn)在有各種各樣針對(duì)分歧應(yīng)用需求的特定周界防護(hù)系統(tǒng)，這其中就包含依附于金屬編花或者焊絲圍網(wǎng)上的振動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)?；谡駝?dòng)檢測(cè)的周界入侵系統(tǒng)有很多種：震動(dòng)電纜、光纖干涉、慣性振動(dòng)等等，本文重點(diǎn)闡述利用MEMS芯片傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)探測(cè)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)。

基于MEMS芯片的周界探測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

一般的周界探測(cè)系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成是相似的：傳感、網(wǎng)絡(luò)以及控制經(jīng)管。

基于MEMS芯片的振動(dòng)傳感器-ViSEN

振動(dòng)傳感器ViSEN基于一個(gè)3軸加速度傳感器芯片，外部環(huán)境輸入(振動(dòng))導(dǎo)致MEMS芯片XYZ軸加速度值發(fā)生變化，振動(dòng)傳感器ViSEN上的傳感處理器芯片采集到加速度變化信息，經(jīng)過(guò)多重算法過(guò)濾掉干擾，將告警信息通過(guò)數(shù)字通信組件傳遞出去。由于MEMS芯片能提供3軸持續(xù)穩(wěn)定可靠的振動(dòng)數(shù)據(jù)，我們可以實(shí)現(xiàn)多維度算法綜合分析，確保系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)確工作，值班人員不會(huì)為“狼來(lái)了”這樣的誤報(bào)疲于應(yīng)付。

傳感器的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，傳感處理器是核心組件，它負(fù)責(zé)采集加速度變化狀態(tài)信息，經(jīng)過(guò)5D算法，形成對(duì)入侵告警的初步判斷，然后將告警信息通過(guò)數(shù)字通信組件發(fā)送出去。傳感處理器也可以通過(guò)數(shù)字通信組件接收后臺(tái)軟件的配置信息，針對(duì)分歧硬度特性的圍網(wǎng)設(shè)置分歧參數(shù)，提高傳感器的適應(yīng)性。

這樣，傳感器會(huì)對(duì)其所依附的圍網(wǎng)進(jìn)行感知，有效檢測(cè)攀爬產(chǎn)生的持續(xù)振動(dòng)、剪斷圍網(wǎng)產(chǎn)生的高頻振動(dòng)、破壞圍網(wǎng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)、圍網(wǎng)被推倒以及傳感器被拆除。

建立系統(tǒng)形成傳感器網(wǎng)絡(luò)

完成了能有效感知圍網(wǎng)振動(dòng)的傳感器，我們需要形成一個(gè)系統(tǒng)將眾多傳感器上的告警信息收集起來(lái)，這個(gè)系統(tǒng)可以是基于ZigBee的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)也可以是電纜連接的有線傳輸網(wǎng)絡(luò)。

在ZigBee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)中，振動(dòng)傳感器ViSEN使用電池供電。只有在振動(dòng)發(fā)生的時(shí)候傳感器才進(jìn)入工作狀態(tài)，平時(shí)一直處于休眠狀態(tài)，這樣可以保證傳感器不換電池工作一年以上。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，所有的傳感器都是終端(EndPoint)設(shè)備，系統(tǒng)會(huì)在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)設(shè)置路由(Router)設(shè)備，最終都連接到協(xié)調(diào)處理設(shè)備VGM(Coordinator)上。

對(duì)于周界探測(cè)系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用的線狀邊界來(lái)說(shuō)，用電纜連接的有線傳輸網(wǎng)絡(luò)更加適合。系統(tǒng)通過(guò)感應(yīng)電纜將振動(dòng)傳感器ViSEN串聯(lián)起來(lái)連接到現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)VGM上，而后者通過(guò)電纜給傳感器供電和提供通信媒介。傳感器與現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)間形成CAN總線連接，保證傳感器上的報(bào)警能夠及時(shí)主動(dòng)上報(bào)到主機(jī)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)零延遲報(bào)警。假如VGM主機(jī)采用RS485方式輪詢(xún)傳感器，一旦總線上連接的傳感器數(shù)量偏多，則可能產(chǎn)生的報(bào)警延遲會(huì)非常難以讓人接受。

傳感器的控制和經(jīng)管

系統(tǒng)通過(guò)綜合經(jīng)管平臺(tái)軟件和現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的控制和經(jīng)管。首先，不管是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還是有線網(wǎng)絡(luò)，傳感器ViSEN都連接到現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)VGM上，現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)實(shí)現(xiàn)傳感器配置、參數(shù)更改和告警信息收集等底層通信協(xié)議；其次，綜合經(jīng)管平臺(tái)軟件通過(guò)讀寫(xiě)現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)傳感器經(jīng)管；最后，將告警以事件的方式呈現(xiàn)到界面上。