阅读说明：本技术 一种电缆防盗系统及其方法 (Cable anti-theft system and method ) 是由 卢海军 李涛 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电缆防盗系统及其方法,末端发射器根据电缆线的通电状态和/或断电状态分别选择采集电流检测法的夜晚工作模式和脉冲信号检测法的白天工作模式；当白天工作模式时,末端发射器间隔一定时间向前端接收器发送脉冲信号,前端接收器通过脉冲信号检测判断在设定时间的脉冲信号的接收状况,用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报；当夜晚工作模式时,前端接收器通过采集电缆线上的电流并将其与设定电流值进行比较,用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报。本发明能实现全天候24小时检测,与电缆状态无关,投入成本低但适用范围广泛、稳定性能高。(The invention discloses a cable anti-theft system and a method thereof.A terminal transmitter respectively selects a night working mode of a current collection detection method and a day working mode of a pulse signal detection method according to the power-on state and/or the power-off state of a cable; when the cable is in a daytime working mode, the tail end transmitter sends pulse signals to the front end receiver at intervals, and the front end receiver judges the receiving condition of the pulse signals at set time through pulse signal detection so as to determine the integrity of the cable or send an alarm that the cable is stolen; when the night working mode is adopted, the front receiver is used for determining the integrity of the cable or sending an alarm that the cable is stolen by collecting the current on the cable and comparing the current with a set current value. The invention can realize all-weather 24-hour detection, has no relation with the state of the cable, has low input cost, wide application range and high stability.)

一种电缆防盗系统及其方法

技术领域

本发明涉及电力电缆防盗领域，特别涉及一种基于电缆本体的电缆防盗系统及其方法。

背景技术

电力线或专用电缆常被人盗割，给供电部门或有关企业和人民群众的生活带来巨大损害。尤其是在施工过程中，存在闲置不用的电缆放置在工井中有2～4周的抽取时间差，这个时间差内电缆处于无电状态，不法分子利用这个时间差对电缆进行盗割。根据收集的资料估算，由此造成的直接经济损失通常都在百万元以上。

目前采取原始的人工巡查防盗方式(例如两人一车排班)，费时费力防盗效果不佳，一旦发生电缆偷盗事故损失巨大。因此，需要将电力电缆防盗作为一项专项工作，依托物联网技术的高速发展，从技术层面研发防盗监控系统，从管理层面建立一套防盗管理与风险控制体系，充分利用防盗监控系统，做到逢盗必知、知盗必抓，抓必有证。

现有技术中，可以采用阻抗测量法来定位电缆被盗位置，该阻抗测量原理具体为：阻抗的概念，不单单是指电路中的电阻，简单的说，阻抗是指电阻加上电抗；具体的说，阻抗是指电阻、容抗和感抗在向量上的和平常所熟悉的是电阻，是指在直流电的世界里对电流起阻碍的作用的物质。而在交流电的领域里面，除了电阻会阻碍电流外，电容和电感也会阻碍电流的运动，我们称之为电抗。电容的电抗称作电容抗，电感的则是电感抗，它们的单位和电阻一样，也是欧姆。电抗的大小与交流电的频率有关，在不同的频率条件下测量阻抗，会得到不同的阻抗值，感抗和频率大小成正比，而容抗则成反比，也就是说，频率越高感抗越大而容抗越小，频率越低感抗越低而容抗越大。除此之外，容抗和感抗的相位角，也影响着阻抗的大小，所以才会有阻抗是电阻和电抗在向量上之和这么一说。传统的测量阻抗的方法也分为很多种，这里我们选取加载直流电压和交流采样相结合的阻抗测量法，采用这种方法能通过模糊逻辑来判断阻抗以及电流的特性，并能根据设定的保护值，通过对电缆电流的动态分析对比数据，实施报警。对于道路照明来说，其负荷相对稳定，而当电缆被破坏时，其负载阻抗必定会发生变化，通过对比设定的阻抗值，就可以据此判断电缆是否被盗。负载阻抗通过交流采样算法来实现，采用傅里叶变换来处理。由于我们只需仅仅计算线路阻抗，所以可以采用解微分方程的算法来实现。

如图1所示为阻抗测量法系统框图，该系统主要包含主控制芯片、信号采集电路、电源电路、继电器电路等。其中，主控制芯片主要负责数据的收、处理和发送，以及远程通信；信号采集电路负责电缆防盗数据的采集，以及对采集到的数据进行简单处理等；电源电路主要负责各单元的系统供电。这种基于阻抗检测的电缆防盗报警系统，能有效克服高频载波易受干扰的缺点，提高检测的可靠性，但由于末端设备需要供电电池，对末端设备的寿命问题有待验证，考虑到将来的维护更换，在一定程度上又增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电缆本体的电缆防盗系统及其方法，包含末端发射器1和前端接收器两部分，能实现全天候24小时检测，白天通过检测脉冲信号，晚上通过检测电流信号来判断电缆的完整性；本发明与传统的电缆防盗方案相比，更符合理想的电缆防盗报警系统：本发明的方法与电缆状态无关，投入成本低但适用范围广泛、稳定性能高。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种电缆防盗方法，该方法包含以下过程：末端发射器根据电缆线的通电状态和/或断电状态分别选择采集电流检测法的夜晚工作模式和脉冲信号检测法的白天工作模式；当白天工作模式时，所述末端发射器间隔一定时间向所述前端接收器发送脉冲信号，所述前端接收器通过脉冲信号检测判断在设定时间的脉冲信号的接收状况，用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报；当夜晚工作模式时，所述前端接收器通过采集电缆线上的电流并将其与设定电流值进行比较，用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报。

优选地，所述电缆线包含多路待巡检的电缆线路通道。

优选地，当电缆线为断电状态时，所述前端接收器的交流发生器产生50V交流信号，所述末端发射器接收所述50V交流信号，并每隔10S反馈一个脉冲信号，所述前端接收器一直处于查询模式，当前的任一路电缆线路通道的继电器导通后，所述前端接收器判断在10S内是否检测到所述脉冲信号：若是，则判断当前路的电缆线路通道完整，并切换到下一路电缆线路通道进行检测，直至所有路电缆线路通道检测完毕；若否，则将检测时间由10s延长至30s，继续判断是否检测到脉冲信号：(a)若是，则当前路的电缆线路通道完整，切换到下一路电缆线路通道进行检测，直至所有路电缆线路通道检测完毕；(b)若否，则发送电缆线被盗的警报。

优选地，当电缆线为通电状态时，所述前端接收器的交流发生器不产生50V交流信号，所述前端接收器的电流互感器采集电缆线上任一路电缆线路通道的电流并将其与设定电流值进行大小比较：当电流大小与所述设定电流值相等时，所述电流大小正常，则当前路的电缆线路通道完整，并切换到下一路电缆线路通道进行检测，直至所有路电缆线路通道检测完毕；当电流大小小于所述设定电流值时，所述前端接收器发送电缆线被盗的警报。

本发明还提供了一种采用如上文所述的电缆防盗方法的电缆防盗系统，所述电缆防盗系统包含与待测电缆连接的末端发射器以及与所述末端发射器连接的前端接收器；所述末端发射器间隔一定时间向所述前端接收器发送脉冲信号，所述前端接收器通过脉冲信号检测判断在设定时间的脉冲信号的接收状况，用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报；和/或，所述前端接收器通过采集电缆线上的电流并将其与设定电流值进行比较，用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报。

优选地，所述末端发射器包含：

第一单片机；

第一时钟芯片，与所述第一单片机连接，为所述第一单片机提供稳定的时钟频率；

电压切换判断模块，与所述第一单片机连接；

脉冲信号发送电路，与所述第一单片机连接；所述电压切换判断模块判断识别接收到的电压信号为50V交流信号，并将对应的控制信号发送至所述第一单片机，使得所述第一单片机控制所述脉冲信号发送电路向所述前端接收器发送脉冲信号；

第一信息存储模块，与所述第一单片机连接；

第一供电模块，为所述末端发射器的第一单片机以及其他各个模块供电。

优选地，所述前端接收器包含：第二单片机；

交流信号发生器，用于向所述末端发射器发送50V交流信号；

第二时钟芯片，与所述第二单片机连接，为所述第二单片机提供稳定的时钟频率；

电流互感器，采集电缆线上任一路电缆线路通道的电流并经滤波整形模块传送至所述第二单片机，将电流与设定电流值进行大小比较，用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报；

继电器，与所述第二单片机连接，用于切换电缆线中的多路待巡检的电缆线路通道；

脉冲信号检测模块，与所述第二单片机连接，用于检测所述末端发射器发送的脉冲信号，判断在设定时间的脉冲信号的接收状况，向所述第二单片机发送对应的控制信号，用以确定电缆线的完整性或发送电缆线被盗的警报；

第二信息存储模块，与所述第二单片机连接；

第二供电模块，为所述前端接收器的第二单片机以及其他各个模块供电。

优选地，所述前端接收器还包含：4G模块，用于传输警报；液晶显示模块，用于显示电流信息以及电缆是否被割断状态信息；按键设置模块，用于修改参数，通过上下按键改变参数数字大小；短信功能设置模块，用于设置手机号码并自动发送短信至指定的手机。

优选地，所述第二信息存储模块为EEPROM的信息存储电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)本发明提供一种新的基于STM32处理器的电缆防盗报警系统以及脉冲信号检测法，能实现全天候24小时检测，白天通过检测脉冲信号，晚上通过检测电流信号来判断电缆的完整性；(2)本发明经过现场的观测和数据的统计，将电缆路数设置为24路巡检具有最高的性价比，并且本发明可以自由设定巡检路数，提高了产品的灵活性；(3)本发明通过4G模块来实施报警以及远程功能的设置，便于信息的及时传递与更新；(4)本发明与传统的电缆防盗方案相比，更符合理想的电缆防盗报警系统，本发明的方法与电缆状态无关，投入成本低但适用范围广泛、稳定性能高。

附图说明

图1为现有技术中阻抗测量法系统框图；

图2为本发明的电缆防盗系统整体结构示意图；

图3为本发明的末端发射器的组成示意图；

图4为本发明的前端接收器的组成示意图；

图5为本发明的电缆防盗系统的原理流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2-图5结合所示，本发明提供了一种电缆防盗系统，包含末端发射器1和前端接收器2两部分。当末端发射器1正常工作，每隔10S产生一个脉冲信号反馈给前端接收器2：(1)如果在10S内前端接收器2接收到脉冲信号，则证明电缆正常，跳转到下一路电缆继续检测；(2)如果在10S内前端接收器2没有接收到脉冲信号，则延长至30S；(2-a)若在这30S内前端接收器2接收到脉冲信号，则依旧代表电缆正常，跳转到下一路电缆继续检测；(2-b)如果在延长的30S内前端接收器2都没有接收到脉冲信号，则证明电缆被盗，此时电缆防盗系统的前端接收器2自动发出警报，并通过前端接收器2发送报警信息到用户手机以及控制中心服务器(监控中心，也称上位机)上，通知各单位采取相应的保护和维修工作。其中，控制中心服务器用于在PC机上实现道路状态和被盗信息显示、报警信息的更改以及支路设定、功能参数设置等。电缆防盗系统的前端接收器2通过4G模块与控制中心服务器进行数据通信。

如图3所示，所述末端发射器1包含单片机11、供电模块12、信息存储模块13、时钟芯片14、电压切换判断模块15、脉冲信号发送电路16和电流增大电路17。示例地，所述单片机11采用高性价比的STC51系列单片机。所述供电模块12由220V～20V的线性变压器提供，并采用LM2576-3.3稳压芯片来产生3.3V的电压供所述单片机和其他电路工作。所述信息存储模块13选取AT24C02作为末端发射器的信息存储设备。所述时钟芯片14采用型号DS1302芯片，用于为单片机11提供稳定的时钟频率。所述电压切换判断模块15由光耦PC817构成。所述脉冲信号发送电路16和所述电流增大电路17均是由MOS管SVD10N60T及其***电路构成。所述末端发射器1还包含功能选择模块18。

如图4所示，前端接收器2包含单片机21、时钟芯片22、电流互感器23、滤波整形模块24、脉冲信号检测模块25、继电器26、4G模块27、信息存储模块28、液晶显示模块29、按键设置模块210和短信功能设置模块211。

示例地，单片机21为STM32型号的单片机21(主控制芯片)。时钟芯片22采用型号DS1302芯片，用于为单片机21提供稳定的时钟频率。脉冲信号检测模块25用于检测末端发射器1发送的脉冲信号。电流互感器23用于采集电缆上的电流信号，传输给CD40106施密特触发器，并经过滤波整形模块24滤波整形后传给STM32单片机21进行处理。前端接收器2通过继电器26的通断来切换电缆监测通道，以及通过4G模块27来实现短信报警或控制中心报警或语音报警和远程功能设置以及调阅存储信息。液晶显示模块29主要是显示电流信息、电缆是否被割断等状态。按键设置模块210主要是用于修改参数，通过上下按键改变数字大小。短信功能设置模块211主要是用于设置手机号码，自动发送短信至指定的手机。

示例地，信息存储模块28作为前端接收器的信息存储设备，例如EEPROM的信息存储电路。其中，EEPROM主要的功能是实现功能策略的存储，包括4G模块中短信发送对象的信息的存储、巡检路数信息的存储以及各种报警信息的储存等。单片机21需要从EEPROM中读取这些数据，然后通过液晶显示模块29或者是通过4G模块返回给控制中心服务器。EEPROM的读写有严格的时序规定，一般都要有应答信号的出现才会继续下一步，从而保证了数据传输的准确性。

本实施例中，前端接收器的电源供电部分采用12V的开关电源，所需的5V和3.3V电压分别由LM2576-5型号稳压芯片和LM2576-3.3型号稳压芯片提供。前端接收器2还包括交流信号发生器，该交流信号发生器主要是当电缆断电时需要发送50V的交流信号，并根据反馈回来的脉冲信号判断电缆是否被割断。另外，考虑到节约I/O口，本发明的前端接收器又添加了74LS138型号的38译码器和74LS151型号的8通道选择器电路。其中，译码器将某个二进制翻译成电路的某种状态；所述38译码器即可以把3种输入翻译成8路输出。所述8通道选择器电路主要是将8路并行数据转换成一路串行数据。所述前端接收器也包括RS3232串口电路、USB转串口电路等。

本实施例中，电缆防盗系统首先判断电缆是否带电，用以区分白天和晚上两种不同的工作模式。当电缆通电时，判断得出是晚上，因为路灯晚上才亮，则晚上通过采集电流来判断电缆的完整性；当电缆不通电，判断得出是白天，因为白天是断电的，则白天采用脉冲信号检测法。本发明采取了必要的冗余手段，即延时30S再根据信号接收情况来判断是否需要报警，这在一定程度上可以减少虚警的发生。

本实施例中，末端发射器1与电缆线连接，末端发射器1通过电压切换判断模块15进行电压信号的识别判断，根据电缆线上所加载电压的大小自动切换工作状态，用以选择工作模式。具体如下：

(1)当电压切换判断模块15接收到的电压信号是50V交流电压，说明电缆不通电，即选择白天模式，此时末端发射器1需要发送脉冲信号给前端接收器2，电压切换判断模块15输出对应的控制信号给单片机11，使得单片机11控制脉冲信号发送电路16每隔一定时间(例如10秒)发送一个脉冲信号并经过电流增大电路17，从而发送给前端接收器2；所述前端接收器2的脉冲信号监测模块25用于检测是否接收到脉冲信号：

(a)若脉冲信号监测模块25在10S内检测到脉冲信号，则判断电缆完整，即输出对应的控制信号给单片机21，使得单片机21控制继电器26切换电缆监测通道；

(b)若脉冲信号监测模块25在10S内没有接收到脉冲信号，为了防止虚警的发生，将检测时间延长至30S，如果脉冲信号监测模块25在这30S之内检测到脉冲信号，则证明电缆依旧完整，脉冲信号监测模块25输出对应的控制信号给单片机21，使得单片机21控制继电器26切换电缆监测通道，如果脉冲信号监测模块25在这30S之内没有检测到脉冲信号，则证明电缆不完整，脉冲信号监测模块25输出对应的控制信号给单片机21，使得单片机21输出报警信号，并通过4G模块实现短信报警或控制中心报警或语音报警。

(2)当电压切换判断模块15接收到的电压信号是220V交流电压，说明电缆通电，即选择了晚上模式，此时末端发射器1不需要发送脉冲信号给前端接收器2，则脉冲信号发送电路16不发送脉冲信号。这种情况下，通过前端接收器2的电流互感器23电缆上的电流信号，并将其反馈给单片机21，单片机21将反馈回来的电流数据与原先设定好的电流值进行比较，判断电流大小是否正常，如果电流突然减小，则认定发生电缆被盗案件，单片机21输出报警信号，发送警报，并存储报警信息；如果电流大小正常(因为正常情况下路灯功率恒定，电流大小基本稳定)，则继续进行下一路电缆的检测，即单片机21对应地控制继电器26切换电缆监测通道，直至所有的电缆均检测完毕。

本发明提供了一种电缆防盗方法，该方法的具体过程如下：

(一)当电缆防盗系统上电后，先进行各模块的初始化(包括STM32单片机、4G模块等)的初始化；

(二)然后检测电缆防盗系统的功能设置是否发生了变化，包括检测路数的设置、4G模块的通信地址、报警信息功能设置等，无论是通过矩阵键盘现场设置，还是通过4G模块远程设置。如果设置发生了更改，就保存新的设置，然后按照新的设置功能进行检测；如果没有发生变化，还是采用原先设置执行下一步程序。

(三)开始进行电缆检测，首先判断电缆上是否带电：

(1)如果电缆上检测到市电，则证明电缆为通电状态，此时切断系统加载到市电上的交流接触器，并且交流发生器不产生50V的交流信号，通过电流互感器23反馈回来的电流数据与原先设定好的电流值进行比较，判断电流大小是否正常：如果电流突然减小，则认定发生电缆被盗案件，发送警报，并存储报警信息；如果电流大小正常(因为正常情况下路灯功率恒定，电流大小基本稳定)，则继续进行下一路电缆的检测，直至所有的电缆均检测完毕。

(2)如果电缆上没有检测到市电，则证明电缆为无电状态，此时导通加载到电力线上的交流接触器，并且交流发生器发送50V的交流信号，末端发射器会反馈脉冲信号，前端接收器2通过接收末端发射器1反馈回来的脉冲信号来判断电缆的完整性，进行24路或者原先设定的路数实行巡检；

其中，末端发射器1会每隔10S发射一个脉冲信号，而前端接收器2则一直处于查询模式。若当前一路的继电器26导通，如果前端接收器2判断出在10S内检测到脉冲信号，则判断电缆完整，直接切换到下一路电缆进行检测，如果前端接收器2判断出在10S内没有接收到脉冲信号，为了防止虚警的发生，将检测时间延长至30S，此时如果在这30S之内检测到脉冲信号，则证明电缆依旧完整，继续下一路电缆的检测，直到所有电缆都判断完毕；此时如果在30S内仍旧没有检测到脉冲信号，则证明电缆不完整，发生电缆被盗情况，立刻报警，存储报警信息，记录下发生电缆被盗情况的详细信息(包括时间，被盗支路等)，以供以后的查阅。

综上所述，当发生电缆被盗情况时，被盗信息通过4G模块传输给目标公司、监控中心、维护人员等，以便及时采取措施，保证财产的安全以及行人夜晚出行安全。本发明能实现全天候24小时检测，白天通过检测脉冲信号，晚上通过检测电流信号来判断电缆的完整性；本发明可以自由设定巡检路数，提高了产品的灵活性；本发明通过4G模块来实施报警以及远程功能的设置，便于信息的及时传递与更新。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。