基于MEMS芯片實(shí)現周界入侵報警系統應用

成都弱電公司訊：

近些年隨著(zhù)安防報警技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種依附于固體防護結構上的電子周界探測系統不斷推陳出新，從最開(kāi)始的主動(dòng)紅外探測技術(shù)、電子脈沖放電探測技術(shù)，一直發(fā)展到現在有各種各樣針對分歧應用需求的特定周界防護系統，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)探測系統?；谡駝?dòng)檢測的周界入侵系統有很多種：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)現的振動(dòng)探測周界入侵報警系統。

微電子機械系統(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)和生物等信號輸入，通過(guò)微傳感器轉換成電信號，經(jīng)過(guò)信號處理(模擬信號或數字信號)后，由微執行器執行動(dòng)作，達到與外部環(huán)境“互動(dòng)”的功能，它是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)所在。

周界入侵報警系統通常指對某一線(xiàn)狀邊界(如重要區域的圍墻)進(jìn)行監測，當發(fā)現有非法通過(guò)該邊界的行為時(shí)產(chǎn)生報警，以實(shí)現對目標區域的監測保護。周界入侵報警系統會(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(xiàn)，一天24小時(shí)不間斷工作，一旦有入侵行為發(fā)生，系統會(huì )馬上給出報警信號，通知值班人員。這樣可以節省人力、物力和財力，最關(guān)鍵的是系統可以降低值班人員的勞動(dòng)強度，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為疏忽疲憊造成的周界漏洞。近些年隨著(zhù)安防報警技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種依附于固體防護結構上的電子周界探測系統不斷推陳出新，從最開(kāi)始的主動(dòng)紅外探測技術(shù)、電子脈沖放電探測技術(shù)，一直發(fā)展到現在有各種各樣針對分歧應用需求的特定周界防護系統，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)探測系統?；谡駝?dòng)檢測的周界入侵系統有很多種：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)現的振動(dòng)探測周界入侵報警系統。

基于MEMS芯片的周界探測系統構成

一般的周界探測系統和物聯(lián)網(wǎng)系統的基本構成是相似的：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)數字通信組件傳遞出去。由于MEMS芯片能提供3軸持續穩定可靠的振動(dòng)數據，我們可以實(shí)現多維度算法綜合分析，確保系統穩定準確工作，值班人員不會(huì )為“狼來(lái)了”這樣的誤報疲于應付。

傳感器的原理結構如圖1所示，傳感處理器是核心組件，它負責采集加速度變化狀態(tài)信息，經(jīng)過(guò)5D算法，形成對入侵告警的初步判斷，然后將告警信息通過(guò)數字通信組件發(fā)送出去。傳感處理器也可以通過(guò)數字通信組件接收后臺軟件的配置信息，針對分歧硬度特性的圍網(wǎng)設置分歧參數，提高傳感器的適應性。

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

建立系統形成傳感器網(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)系統將眾多傳感器上的告警信息收集起來(lái)，這個(gè)系統可以是基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )也可以是電纜連接的有線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )。

在ZigBee無(wú)線(xiàn)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)設備，系統會(huì )在適當的地點(diǎn)設置路由(Router)設備，最終都連接到協(xié)調處理設備VGM(Coordinator)上。

對于周界探測系統經(jīng)常應用的線(xiàn)狀邊界來(lái)說(shuō)，用電纜連接的有線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )更加適合。系統通過(guò)感應電纜將振動(dòng)傳感器ViSEN串聯(lián)起來(lái)連接到現場(chǎng)控制主機VGM上，而后者通過(guò)電纜給傳感器供電和提供通信媒介。傳感器與現場(chǎng)控制主機間形成CAN總線(xiàn)連接，保證傳感器上的報警能夠及時(shí)主動(dòng)上報到主機，幾乎可以實(shí)現零延遲報警。假如VGM主機采用RS485方式輪詢(xún)傳感器，一旦總線(xiàn)上連接的傳感器數量偏多，則可能產(chǎn)生的報警延遲會(huì )非常難以讓人接受。

傳感器的控制和經(jīng)管

系統通過(guò)綜合經(jīng)管平臺軟件和現場(chǎng)控制主機來(lái)實(shí)現對傳感器的控制和經(jīng)管。首先，不管是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )還是有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，傳感器ViSEN都連接到現場(chǎng)控制主機VGM上，現場(chǎng)控制主機實(shí)現傳感器配置、參數更改和告警信息收集等底層通信協(xié)議；其次，綜合經(jīng)管平臺軟件通過(guò)讀寫(xiě)現場(chǎng)控制主機實(shí)現對振動(dòng)傳感器經(jīng)管；最后，將告警以事件的方式呈現到界面上。