郭小利浙江义乌下骆宅中学(320013)

摘要：从分析农用电网线路特点出发，利用控制器与无线数据传送模块，实现了农用电网线路的防盗报警。该文介绍了系统设计原理及软硬件电路的实现方法。应用实例说明了系统设计的正确性与系统工作的可靠性。

要害词：电网线路　防盗报警　系统设计

1　引言

农用电网线路在农忙季节过后，闲置不用，无人值守，轻易发生盗窃。然而对农用电网的投资，相对于农民收入而言是一个高投入的项目，一旦被盗将造成很大的损失。确保农用电网线路的安全是广大农民的迫切希望。本文采用AT89C2051FLASH单片机，配合无线通信模块，语音电路和太阳能供电电路，成功实现农用电网线路无人值守自动防盗报警功能。

2　系统工作原理

系统工作原理结构如图1所示，由现场监控器和报警中心两部分组成。监控器又由被盗检测电路、单片机、无线传送模块及太阳能供电电路组成。其中被盗检测电路依据的是两固定平行导线间(农用电网线路)电容为定值的原理。将该平行导线间形成的电容，接入到由555时基芯片所组成的单稳态触发器中，由单稳态触发器的工作原理可知单稳态时间

T=1.1RC

式中R-固定电阻

　　C-农用电网线路线间的电容

图1　系统工作原理结构图

当线路未被割盗时，C为一定经常数C₀，从而T也为某一固定标称值T₀。一旦线路被割盗，C发生变化，随之T也发生变化，从而我们只要随时监测T值，并与固定值T₀进行比较，就能发现线路被盗警情。需要注重的是，有时因为环境气候的影响，即使线路未被割盗，C₀也会发生微小的变化，因而对标准T₀值，我们应设一阈值范围ΔT₀，只要T₀＋ΔT≤T≤T₀＋ΔT₀时，都认为线路未被割盗，不必发出报警信号。

系统工作时，监控器一旦监测到被盗监测电路中的单稳态时间T值超过规定范围时，立即打开无线传送模块，把盗警信息传送到报警中心。另外，因为线路在农闲闲置时已经切断交流电源，所以我们在监控器上设计有太阳能供电系统。为保证阴雨连绵的时候系统也能可靠地工作，在监控器供电系统设计中我们采用了低功耗设计。非凡是功耗大户无线传送模块，我们设计只有盗警发生时，才让它加电工作。

报警中心由无线接收模块和语音报警电路组成。一旦接收模块接收到报警信号，立即触发语音报警电路工作，揭示盗警发生。

3　系统设计

3.1　硬件设计

监控器的硬件设计如图2所示。单片机选用的是AT89C2051，它是一片高性价比的具有2kFLASH程序存储器的芯片，指令系统与MCS－51完全兼容。防盗监测电路选用的是555时基芯片，它与被监测线路间电容组成一单稳态触发电路。根据监控线路与报警中心距离远近，可以选择不同传送距离的天线发送模块。本系统中，我们选用具有5km的无线传送模块进行盗警信号传送。供电系统采用5W太阳能电池板，选用的蓄电池容量为6V/2Ah。根据低功耗设计计算，该供电系统即使不能及时地由太阳能电池板充电，在待机状态下(无盗警发生时)也能正常工作半个月，完全满足一般气候状态条件要求。

图2　监控器的硬件线路图

当单片机定时时间到后(系统设计定时时间5min，由单片机中的第1个定时器实现)，单片机P1.0脚发出触发电平给555时基芯片，启动防盗监测单稳态电路工作。同时单片机中的第2个定时器开始记录单稳态时间，一旦单稳态结束，555时基芯片的3脚产生一个下降沿信号，并送给单片机的INT0外部中断引脚，并引发INT0中断。在中断服务程序中停止单稳态时间的计时工作，得到被测的单稳态时间T。然后在单片机中比较T与标准值T₀之间的大小。根据前面的工作原理，判定是否有盗窃情况发生。若有盗窃发生即由单片机的P1.1脚发送信号给无线传送模块中的EN脚，启动传送模块工作，发出报警信号。若无盗窃发生，单片机恢复低功耗方式工作，重新开始5min的定时，循环往复，实现监控。根据上面的分析，实际上整个系统的低功耗时间远远大于系统工作时间，这样既保证了蓄电池长期供电工作，又大大地提高了系统的可靠性。

报警中心的硬件由与无线传送模块相匹配的无线接收模块及语音报警芯片组成。一旦无线接收模块收到报警信号，即启动语音报警芯片工作，通过语音放大电路，高响度地实现语音报警。

3.2　软件设计

监控器中单片机软件设计用C51语言编程，采用结构化和模块化的设计方法。主程序模块包括T₀初值采集模块、5min定时模块、T值实测模块、无线数据传送模块等，其中T₀初值采集模块在系统上电后自动完成，作为该监控器所监控线路的标称值。因而需要注重的是：当该监控器切换至另一条线路使用时，监控器需要重新断电，并上电复位工作，以测得新线路的T₀值，主程序流程如图3所示。

单片机中的中断服务程序主要是INT0中断服务，它所完成的只是当INT0中断出现时停止第2定时器T1的工作，并计算实际测量单稳态时间值T。

图3　主程序流程图

4　结束语

该农用电网线路防盗报警系统设计开发完成后，已用于浙江某镇6条农用电网线路的防盗监控中，经半年多的使用，系统稳定可靠，表明系统的设计是可行，有效的。

该系统只要对现场监控和报警中心的功能进行更进一步地扩展，完全可以用于农村其它用电设备与线路的监控工作。