電子?xùn)艡谑欠辣I系統(tǒng)數(shù)字化的產(chǎn)物，其目的是對(duì)受保護(hù)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有非法人員入侵保護(hù)區(qū)域或從保護(hù)區(qū)域中逃脫時(shí)，將發(fā)出報(bào)案訊號(hào)，并及時(shí)通知防護(hù)人員對(duì)報(bào)案信息進(jìn)行確認(rèn)。目前市場(chǎng)上電子?xùn)艡诒O(jiān)控系統(tǒng)主要有視頻監(jiān)控系統(tǒng)、紅外對(duì)射周界報(bào)案系統(tǒng)、靜電感應(yīng)式電子?xùn)艡诘取Ｒ曨l監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。目前，在國(guó)外外市場(chǎng)上，主要分為數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類。視頻監(jiān)控系統(tǒng)正處在數(shù)控模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)混和應(yīng)用并將逐步向數(shù)字系統(tǒng)過(guò)渡的階段。紅外對(duì)射周界報(bào)案系統(tǒng)是對(duì)外圍周界進(jìn)行防范和控制管理的系統(tǒng)，由發(fā)射端和接收端組成射束網(wǎng)，當(dāng)有人跨界時(shí)，則有2束或4束紅外線被遮擋切斷，接收端輸出報(bào)案訊號(hào)，觸發(fā)控制主機(jī)報(bào)案。視頻監(jiān)控系統(tǒng)和紅外對(duì)射防盜系統(tǒng)適宜庫(kù)房、小區(qū)等小范圍的安全防護(hù)。本文介紹的基于虛擬儀器及DSP的靜電感應(yīng)式電子?xùn)艡趹?yīng)用靜電場(chǎng)感應(yīng)原理。系統(tǒng)工作時(shí)在發(fā)射線上加上一定頻度的方波訊號(hào)，當(dāng)入侵者接近柵欄時(shí)接收線上的訊號(hào)幅度都會(huì)發(fā)生變化，經(jīng)檢查器剖析處理后，主機(jī)發(fā)出報(bào)案訊號(hào)。這些電子?xùn)艡跓o(wú)盲點(diǎn)、無(wú)死角，后端柵欄是有形的柵欄，可以隨著地形高低起伏任意架設(shè)，能夠挺好地適應(yīng)各類環(huán)境。
1系統(tǒng)原理及總體設(shè)計(jì)方案
1.1靜電感應(yīng)原理
在感應(yīng)場(chǎng)區(qū)有電感耦合和電容耦合2種方式，在高阻抗的高頻電路中容易形成電容耦合。
如圖1所示，設(shè)導(dǎo)體g上加有高頻電流Eg，另一導(dǎo)體s作為體味器，導(dǎo)體與大地之間的分布電容為Cs，導(dǎo)體g與導(dǎo)體s間的分布電容為Ggs，則g在s上形成的感應(yīng)電流為：
當(dāng)Cs和Cgs發(fā)生變化時(shí)，Us就急劇而發(fā)生變化。本系統(tǒng)中就是按照檢測(cè)Us的變化來(lái)判定是否有人非法侵入，假如Us的變化超過(guò)報(bào)案門限值，系統(tǒng)將發(fā)出相應(yīng)的報(bào)案訊號(hào)。
1.2靜電感應(yīng)式電子?xùn)艡诠ぷ髟?span style="display:none">OFT物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
工作原理如圖2所示，把一個(gè)方波訊號(hào)加在發(fā)射線圈上，接收線圈上同時(shí)也會(huì)有感應(yīng)電流存在。當(dāng)有人緊靠感應(yīng)線圈時(shí)，因?yàn)槿说慕殡姵?shù)小于空氣的介電常數(shù)，這時(shí)接收線和地之間的分布電容Cs減小，同時(shí)發(fā)射線和地之間、發(fā)射線和接受線之間的分布電容還會(huì)有變化，但在本系統(tǒng)中可以忽視。由式(1)可得，當(dāng)Cs減小時(shí)，接收線電流幅度Us會(huì)增長(zhǎng)，按照電流增長(zhǎng)幅度，即可以判定是否有人入侵。
靜電感應(yīng)二極管在電源電路中的應(yīng)用研究
在以前發(fā)表的“靜電感應(yīng)二極管（SITH）的應(yīng)用研究”一文中，我們對(duì)國(guó)產(chǎn)SITH元件的基本特點(diǎn)作了研究，并研發(fā)了四種驅(qū)動(dòng)電路。在這四種電路驅(qū)動(dòng)下，SITH元件取得了0.2ms以下的開(kāi)關(guān)速率。現(xiàn)進(jìn)一步將驅(qū)動(dòng)電路及SITH元件一起擴(kuò)充成實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用電路，經(jīng)測(cè)試
3軟件算法設(shè)計(jì)及仿真
軟件設(shè)計(jì)在平臺(tái)下進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中均得到了正確的仿真結(jié)果，而且具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可移植性。
3.1數(shù)據(jù)采集
本軟件用聲卡完成數(shù)據(jù)采集，在/CVI下對(duì)聲卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的控制。/CVI下聲卡的控制可以直接調(diào)用自帶函數(shù)，也可以調(diào)用VC++中的API函數(shù)，本設(shè)計(jì)調(diào)用了API函數(shù)。聲卡采集數(shù)據(jù)流程如圖6所示。
3.2數(shù)據(jù)處理
系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量接收端電流的變化幅度來(lái)判定是否發(fā)出報(bào)案訊號(hào)，因而要對(duì)接收到的交流訊號(hào)進(jìn)行數(shù)字檢波，便于判別電流的變化幅度。數(shù)據(jù)處理框圖如圖7所示。
3.2.1帶通混頻器的設(shè)計(jì)
在仿真程序中帶通混頻器直接調(diào)用/CVI中的的函數(shù)。但在DSP中數(shù)字帶通混頻器必須自己設(shè)計(jì)，IIR混頻器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分為直接I型，直接Ⅱ型，級(jí)聯(lián)型和并聯(lián)型。
直接I型的結(jié)構(gòu)須要2N級(jí)延后單元，直接Ⅱ型與I型相比節(jié)約了1/2延后，即須要N級(jí)延后單元，是最常用的IIR混頻器結(jié)構(gòu)之一。如圖8是直接Ⅱ型結(jié)布光。
IIR混頻器的設(shè)計(jì)工具，不僅可以借助一些專用的檢波器設(shè)計(jì)工具程序外，也可以利拿來(lái)設(shè)計(jì)。
3.2.2數(shù)字檢波以及均值混頻算法
數(shù)字檢波是將一個(gè)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)取平均值。因?yàn)閿?shù)字檢波后的波形不是很平滑，振動(dòng)幅度比較大，因而必須再通過(guò)一次中值混頻得到比較平滑波形靜電感應(yīng)，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。均值混頻流程圖如圖9所示。
3.3系統(tǒng)仿真與剖析
3.3.1仿真結(jié)果
圖10是沒(méi)有人接近感應(yīng)線時(shí)的波形顯示，圖11為有人接近感應(yīng)線后的波形顯示。兩圖對(duì)比，圖11中的波形有顯著的增長(zhǎng)，波形微分值也發(fā)生了相應(yīng)的變化。
3.3.2系統(tǒng)的抗干擾性剖析
當(dāng)有小昆蟲(chóng)接近感應(yīng)線圈時(shí)，接收線的電流幅度也會(huì)升高，而且因?yàn)槿梭w對(duì)感應(yīng)線圈感應(yīng)電容的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小昆蟲(chóng)，因而接收線電流增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人接近時(shí)的增長(zhǎng)幅度，所以設(shè)定幾個(gè)不同報(bào)案門閥值，能夠?qū)⑷撕推渌参飬^(qū)別開(kāi)來(lái)。在大雪天因?yàn)榭諝鉁囟劝l(fā)生變化，空氣介電常數(shù)也發(fā)生了變化，造成系統(tǒng)的分布電容發(fā)生變化，而且這個(gè)變化極小，對(duì)本系統(tǒng)幾乎無(wú)影響。
因?yàn)橄到y(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理，會(huì)遭到外部電磁干擾，尤其是相鄰系統(tǒng)間的干擾。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在相鄰系統(tǒng)的發(fā)射線上加了不同頻度的方波訊號(hào)，避開(kāi)了相鄰系統(tǒng)間的干擾。本設(shè)計(jì)中，選用了3kHz，5kHz，7kHz的方波訊號(hào)靜電感應(yīng)，相鄰系統(tǒng)的發(fā)射端得到不同的發(fā)射訊號(hào)。接收端收到訊號(hào)之后采用了以發(fā)射端訊號(hào)頻度為中心頻度、帶寬為1kHz的帶通混頻，混頻后去除干擾訊號(hào)得到有用訊號(hào)。
3.3.3單系統(tǒng)防護(hù)距離
隨著感應(yīng)線圈厚度的變化，線圈和地之間的分布電容也會(huì)形成相應(yīng)的變化，感應(yīng)線圈越長(zhǎng)，分布電容越大。在感應(yīng)線很長(zhǎng)時(shí)，人接近感應(yīng)線后，分布電容的變化較小，會(huì)造成系統(tǒng)靈敏度升高，所以單系統(tǒng)的防護(hù)距離不宜太長(zhǎng)，限定150m內(nèi)為宜。
4結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)軟件仿真和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了正確的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行了詳盡的數(shù)據(jù)剖析之后，證明整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和估算方式是正確的。基于虛擬儀器及DSP的靜電感應(yīng)式電子?xùn)艡谙到y(tǒng)的后端欄桿帶有高壓脈沖電給入侵者極大牽制，有形柵欄給入侵者帶來(lái)了好多制約，若強(qiáng)行人侵，則系統(tǒng)手動(dòng)發(fā)出聲、光報(bào)案，并可以與其他安防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)(如防盜報(bào)案主機(jī)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、110報(bào)案等)。該電子?xùn)艡谀苓m應(yīng)各類環(huán)境，且誤報(bào)率極低，克服了傳統(tǒng)的紅外、微波等技術(shù)的缺陷，報(bào)案基本不受氣候、地形、樹(shù)木、小昆蟲(chóng)等影響。