一种高压脉冲电子围栏主机及其工作方法

1.一种高压脉冲电子围栏主机，其特征在于：包括主机控制模块、高压充电模块、高压放电模块、高压输出模块、高压输入模块、高压检测模块；所述主机控制模块依次经高压充电模块、高压放电模块、高压输出模块与围栏的一端相连；所述围栏的另一端与所述高压输入模块相连；所述高压输入模块通过高压检测模块与主机控制模块相连；主机控制模块以微控制器为控制核心，所述微控制器具有多路输入/输出端口，微控制器内部集成有PWM电路、多路A/D转换电路、2路串口和存储器；所述微控制器主要包括一微处理芯片；所述主机控制模块还包括检测控制电路、第一切换电路、第二切换电路、第三切换电路；所述检测控制电路将四路检测信号输入到微处理芯片中，由微处理芯片对围栏的电压正常与否做出判断，并根据判断结构执行相应动作；当围栏出现短路、断路报警时，主机控制模块将自动切换到低压状态，以防止高压脉冲对入侵者造成人身伤害；所述第一切换电路用以实现微处理芯片F_A_O_A端口的高低电压的切换；第二切换电路用以实现微处理芯片F_A_O_B端口的高低电压的切换；第三切换电路用以实现微处理芯片ERROR端口的高低电压的切换。
2.根据权利要求1所述的高压脉冲电子围栏主机，其特征在于：所述高压脉冲电子围栏主机还包括一与主机控制模块相连的通信装置模块，用以完成高压脉冲电子围栏主机与上级系统交换信息。
3.根据权利要求1所述的高压脉冲电子围栏主机，其特征在于：所述高压充电模块包括第一变压器和第一大电容，所述第一变压器的第8、9、10管脚均通过二极管与所述第一大电容的一端相连，第一大电容的另一端接地；所述第一大电容用以实现电压充电，所述第一变压器用以将充电电压变压成适合输入给高压放电模块的电压。
4.根据权利要求1所述的高压脉冲电子围栏主机，其特征在于：所述高压放电模块包括第二变压器、第二大电容和放电控制电路，所述第二变压器的第1管脚通过电感与第二大电容的一端相连，第二大电容的另一端接地；所述第二变压器的第2管脚通过放电控制电路与所述主机控制模块相连。
5.根据权利要求1所述的高压脉冲电子围栏主机，其特征在于：所述高压输出模块包括高压放电变压器TR2，高压放电变压器TR2的3、5管脚分别经一组串联的压敏电阻与高压接线柱相连；TR2的4管脚通过高压屏蔽线与高压接线柱相连。
6.根据权利要求1所述的高压脉冲电子围栏主机，其特征在于：所述高压脉冲电子围栏主机还包括分别与主机控制模块相连的按键输入模块、液晶显示模块、报警模块；所述按键输入模块与微控制器的一路输入/输出端口相连，用以输入控制信息和相关数据；液晶显示模块采用段式黑白液晶屏，用以显示当前主机和围栏的运行状态；所述报警模块用于接收主机控制模块输出的报警信号BELL_L，启动警铃M1实现报警；所述报警模块是一个蜂鸣器，主要包括一个三极管Q11，报警信号BELL_L接入三极管Q11的基极，三极管Q11的发射极接地，集电极接警铃M1，同时基极与发射极之间连接有电阻R27。
7.一种高压脉冲电子围栏主机的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，所述高压脉冲电子围栏主机中的主机控制模块经高压充电模块充电，然后经高压放电模块放电，最后经高压输出模块输出脉冲给围栏；
步骤二，高压输入模块从围栏接收脉冲，脉冲经高压输入模块进入高压检测模块进行检测，高压检测模块将检测结果输入给主机控制模块；所述主机控制模块以微控制器为控制核心，所述微控制器具有多路输入/输出端口，微控制器内部集成有PWM电路、多路A/D转换电路、2路串口和存储器；所述微控制器主要包括一微处理芯片；所述主机控制模块还包括检测控制电路、第一切换电路、第二切换电路、第三切换电路；所述检测控制电路将四路检测信号输入到微处理芯片中，由微处理芯片对围栏的电压正常与否做出判断，并根据判断结构执行相应动作；当围栏出现短路、断路报警时，主机控制模块将自动切换到低压状态，以防止高压脉冲对入侵者造成人身伤害；所述第一切换电路用以实现微处理芯片F_A_O_A端口的高低电压的切换；第二切换电路用以实现微处理芯片F_A_O_B端口的高低电压的切换；第三切换电路用以实现微处理芯片ERROR端口的高低电压的切换。
8.根据权利要求7所述的高压脉冲电子围栏主机的工作方法，其特征在于，还包括：
所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的通信装置模块完成高压脉冲电子围栏主机与上级系统交换信息的步骤；
所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的按键输入模块输入控制信息和相关数据给主机控制模块的步骤；
所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的液晶显示模块显示当前主机和围栏的运行状态的步骤；
所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的报警模块接收主机控制模块输出的报警信号BELL_L，启动警铃实现报警的步骤。

一种高压脉冲电子围栏主机及其工作方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于电子通信技术领域，涉及一种高压脉冲电子围栏主机及其工作方法。\n背景技术\n[0002] 在普通居民住宅区、别墅住宅区、企事业单位、工厂、仓库、变电站、电厂、学校、看守所、监狱、机场、军事基地、政府机构、重点文物保护单位等场所均需要周界安全防范和周界入侵报警设施。目前，市场上的高压脉冲电子围栏周界防入侵报警系统大多设计功能单一，既没有高压等级设置功能，也没有液晶显示模块，无法实现电压等级切换以及简单、友好的人机界面，这就使得目前的高压脉冲电子围栏主机在有人入侵时不能自动切换到低压状态，从而可能对入侵者造成伤害；由于没有设计液晶屏，无法提供简单、友好的人机界面，从而使得主机操作不够简单明了；不能提示系统安全运行时间；采用单极性技术，相邻两路短路不报警。针对已有技术中存在的缺陷，为了实现高压脉冲电子围栏主机高压等级可调、有入侵时自动切换到低压状态、友好直观的人机界面、相邻两路短路报警、提示系统安全运行时间等功能，我们发明了一种高压脉冲电子围栏主机。\n发明内容\n[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种高压脉冲电子围栏主机，该主机可以实现围栏的高压等级可调、有入侵时可以自动切换到低压状态；\n[0004] 此外，本发明还提供一种高压脉冲电子围栏主机的工作方法。\n[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。\n[0006] 一种高压脉冲电子围栏主机，包括主机控制模块、高压充电模块、高压放电模块、高压输出模块、高压输入模块、高压检测模块；所述主机控制模块依次经高压充电模块、高压放电模块、高压输出模块与围栏的一端相连；所述围栏的另一端与所述高压输入模块相连；所述高压输入模块通过高压检测模块与主机控制模块相连。\n[0007] 作为本发明的一种优选方案，所述高压脉冲电子围栏主机还包括一与主机控制模块相连的通信装置模块，用以完成高压脉冲电子围栏主机与上级系统交换信息。\n[0008] 作为本发明的另一种优选方案，主机控制模块以微控制器为控制核心，所述微控制器具有多路输入/输出端口，微控制器内部集成有PWM电路、多路A/D转换电路、2路串口和存储器。\n[0009] 作为本发明的再一种优选方案，所述高压充电模块包括第一变压器和第一大电容，所述第一变压器的第8、9、10管脚均通过二极管与所述第一大电容的一端相连，第一大电容的另一端接地；所述第一大电容用以实现电压充电，所述第一变压器用以将充电电压变压成适合输入给高压放电模块的电压。\n[0010] 作为本发明的再一种优选方案，所述高压放电模块包括第二变压器、第二大电容和放电控制电路，所述第二变压器的第1管脚通过电感与第二大电容的一端相连，第二大电容的另一端接地；所述第二变压器的第2管脚通过放电控制电路与所述主机控制模块相连。\n[0011] 作为本发明的再一种优选方案，所述高压输出模块包括高压放电变压器TR2，高压放电变压器TR2的3、5管脚分别经一组串联的压敏电阻与高压接线柱相连；TR2的4管脚通过高压屏蔽线与高压接线柱相连。\n[0012] 作为本发明的再一种优选方案，所述高压脉冲电子围栏主机还包括分别与主机控制模块相连的按键输入模块、液晶显示模块、报警模块；所述按键输入模块与微控制器的一路输入/输出端口相连，用以输入控制信息和相关数据；液晶显示模块采用段式黑白液晶屏，用以显示当前主机和围栏的运行状态；所述报警模块用于接收主机控制模块输出的报警信号BELL_L，启动警铃M1实现报警；所述报警模块是一个蜂鸣器，主要包括一个三极管Q11，报警信号BELL_L接入三极管Q11的基极，三极管Q11的发射极接地，集电极接警铃M1，同时基极与发射极之间连接有电阻R27。\n[0013] 一种高压脉冲电子围栏主机的工作方法，包括以下步骤：\n[0014] 步骤一，所述高压脉冲电子围栏主机中的主机控制模块经高压充电模块充电，然后经高压放电模块放电，最后经高压输出模块输出脉冲给围栏；\n[0015] 步骤二，高压输入模块从围栏接收脉冲，脉冲经高压输入模块进入高压检测模块进行检测，高压检测模块将检测结果输入给主机控制模块。\n[0016] 作为本发明的一种优选方案，所述的高压脉冲电子围栏主机的工作方法还包括：\n[0017] 所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的通信装置模块完成高压脉冲电子围栏主机与上级系统交换信息的步骤；\n[0018] 所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的按键输入模块输入控制信息和相关数据给主机控制模块的步骤；\n[0019] 所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的液晶显示模块显示当前主机和围栏的运行状态的步骤；\n[0020] 所述高压脉冲电子围栏主机中与主机控制模块相连的报警模块接收主机控制模块输出的报警信号BELL_L，启动警铃实现报警的步骤。\n[0021] 本发明的有益效果在于：本发明实现了高压脉冲电子围栏主机高压等级可调、有入侵时可以自动切换到低压状态；且使用了大屏幕液晶屏，提供了友好直观的人机界面，能够显示系统的安全运行时间；此外还采用了双极性(BIPOLAR)技术，使每根围栏都带电，相邻两根围栏短路也可报警。\n附图说明\n[0022] 图1为本发明所述的高压脉冲电子围栏主机的结构示意图；\n[0023] 图2为高压脉冲电子围栏主机的应用示意图；\n[0024] 图3A为主机控制模块中的微控制器的电路图；\n[0025] 图3B为主机控制模块中的检测控制电路图；\n[0026] 图3C-1为主机控制模块中的第一切换电路的结构示意图；\n[0027] 图3C-2为主机控制模块中的第二切换电路的结构示意图；\n[0028] 图3C-3为主机控制模块中的第三切换电路的结构示意图；\n[0029] 图3D为主机控制模块中的电源电路图；\n[0030] 图3E为主机控制模块中的端子连接关系示意图；\n[0031] 图4A为高压充电模块的第一部分电路图；\n[0032] 图4B为高压充电模块的第二部分电路图；\n[0033] 图5A为高压放电模块的第一部分电路图；\n[0034] 图5B为高压放电模块的第二部分电路图；\n[0035] 图5C为高压放电模块的第三部分电路图；\n[0036] 图6为高压输出模块的电路结构示意图；\n[0037] 图7A为信号HV_S_A的第一路检测电路结构示意图；\n[0038] 图7B为信号HV_S_A的第二路检测电路结构示意图；\n[0039] 图7C为信号HV_S_B的第一路检测电路结构示意图；\n[0040] 图7D为信号HV_S_B的第二路检测电路结构示意图；\n[0041] 图8为通信装置模块的电路结构示意图；\n[0042] 图9为报警模块的电路结构示意图。\n[0043] 主要组件符号说明：\n[0044] 1、主机控制模块； 2、通信装置模块；\n[0045] 3、报警模块； 4、高压充电模块；\n[0046] 5、高压放电模块； 6、高压检测模块；\n[0047] 7、高压输出模块； 8、高压输入模块；\n[0048] 9、按键输入模块； 10、液晶显示模块。\n具体实施方式\n[0049] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。\n[0050] 实施例一\n[0051] 本实施例提供一种高压脉冲电子围栏主机，如图1所示，包括主机控制模块1、通信装置模块2、报警模块3、高压充电模块4、高压放电模块5、高压检测模块6、高压输出模块\n7、高压输入模块8、按键输入模块9、液晶显示模块10。所述主机控制模块1经高压充电模块4、高压放电模块5、高压输出模块7与围栏部分(交替排列的两组钢丝绳，A、C一组，B、D一组，如图2所示)连接，高压输出模块7的脉冲输出端分别与围栏部分的两组钢丝绳的一端(A和B)连接，两组钢丝绳的另一端(C和D)接入高压输入模块8，高压输入模块8的输出端经高压检测模块6接入主机控制模块1；主机控制模块1通过按键输入模块9设置围栏工作电压等级(用户可根据实际需求来设置围栏的工作电压，共有四个等级0.99KV、\n2.5KV、3.5KV、5.5KV，这是本发明的一大特色，使得本发明应用更加灵活、广泛)、主机状态(可设置开机、关机)、液晶背光状态(可设置打开背光、关闭背光)等。主机控制模块1经通信装置模块2与外部设备连接，并根据围栏或主机运行状态控制报警模块3输出报警信号。\n[0052] 下面对各个模块分别进行详细描述：\n[0053] 【主机控制模块1】\n[0054] 主机控制模块以PIC18F6527微控制器为控制核心，该微控制器具有多路的输入/输出端口，且内部集成有PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)电路，多路A/D转换电路，2路串口EUSART，大容量EEPROM(用于保存系统运行数据)。\n[0055] 图3A为主机控制模块中的微控制器的电路图，主要包括一微处理芯片，该处理芯片实现对整个主机的控制。\n[0056] 图3B为主机控制模块中的检测控制电路图，该检测控制电路将四路检测信号输入到微处理芯片中，由微处理芯片对围栏的电压正常与否做出判断，并根据判断结构执行相应动作。\n[0057] 图3C-1为主机控制模块中的第一切换电路的结构示意图，第一切换电路用以实现微处理芯片F_A_O_A端口的高低电压的切换。\n[0058] 图3C-2为主机控制模块中的第二切换电路的结构示意图，第二切换电路用以实现微处理芯片F_A_O_B端口的高低电压的切换。\n[0059] 图3C-3为主机控制模块中的第三切换电路的结构示意图，第三切换电路用以实现微处理芯片ERROR端口的高低电压的切换。\n[0060] 图3D为主机控制模块中的电源电路图，电源电路用以为主机控制模块提供电源。\n[0061] 图3E为主机控制模块中的端子连接关系示意图。\n[0062] 【高压充电模块4】\n[0063] 高压充电模块以变压器和一个8uf/700V或者16uf/700V或者16uf/900V等不同型号的大电容组成，完成高压脉冲的第一级放大。\n[0064] 图4A为高压充电模块的第一部分电路图，其输入信号为CONTROL和PWM O，输出信号为22VA和CHG。\n[0065] 图4B为高压充电模块的第二部分电路图，其输入信号为22VA和CHG，22VA和CHG分别接入升压变压器TRANS1的第3和5管脚，升压变压器TRANS1的第12管脚接地，升压变压器TRANS1的第9管脚经串联的二极管D1、D2和电阻R1输出信号HV_S_A；二极管D2的负极与一大电容C1的第1和2管脚相连，大电容C1的第3和4管脚接地。\n[0066] 【高压放电模块5】\n[0067] 高压放电模块由变压器、大电容和放电控制电路组成，完成高压脉冲的第二级放大。\n[0068] 高压放电模块主要以高频升压变压器为核心，形成两级升压原理，并形成正、负两路高压脉冲。正、负两路高压脉冲经围栏部分反馈到高压输入模块，再接入高压检测模块，完成正、负两路高压脉冲的检测，并作为断路、短路报警的依据。当围栏出现短路、断路报警时，主机控制模块将自动切换到低压状态，以防止高压脉冲对入侵者造成人身伤害，同时，报警模块将输出报警信号，通信装置模块将相关报警信息上传到上级报警系统，液晶屏上将显示相应的报警信息。\n[0069] 图5A为高压放电模块的第一部分电路图，该第一部分电路为放电控制电路，其输入信号分别为来自微处理芯片的DSG A和DSG B，信号DSG A经三极管Q4放大后输出，信号DSG B经三极管Q5放大后输出。\n[0070] 图5B为高压放电模块的第二部分电路图，包括变压器TR2、大电容C1，所述变压器TR2的第1管脚通过电感L2与大电容C1的一端相连，大电容C1的另一端接地；变压器TR2的第2管脚通过放电控制电路与三极管Q4的集电极相连。\n[0071] 图5C为高压放电模块的第三部分电路图，包括变压器TR3、大电容C2，所述变压器TR3的第1管脚通过电感L3与大电容C2的一端相连，大电容C2的另一端接地；变压器TR3的第2管脚通过放电控制电路与三极管Q5的集电极相连。\n[0072] 【高压输出模块7】\n[0073] 高压输出模块主要由压敏电阻、高压接线柱、高压屏蔽线组成。图6为高压输出模块的电路结构示意图，其中，高压放电变压器TR2的3、5管脚分别经一组串联的压敏电阻与高压接线柱相连；TR2的4管脚通过高压屏蔽线与高压接线柱相连。\n[0074] 【高压输入模块8】\n[0075] 高压输入模块用以从围栏接收电压信号。\n[0076] 【高压检测模块6】\n[0077] 高压检测模块主要由四路红外发光与接收管(即光电耦合器U5、U6、U7、U8)组成，主要完成高压脉冲信号的检测功能，其电路结构如下：\n[0078] 图7A为信号HV_S_A的第一路检测电路结构示意图，其输入信号P_HVOLTR_A来自高压输入模块的输出信号HV_S_A；该电路主要包括光电耦合器U5，U5的第一输入端输入待检测信号P_HVOLTR_A，同时第一输入端通过二极管D45接高压接线柱；U5的第一输出端接+12VL，U5的第二输出端通过二极管D37输出检测信号PA_IN_TEST_A给微处理芯片；U5的第二输入端直接接高压接线柱。\n[0079] 图7B为信号HV_S_A的第二路检测电路结构示意图，其输入信号N_HVOLTR_A来自高压输入模块；该电路主要包括光电耦合器U6，U6的第一输入端接高压接线柱，同时第一输入端通过二极管D46与U6的第二输入端相连；U6的第二输入端输入待检测信号N_HVOLTR_A；U6的第一输出端接+12VL，U6的第二输出端通过二极管D39输出信号NA_IN_TEST_A给微处理器。\n[0080] 图7C为信号HV_S_B的第一路检测电路结构示意图，其输入信号P_HVOLTR_B来自高压输入模块的输出信号HV_S_B；该电路主要包括光电耦合器U8，U8的第一输入端输入待检测信号P_HVOLTR_B，同时第一输入端通过二极管D47接高压接线柱；U8的第一输出端接+12VL，U8的第二输出端通过二极管D41输出检测信号PA_IN_TEST_B给微处理芯片；U8的第二输入端直接接高压接线柱。\n[0081] 图7D为信号HV_S_B的第二路检测电路结构示意图，其输入信号N_HVOLTR_B来自高压输入模块的输出信号HV_S_B。该电路主要包括光电耦合器U7，U7的第一输入端接高压接线柱，同时第一输入端通过二极管D48与U7的第二输入端相连；U7的第二输入端输入待检测信号N_HVOLTR_B；U7的第一输出端接+12VL，U7的第二输出端通过二极管D42输出信号NA_IN_TEST_B给微处理器。\n[0082] 【通信装置模块2】\n[0083] 通信装置模块采用RS485通信方式，MAX485作为485总线驱动器，该模块主要完成高压脉冲电子围栏主机与上级系统交换信息。\n[0084] 图8为通信装置模块的电路结构示意图，其主要包括一485总线驱动芯片U2，U2的1、2、4管脚分别接入485_R、485_EN_H、485_D三路信号；U2的6、7管脚分别输出485A、\n485B二路信号。\n[0085] 【按键输入模块9】\n[0086] 按键输入模块与微控制器的一路输入/输出端口相连接，用于输入控制信息和相关数据。按键输入模块和液晶显示模块提供人机接口。\n[0087] 【液晶显示模块10】\n[0088] 液晶显示模块采用段式黑白液晶屏，显示当前主机和围栏的运行状态，主要包括围栏电压等级、主机无故障运行时间、围栏报警状态、主机电源状态、蓄电池状态、主机防拆状态等。显示围栏电压等级可以让用户很直观的看到当前围栏上的电压数值；显示主机无故障运行时间可以让用户了解到当前系统已安全运行的具体时间；显示围栏报警状态可以把围栏报警直观的呈现在用户面前；显示主机电源状态可以帮助用户了解当前主机是工作在市电状态还是蓄电池状态，若工作在蓄电池状态，则指示出蓄电池电量是否充足；用户可以通过显示的电源状态及时排除电源故障，以保证系统安全、可靠地运行；显示主机防拆状态可以直观的看到主机是否被非法打开或破坏。总之，液晶显示模块可以让用户更加直观、全面的了解主机和围栏的当前状态，使得高压脉冲电子围栏主机界面更加友好，操作更加简单。\n[0089] 【报警模块3】\n[0090] 报警模块的电路结构如图9所示，其与主机控制模块相连，用于接收主机控制模块输出的报警信号BELL_L，启动警铃M1实现报警。该报警模块是一个蜂鸣器，主要包括一个三极管Q11，报警信号BELL_L接入三极管Q11的基极，三极管Q11的发射极接地，集电极接警铃M1，同时基极与发射极之间连接有电阻R27。\n[0091] 此外，本实施例还提供了高压脉冲电子围栏主机的工作方法，该方法主要包括以下内容：\n[0092] 主机控制模块以单片机为控制核心，通过控制高压充电模块完成高压脉冲的第一级放大；然后通过控制高压放电模块实现高压脉冲的第二级放大，并形成正、负两路高压脉冲。正、负两路高压脉冲经围栏反馈到高压输入模块，再接入高压检测模块，完成正、负两路高压脉冲的检测功能，并作为断路、短路报警的依据。\n[0093] 当围栏出现短路、断路报警时，主机控制模块将自动切换到低压状态，以防止高压脉冲对入侵者造成人身伤害，同时，报警模块将输出报警信号，通信装置模块将相关报警信息上传到上级报警系统，液晶屏上将显示相应的报警信息。\n[0094] 图2为所述高压脉冲电子围栏主机的应用示意图，其中高压脉冲电子围栏主机设有两路高压脉冲输出，分为两个防区，每一路对应一个防区；高压输出模块的脉冲输出端分别与围栏部分的钢丝绳A、钢丝绳B的一端连接。钢丝绳A、B的另一端分别对应与钢丝绳C、D交叉连接，将钢丝绳C、D的另一端接入高压输入模块，通过高压检测模块完成高压脉冲的检测功能，这样钢丝绳A、B、C、D就组成了四线制围栏系统。同样用另一路高压脉冲连接另一个防区；一个完整的四线制双防区电子围栏系统就依托所述高压脉冲电子围栏主机建立起来了。\n[0095] 本发明的优点是：\n[0096] 1)高压等级可调、有入侵时自动切换到低压状态；\n[0097] 2)采用双极性(BIPOLAR)技术，使每根围栏都带电，相邻两根围栏短路可报警；\n[0098] 3)大屏幕液晶显示，人机界面更加友好；显示主机安全运行时间，使系统运行更加安全明了。\n[0099] 本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。\n这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。