基于MEMS芯片實現(xiàn)周界入侵報警系統(tǒng)應用

成都弱電公司訊：

近些年隨著安防報警技術的不斷進步，各種依附于固體防護結(jié)構上的電子周界探測系統(tǒng)不斷推陳出新，從最開始的主動紅外探測技術、電子脈沖放電探測技術，一直發(fā)展到現(xiàn)在有各種各樣針對分歧應用需求的特定周界防護系統(tǒng)，這其中就包含依附于金屬編花或者焊絲圍網(wǎng)上的振動探測系統(tǒng)?；谡駝訖z測的周界入侵系統(tǒng)有很多種：震動電纜、光纖干涉、慣性振動等等，本文重點闡述利用MEMS芯片傳感技術實現(xiàn)的振動探測周界入侵報警系統(tǒng)。

微電子機械系統(tǒng)(Micro-ElectroMechanicalSystems，MEMS)是解決傳感器微型化的關鍵技術，簡樸來說，其工作原理是外部環(huán)境物理、化學和生物等信號輸入，通過微傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過信號處理(模擬信號或數(shù)字信號)后，由微執(zhí)行器執(zhí)行動作，達到與外部環(huán)境“互動”的功能，它是物聯(lián)網(wǎng)核心技術所在。

周界入侵報警系統(tǒng)通常指對某一線狀邊界(如重要區(qū)域的圍墻)進行監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)有非法通過該邊界的行為時產(chǎn)生報警，以實現(xiàn)對目標區(qū)域的監(jiān)測保護。周界入侵報警系統(tǒng)會使用戶的平安防范經(jīng)管變的非常簡樸，它在柵欄上形成一道電子防線，一天24小時不間斷工作，一旦有入侵行為發(fā)生，系統(tǒng)會馬上給出報警信號，通知值班人員。這樣可以節(jié)省人力、物力和財力，最關鍵的是系統(tǒng)可以降低值班人員的勞動強度，使安保人員時刻保持高度注重力，有效屏蔽巡邏值班人員因為疏忽疲憊造成的周界漏洞。近些年隨著安防報警技術的不斷進步，各種依附于固體防護結(jié)構上的電子周界探測系統(tǒng)不斷推陳出新，從最開始的主動紅外探測技術、電子脈沖放電探測技術，一直發(fā)展到現(xiàn)在有各種各樣針對分歧應用需求的特定周界防護系統(tǒng)，這其中就包含依附于金屬編花或者焊絲圍網(wǎng)上的振動探測系統(tǒng)?；谡駝訖z測的周界入侵系統(tǒng)有很多種：震動電纜、光纖干涉、慣性振動等等，本文重點闡述利用MEMS芯片傳感技術實現(xiàn)的振動探測周界入侵報警系統(tǒng)。

基于MEMS芯片的周界探測系統(tǒng)構成

一般的周界探測系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本構成是相似的：傳感、網(wǎng)絡以及控制經(jīng)管。

基于MEMS芯片的振動傳感器-ViSEN

振動傳感器ViSEN基于一個3軸加速度傳感器芯片，外部環(huán)境輸入(振動)導致MEMS芯片XYZ軸加速度值發(fā)生變化，振動傳感器ViSEN上的傳感處理器芯片采集到加速度變化信息，經(jīng)過多重算法過濾掉干擾，將告警信息通過數(shù)字通信組件傳遞出去。由于MEMS芯片能提供3軸持續(xù)穩(wěn)定可靠的振動數(shù)據(jù)，我們可以實現(xiàn)多維度算法綜合分析，確保系統(tǒng)穩(wěn)定準確工作，值班人員不會為“狼來了”這樣的誤報疲于應付。

傳感器的原理結(jié)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5D算法，形成對入侵告警的初步判斷，然后將告警信息通過數(shù)字通信組件發(fā)送出去。傳感處理器也可以通過數(shù)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(shù)，提高傳感器的適應性。

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

建立系統(tǒng)形成傳感器網(wǎng)絡

完成了能有效感知圍網(wǎng)振動的傳感器，我們需要形成一個系統(tǒng)將眾多傳感器上的告警信息收集起來，這個系統(tǒng)可以是基于ZigBee的無線傳輸網(wǎng)絡也可以是電纜連接的有線傳輸網(wǎng)絡。

在ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡中，振動傳感器ViSEN使用電池供電。只有在振動發(fā)生的時候傳感器才進入工作狀態(tài)，平時一直處于休眠狀態(tài)，這樣可以保證傳感器不換電池工作一年以上。在這個網(wǎng)絡中，所有的傳感器都是終端(EndPoint)設備，系統(tǒng)會在適當?shù)牡攸c設置路由(Router)設備，最終都連接到協(xié)調(diào)處理設備VGM(Coordinator)上。

對于周界探測系統(tǒng)經(jīng)常應用的線狀邊界來說，用電纜連接的有線傳輸網(wǎng)絡更加適合。系統(tǒng)通過感應電纜將振動傳感器ViSEN串聯(lián)起來連接到現(xiàn)場控制主機VGM上，而后者通過電纜給傳感器供電和提供通信媒介。傳感器與現(xiàn)場控制主機間形成CAN總線連接，保證傳感器上的報警能夠及時主動上報到主機，幾乎可以實現(xiàn)零延遲報警。假如VGM主機采用RS485方式輪詢傳感器，一旦總線上連接的傳感器數(shù)量偏多，則可能產(chǎn)生的報警延遲會非常難以讓人接受。

傳感器的控制和經(jīng)管

系統(tǒng)通過綜合經(jīng)管平臺軟件和現(xiàn)場控制主機來實現(xiàn)對傳感器的控制和經(jīng)管。首先，不管是無線網(wǎng)絡還是有線網(wǎng)絡，傳感器ViSEN都連接到現(xiàn)場控制主機VGM上，現(xiàn)場控制主機實現(xiàn)傳感器配置、參數(shù)更改和告警信息收集等底層通信協(xié)議；其次，綜合經(jīng)管平臺軟件通過讀寫現(xiàn)場控制主機實現(xiàn)對振動傳感器經(jīng)管；最后，將告警以事件的方式呈現(xiàn)到界面上。