一种基于路灯补偿电容的电缆防盗系统设计

摘要 提出了一种通过测量照明线路补偿电容变化，来监测电缆是否被盗的新型电缆防盗报警系统设计方案。目前的照明路灯均具有较大的补偿电容，因此电缆上的电容将随电缆长度的变化而呈现规律性变化。新型系统正是基于以上原理测量电容值，通过AT89C51单片机计算分析精确定位出被盗位置，并通过语音芯片ISD25120，拨号芯片MT8888在电话上自动报警。在实际应用中，具有良好的报警效果。
关键词 电缆防盗；双音多频；语音芯片；单片机；自动报警

实际应用中照明线路电缆时常出现被盗情况，不仅给国家带来损失，也严重影响了生产生活轶序。为防止电缆被盗，根据目前节能路灯照明系统采用单灯补偿电容的特性，设计了电缆防盗系统。

1 系统整体设计
电缆上所有照明电灯是并联的，电缆上的每个照明电灯又可以等效为灯丝电阻和电容的并联，因而在电缆的一端即可测得线路上并联路灯电容的大小。如果有电缆被盗，则在电缆一端测得的总电容就会减小。根据测到的电容大小，就能判断电灯的个数，再结合电缆电灯的物理拓扑，即可判断出电缆被盗的具体地点。为将电灯的电容特性，用电信号来展示，文中使用了常见的555芯片，用555芯片构成多谐振荡器，由多谐振荡器的周期公式T=(R1+2R2)，Cln2可知，可将电灯的电容特性转化为脉冲信号的周期，单片机通过计算脉冲的周期，即可得到电缆上电容的大小、从而判断电缆是否被盗，以及被盗的具体位置。当单片机检测到电缆被盗时，就会向自动摘挂机模块发出一个摘机信号，然后将原先设定的电话号码发给自动拨号模块，拨号报警。该设计的总体框图如图1所示。

2 电路模块设计
2．1 继电器阵列与555阵列及路选模块设计
在系统与电缆的接口部分，文中共用到24个继电器，构成了一个继电器阵列，所有继电器初始时均处于常开状态，唯独在时钟开关闭合时，才转到常闭状态，使系统连接到电缆。这是由于电缆被盗行为大部分都发生在电缆无电的情况，文中通过时钟开关控制继电器阵列，使系统只在电缆无电时才连接到电缆，监测电缆是否被盗。继电器阵列中的每个继电器分别对应一个有555芯片构成的多谐振荡器，单个多谐振荡器的电路图如图2所示。该类多谐振荡器在系统上也有24个，构成了一个555芯片阵列，其输入端通过继电器阵列分别与电缆中的零线及24根火线相连，其输出端均连接在一个由3个4051芯片构成的路选模块上，单片机通过控制片选模块，选择对某条线路进行检测。

这里采用的继电器都是机械式的而非电子式，因为机械式继电器的电气特性比电子式的特性好，不会影响对电缆电容的测量。在多谐振荡器中，先在555芯片的1脚和2脚之间连接一个1μF的电容，使系统在未连接电缆之前，多谐振荡器就能起振，方便电路故障的检测，减小误差。因为，在确定电缆上电灯个数时，是以计算出的脉冲正周期的大小是否落在以初始化时的脉冲正周期的大小为中心的一个误差范围内，若在此范围内，则认为电缆上电灯的个数与初始化时的个数相等，否则不等。而在计算脉冲正周期的大小时，采用的是计算在其间通过计时脉冲的个数，如果多谐振荡器产生的脉冲的正周期越大，那么在其间通过的计时脉冲的个数则越多，计算出的脉冲周期的误差相对就越小。当然，也不是正周期越大越好，因为正周期越大，文中并接得电容就越大，在电缆电容发生变化时，输出的正周期变化相对也就越小，反而影响测量。鉴于这两方面的原因，通过计算和实际测量，发现与电缆电容并联一个1μF的电容是最佳选择。路选模块中用到的4051芯片是一个8选1的数据选择器。
2．2 单片机模块及复位模块设计
单片机模块是整个系统的枢纽，负责协调控制整个系统的工作，任务的完成是由运行在其上的程序决定，其工作情况直接决定着系统的正常与稳定。为防止单片机由于外界因素而进入死循环，文中采用复位模块。实际上是一个由5045芯片构成的看门狗电路。其工作原理是若系统发生死机，不能及时喂狗，复位模块就会发出一个复位信号，使单片机重新进入正常工作状态，这就保证了系统的稳定性。
2．3 自动拨号设计
该系统是基于PSTN的设计，需要将电话号码转化成DTMF信号。为完成这一工作，并做到电路的稳定，此模块采用由MT8888芯片构成的电路。MT8888是一种可与单片机直接连接的双音多频收发器件；有5个寄存器：发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)；6种工作模式：DTMF模式、呼叫处理(CALL)模式、突发(BURST)模式、单／双音(S／D)产生模式、测试(TEST)模式、中断模式。各种模式的选择如表1和表2所示。设计中重点用到了DTMF模式，CALL模式和BURST模式。