一种无人值守安防系统的制作方法

1.本实用新型涉及安全防护技术领域，特别是涉及一种无人值守安防系统。


背景技术：

2.对于需要限制非许可人员访问的场所，为了保障场所的安全需要配备安防人员或设置安防设备，以实现对非许可人员进行甄别和禁入。例如居住设施、电站、易燃易爆物资仓库等都需要进行有效的防范，确保其安全。因此，入侵报警系统越来越受到各方面的重视，用户需求迫切。在一些重要的区域，为了防止非法的入侵和各种破坏活动，传统的防范措施是在这些区域的外围周界处设置一些屏障或阻挡物(如铁栅栏、围墙、钢丝篱笆网等)，安排人员加强巡逻。目前较为先进的入侵监测手段包括采用红外探测、监控摄像头等主动成像模式与“智慧墙”、振动感应电缆等有线感知模式，但这些入侵监测手段仍存在造价高、依赖专门人员操作、存在监测盲区等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种无人值守安防系统。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种无人值守安防系统，其包括：
5.壳体，所述壳体内部为零件安装空腔；
6.振动检测组件，所述振动检测组件设置为检测由振动源产生的地面振动；
7.加速度传感器阵列，所述加速度传感器阵列设置为检测地面波振动并输出初级加速度信号；
8.加速度信号处理器，所述加速度信号处理器与所述加速度传感器阵列电性连接，所述加速度信号处理器接收所述初级加速度信号并进行处理以输出次级加速度信号；
9.控制器，所述控制器与所述振动检测组件和加速度信号处理器电性连接；所述控制器接收到来自所述振动检测组件的振动触发信号后启动所述加速度传感器阵列运行；所述控制器接收来自加速度信号处理器的所述次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息；
10.所述振动检测组件、所述加速度传感器阵列、所述加速度信号处理器和所述控制器至少其中之一安装在所述零件安装空腔内。
11.在一种优选的方式中，所述振动检测组件包括振动传感器和阈值检测器，所述振动传感器和所述阈值检测器电性连接，所述阈值检测器接收所述振动传感器发出的前置信号，所述前置信号大于所设定的前置信号阈值时，所述振动检测组件输出振动触发信号。
12.根据本实用新型以上方案，能够利用阈值检测器对检测到的前置信号进行筛选，进而实现对非法入侵进行筛选，能够避免无人值守安防系统频繁发生误报。
13.在一种优选的方式中，所述加速度传感器阵列包括三个加速度传感器，所述加速度传感器在水平面上呈圆周等角度间隔布局。
14.根据本实用新型以上方案，通过加速度传感器阵列采集地面波的阵列信号，便于
从中分析振动信号源的特征信息与位置信息。
15.在一种优选的方式中，所述加速度信号处理器对所述初级加速度信号进行高增益放大、共模滤波和降噪处理，以输出次级加速度信号。
16.在一种优选的方式中，还包括显示终端，所述显示终端与所述控制器电性连接，所述显示终端用于展示所述振动源的类别信息和/或位置信息。
17.根据本实用新型以上方案，利用设置在监控室或值守站的显示终端来展示振动源的类别信息和/或位置信息，能够提高无人值守安防系统部署安装的便利性，扩大其使用场景和使用的便捷性。
18.在一种优选的方式中，还包括电池，所述电池安装在所述壳体内，所述电池用于向所述振动检测组件、所述加速度传感器阵列、所述加速度信号处理器和所述控制器供电。
19.根据本实用新型以上方案，能够使无人值守安防系统在较低的功耗模式下运行；而只在控制器接收到振动触发信号后加速度传感器阵列才启动运行并输出加速度信号，能够降低无人值守安防系统的待机功耗，实现无人值守安防系统在近零功耗下的长期不间断工作。
20.在一种优选的方式中，所述控制器包括集成在线路板上的fpga和mcu。
21.根据本实用新型以上方案，通过fpga和mcu双核处理单元对加速度传感器阵列进行信号的采集与分析，有着低功耗、多路信号高精度同步采集的优点。
22.在一种优选的方式中，所述振动传感器安装在所述零件安装空腔的下部。
23.在一种优选的方式中，所述零件安装空腔包括独立设置的上部安装空腔和下部安装空腔，所述振动传感器安装在所述下部安装空腔，所述加速度信号处理器安装在所述上部安装空腔。
24.根据本实用新型如上所述的无人值守安防系统，进一步地，所述壳体的下部垂直固定有尖锥。
25.本实用新型无人值守安防系统使用时，将无人值守安防系统埋入至地表以下。当入侵物体进入到监测范围时，振动传感器被触发并将振动触发信号传输至控制器，控制器4随后启动加速度传感器阵列5运行；控制器4接收来自加速度信号处理器的次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息。由于在常态下(无振动触发信号时)加速度传感器阵列处于非运行状态，能够使无人值守安防系统在较低的功耗模式下运行；而只在控制器接收到振动触发信号后加速度传感器阵列才启动运行并输出加速度信号，能够降低无人值守安防系统的待机功耗，有利于无人值守安防系统在更多场景的部署使用。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型，下面将对本实用新型的说明书附图进行描述和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅说明了本实用新型的一些示例性实施方案的某些方面，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
27.图1为本实用新型一种实施例的无人值守安防系统示意图；
28.图2为本实用新型第一种实施例的加速度传感器阵列和控制器示意图；
29.图3为图2中a部位的局部放大示意图。
30.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
31.1、壳体，2、零件安装空腔，3、振动传感器，4、控制器，5、加速度传感器阵列，6、电池，7、尖锥，8、滤波电路，9、放大电路，10、阈值检测器，11、电源控制电路，12、线路板。
具体实施方式
32.以下参照附图详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另有说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值等应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
33.本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其它要素的可能。
34.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用词典中定义的术语应当被理解为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非本文有明确地这样定义。
35.对于本部分中未详细描述的部件、部件的具体型号等参数、部件之间的相互关系以及控制电路，可被认为是相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
36.图1为本实用新型一种实施例的无人值守安防系统示意图，图2为本实用新型第一种实施例的加速度传感器阵列和控制器示意图。以下结合图1和图2说明本实用新型一种实施例的无人值守安防系统，其包括：
37.壳体1，壳体1内部为零件安装空腔2；壳体的作用是容纳安装其他零部件，并将来自外界的振动传递至安装在壳体内对应的感应组件(如振动检测组件、加速度传感器阵列)。在无人值守安防系统使用时，需要将壳体埋入土壤，为了避免壳体受到环境侵蚀发生损坏，壳体的材质优选不易产生锈蚀的金属(铝、不锈钢)或塑料(如abs塑料)。构成无人值守安防系统的振动检测组件、加速度传感器阵列5、加速度信号处理器和控制器4至少其中之一安装在零件安装空腔2内。在图1所示出的实施例中，振动传感器3安装在零件安装空腔2的下部，壳体1的下部垂直固定有尖锥7。通过尖锥的设计能够将地面振动传到至尖锥并进一步通过尖锥传递至壳体和固定在壳体下部的振动传感器，能提高无人值守安防系统的振动监测灵敏度。在进一步优先的一种实施例中，壳体内部的零件安装空腔2包括独立设置的上部安装空腔和下部安装空腔，振动传感器3安装在下部安装空腔，加速度信号处理器安装在上部安装空腔。
38.振动检测组件，振动检测组件设置为检测由振动源产生的地面振动；例如，本实用新型可采用磁感式地震检波器，地震检波器自身无需供电，其特点是通过外部质点震动带动其内部磁感应线圈切割磁力线，导致磁感应线圈内部磁通量发生变化，从而产生电流突变信号输出。对于振动检测组件按照在壳体内部的方案，振动检测组件通过稳固的刚性结构与壳体连接，使地面振动信号最大程度的保留并通过刚性结构传导至壳体内部的振动检
测组件。例如，可通过螺栓连接、焊接、粘结等方式实现振动检测组件与壳体的连接。在无人值守安防系统的使用过程中，希望能够尽可能监测所有非法入侵，同时避免误报。为此，在一种优选的实施例中，上述振动检测组件包括振动传感器3和阈值检测器10，振动传感器3和阈值检测器10电性连接，阈值检测器10接收振动传感器3发出的前置信号，前置信号大于所设定的前置信号阈值时，振动检测组件输出振动触发信号。当振动传感器为磁感式地震检波器时，阈值检测器接收磁感式地震检波器发出的前置信号为电压，该电压值大于设定的前置信号阈值(某一电压值)时，振动检测组件输出振动触发信号。前置信号阈值的设定可采用试验统计方法确定，例如对常规入侵物在距离无人值守安防系统不同距离位置产生的前置信号进行测试和统计，并将统计结果中前置信号的最低值确定为前置信号阈值，按照这种方法，无人值守安防系统的振动检测组件能够检测常规入侵物并输出振动触发信号。
39.加速度传感器阵列5，加速度传感器阵列5设置为检测地面波振动并输出初级加速度信号；在如图2所示的一种实施例中，加速度传感器阵列5包括三个加速度传感器，加速度传感器在水平面上呈圆周等角度间隔布局。通过加速度传感器阵列采集地面波的阵列信号，便于从中分析振动信号源的特征信息与位置信息。
40.加速度信号处理器，加速度信号处理器与加速度传感器阵列5电性连接，加速度信号处理器接收初级加速度信号并进行处理以输出次级加速度信号；由于初级加速度信号信噪比较低，会混杂环境下多种频率模态噪声的干扰。加速度传感器阵列采集到的原始信号幅值一般在个位数毫伏级别，并且随着距离加速度传感器阵列距离的增加而大幅度衰减，需设计高增益的放大电路对其进行处理。由于初级加速度信号为差模信号，在传递过程中极易受到共模干扰，所以需对原始信号进行共模信号滤波去除非震动传导引起的杂波。另外，地面波的传导主要属于低频波段传导，在利用加速度传感器阵列采集过程中可能会叠加进高频模态频率，故需进行低频滤波硬件降噪来滤除杂波。在一种优选实施例中，加速度信号处理器对初级加速度信号进行高增益放大、共模滤波和降噪处理，以输出次级加速度信号(如图3所示)；即在这种实施例中，加速度信号处理器包括高增益的放大电路9、滤波电路8和降噪处理电路。
41.控制器4，控制器4与振动检测组件和加速度信号处理器电性连接；控制器4接收到来自振动检测组件的振动触发信号后启动加速度传感器阵列5运行；控制器4接收来自加速度信号处理器的次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息；例如，具体可通过控制器运行现有技术中的resnet深度卷积神经网络对次级加速度信号进行特征分析与处理，最终输出振动源类别信息；振动源位置的定位可通过现有技术中的时延估计定位来确定。在如图2所示的实施例中，控制器4包括集成在线路板12上的fpga和mcu。通过fpga和mcu双核处理单元对加速度传感器阵列进行信号的采集与分析，有着低功耗、多路信号高精度同步采集的优点。
42.本实用新型无人值守安防系统使用时，将无人值守安防系统埋入至地表以下。当入侵物体进入到监测范围时，振动传感器被触发并将振动触发信号传输至控制器，控制器4随后启动加速度传感器阵列5运行；控制器4接收来自加速度信号处理器的次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息。由于在常态下(无振动触发信号时)加速度传感器阵列处于非运行状态，能够使无人值守安防系统在较低的功耗模式下运行；而只在控制
器接收到振动触发信号后加速度传感器阵列才启动运行并输出加速度信号，能够降低无人值守安防系统的待机功耗，实现低功耗低成本运行。
43.为了实现安防人员在监控室或值守站进行检查对上述无人值守安防系统进一步改进，本实用新型另一种无人值守安防系统包括：壳体1、振动检测组件、加速度传感器阵列5、控制器4和显示终端，壳体1内部为零件安装空腔2；所述振动检测组件、所述加速度传感器阵列、所述加速度信号处理器和所述控制器安装在所述零件安装空腔内。振动检测组件设置为检测由振动源产生的地面振动；加速度传感器阵列5设置为检测地面波振动并输出初级加速度信号；加速度信号处理器，加速度信号处理器与加速度传感器阵列5电性连接，加速度信号处理器接收初级加速度信号并进行处理以输出次级加速度信号；控制器4与振动检测组件和加速度信号处理器电性连接；控制器4接收到来自振动检测组件的振动触发信号后启动加速度传感器阵列5运行；控制器4接收来自加速度信号处理器的次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息。显示终端与控制器4电性连接，显示终端用于展示振动源的类别信息和/或位置信息。显示终端可以使具有影像输出功能的显示器，如led显示器等。
44.本实用新型上述实施例的无人值守安防系统使用时，将无人值守安防系统的壳体和内部零件(即无人值守安防系统除显示终端外的部分)埋入至地表以下，并将显示终端设置在值守人员所在的监控室内。当入侵物体进入到监测范围时，振动传感器被触发并将振动触发信号传输至控制器，控制器4随后启动加速度传感器阵列5运行；控制器4接收来自加速度信号处理器的次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息，该信息通过位于监控室内的显示终端进行显示。
45.本实用新型上述实施例的无人值守安防系统可以有多种供电形式，例如可以通过接入市政供电的方式对其进行供电。但是，利用市政供电容易对无人值守安防系统的部署带来较多的限制，没有电力供应的区域将无法使用无人值守安防系统。因此，在另一种优选的实施例中，无人值守安防系统还包括电池6，电池6安装在壳体1内，电池6用于向振动检测组件、加速度传感器阵列5、加速度信号处理器和控制器4供电。线路板12上设有电源控制电路11，电源通过导线与电源控制电路11的输入端电性连接，电源控制电路11的输出端与其他用电零部件直接或间接电性连接。通过采用壳体内置电池的方式，使无人值守安防系统能够自供电，有利于无人值守安防系统在更多场景的部署使用。同时，由于在常态下(无振动触发信号时)加速度传感器阵列处于非运行状态，能够使无人值守安防系统在较低的功耗模式下运行；而只在控制器接收到振动触发信号后加速度传感器阵列才启动运行并输出加速度信号，能够降低无人值守安防系统的待机功耗，实现无人值守安防系统在近零功耗下的长期不间断工作。
46.应当理解，以上所述的具体实施例仅用于解释本实用新型，本实用新型的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以变更、置换、结合，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无人值守安防系统，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内部为零件安装空腔；振动检测组件，所述振动检测组件设置为检测由振动源产生的地面振动；加速度传感器阵列，所述加速度传感器阵列设置为检测地面波振动并输出初级加速度信号；加速度信号处理器，所述加速度信号处理器与所述加速度传感器阵列电性连接，所述加速度信号处理器接收所述初级加速度信号并进行处理以输出次级加速度信号；控制器，所述控制器与所述振动检测组件和加速度信号处理器电性连接；所述控制器接收到来自所述振动检测组件的振动触发信号后启动所述加速度传感器阵列运行；所述控制器接收来自加速度信号处理器的所述次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息；所述振动检测组件、所述加速度传感器阵列、所述加速度信号处理器和所述控制器至少其中之一安装在所述零件安装空腔内。2.根据权利要求1所述的无人值守安防系统，其特征在于，所述振动检测组件包括振动传感器和阈值检测器，所述振动传感器和所述阈值检测器电性连接，所述阈值检测器接收所述振动传感器发出的前置信号，所述前置信号大于所设定的前置信号阈值时，所述振动检测组件输出振动触发信号。3.根据权利要求1所述的无人值守安防系统，其特征在于，所述加速度传感器阵列包括三个加速度传感器，所述加速度传感器在水平面上呈圆周等角度间隔布局。4.根据权利要求1所述的无人值守安防系统，其特征在于，所述加速度信号处理器对所述初级加速度信号进行高增益放大、共模滤波和降噪处理，以输出次级加速度信号。5.根据权利要求1所述的无人值守安防系统，其特征在于，还包括显示终端，所述显示终端与所述控制器电性连接，所述显示终端用于展示所述振动源的类别信息和/或位置信息。6.根据权利要求1所述的无人值守安防系统，其特征在于，还包括电池，所述电池安装在所述壳体内，所述电池用于向所述振动检测组件、所述加速度传感器阵列、所述加速度信号处理器和所述控制器供电。7.根据权利要求1所述的无人值守安防系统，其特征在于，所述控制器包括集成在线路板上的fpga和mcu。8.根据权利要求2所述的无人值守安防系统，其特征在于，所述振动传感器安装在所述零件安装空腔的下部。9.根据权利要求2所述的无人值守安防系统，其特征在于，所述零件安装空腔包括独立设置的上部安装空腔和下部安装空腔，所述振动传感器安装在所述下部安装空腔，所述加速度信号处理器安装在所述上部安装空腔。10.根据权利要求1所述的无人值守安防系统，其特征在于，所述壳体的下部垂直固定有尖锥。

技术总结
一种无人值守安防系统，其包括：壳体、振动检测组件、加速度传感器阵列、加速度信号处理器和控制器，壳体内部为零件安装空腔；振动检测组件设置为检测由振动源产生的地面振动；加速度传感器阵列设置为检测地面波振动并输出初级加速度信号；加速度信号处理器接收初级加速度信号并进行处理以输出次级加速度信号；控制器接收到来自振动检测组件的振动触发信号后启动加速度传感器阵列运行；控制器接收来自加速度信号处理器的次级加速度信号并输出振动源的类别信息和/或位置信息。由于在常态下加速度传感器阵列处于非运行状态，能够使无人值守安防系统在较低的功耗模式下运行，能够降低无人值守安防系统的待机功耗，有利于无人值守安防系统在更多场景的部署使用。守安防系统在更多场景的部署使用。守安防系统在更多场景的部署使用。


技术研发人员：李伟 张云赫 王鹏程 钟骁 刘静
受保护的技术使用者：北京同方华创科技有限公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/6/17