模塊電源和總線模塊在脈沖電子圍欄中的應用

摘要：傳統的監控攝像頭、被動紅外探測、主動紅外對射等反入侵系統，它們都可以記錄犯罪行為，但是不能主動制止犯罪的發生，然而脈沖電子圍欄的“高壓危險”警告牌從心理上打擊侵入者，脈沖高壓從行動上制止入侵者，從而保護業主、企業等財產信息安全。本文主要介紹金升陽電源模塊、工業總線RS485模塊在脈沖電子圍欄中的應用，以及如何通過RS485總線模塊實現組網報警等功能。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com. cn/article/248899.htm

關鍵詞：工業總線模塊；電源模塊；脈沖電子圍欄

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.6.014

隨著“中國城鎮化”進程的加快，越來越多的居民進入城市居住工作，社區或者園區的安保措施已經變得越來越重要了，因傳統的安保措施存在著固有缺陷，不能主動打擊入侵者以及很難進行聯網控制監控，脈沖電子圍欄應運而生。本文講述了電源模塊、工業總線模塊在高壓電子圍欄方面的應用以及未來安防系統產品的發展趨勢。

1 脈沖電子圍欄系統組成

圖1表示某小區的電子圍欄系統集中管理方案，整個系統主要由布防主機、串口轉換器、聲光報警設備、監控主機等構成；脈沖電子圍欄主機分布在不同的防區，可通過監控主機實時監控各個防區的布撤防，各個脈沖主機之間通過RS485協議進行通信。如果在布防的情況下，一旦有人非法翻越圍墻，系統立即報警并有效阻擋入侵者非法入侵，同時計算機控制軟件會在電子地圖上顯示報警的相應防區、報警類型、報警時間，提示管理人員進行處理，大大縮短了處理時間，幫助安保人員及時定位，縮短事故處理時間。

在一些重要的場合如看守所、軍事基地等場合，電子圍欄系統可與視頻監控系統進行連接，一旦發生報警信號，監控攝像機進行開啟，及時記錄入侵或者逃跑人員的面部特征，方便安保工作人員及時跟蹤線索，進而快速破案，緝拿逃跑人員，彌補損失。

2 脈沖電子圍欄主機原理框圖介紹

如圖2所示，脈沖電子圍欄主機主要由主控制單元、高壓脈沖產生單元、高壓檢測單元（報警檢測單元）、狀態顯示單元、通信單元、報警聯動單元組成。主機的主電源采用AC-DC產品，主電源輸出給高壓脈沖產生單元和有源報警電路供電，同時通過降壓電源給主控制電路供電。主控制電路同時控制狀態顯示單元、通信單元、報警聯動單元并接收高壓檢測單元信號。狀態顯示單元提供LED報警狀態顯示（開鎖、斷線、短路等）、LCD輸出電壓顯示。通過外置按鈕可主動設置主機的布防情況、主動設置打擊入侵模式（設置打擊電壓和能量）；通信單元采用RS485通信接口，CPU通過RS485總線同其他主機或者監控主機進行通信；報警聯動單元包括一路有源報警信號和兩路無源報警信號，支持其他聯動設備接收報警信號；高壓脈沖產生單元通過脈沖變壓器產生隔離的高壓脈沖。高壓檢測單元需要檢測高壓脈沖，因此需要一路隔離的電源給高壓檢測電路供電，高壓檢測電路將輸出的電壓進行精準采樣并送給CPU進行分析，進而判斷是否需要提高打擊電壓，判斷防區是否處于入侵狀態以及檢測整個防區是否斷線等。

3 電源方案推薦

3.1 主電源方案推薦

高壓脈沖電子墻長久運行在戶外場合，必須考慮高溫或者低溫等天氣因素，同時要有完善的雷擊防護功能。作為布防主機的供電電源，必須要有較寬的應用溫度范圍。同時為了簡化電源接口的浪涌防護電路，主電源本身也要有一定的EMC防護能力。

金升陽LH_ER2封裝圖如圖3所示，金升陽LH_ER2系列產品工作溫度范圍達-40℃～+70℃，并且EMC等級達到4級標準，可顯著簡化EMC電設計。在一般布防主機系統中，AC-DC的功率只需要15-20W功率即可，如果外置有源報警的路數較多，需要相應增加AC-DC的功率要求。

3.2 高壓檢測隔離電源推薦

電壓檢測電路的供電功率一般在1W以內，并且對電壓精度要求不高，因此可以采用定電壓輸入產品。高壓脈沖電子墻瞬間輸出電壓高達4-10kV ，并且此電壓周期性存在于輸出端，其電壓有效值可達到幾百伏特。常規的隔離電源模塊耐壓大約只有1000VDC-1500VDC，難以承受這么高的共模電壓，容易造成隔離層破壞，導致整個系統的癱瘓。

金升陽E/FXXXXS-1WR2系列耐壓高達3000VDC，1min測試漏電流小于1mA；同時溫度工作范圍寬，低溫低至-40℃，高達+85℃無需降額使用，更適合戶外應用；此外該產品無需添加外圍元器件即可工作，并且具有短路自恢復功能，減小了整個系統崩潰的可能性，封裝圖如圖4所示。

3.3 主控制單元降壓供電電源推薦

主控制降壓供電電源需要給CPU以及外圍的狀態顯示單元和通信單元供電，同時控制脈沖產生單元、高壓檢測單元和報警聯動單元的工作。因此該供電電源不僅要提供穩定可靠的輸出電壓，同時要具備一定的電源輸出功率。普通的三端穩壓器效率低，大功率輸出下需要外置的散熱片才能正常工作，因此不適合作為主控制單元降壓供電電源。

金升陽K78-500R2系列產品，工作效率高達96%，因此無需散熱片即可正常工作，并且與LMK78系列管腳兼容。該產品輸出精度高達±2%，具備-40℃～71℃的工作溫度范圍且無需降額使用，更適合戶外工作。同時該產品完美支持負輸出，具有過流、過溫保護，封裝如圖5所示。

4 RS485總線接口方案推薦

高壓脈沖電子墻一個主機控制一塊區域，兩個主機之間通訊距離較長。同時由于布防主機會對大地打共模電壓，必然導致兩個主機之間存在著地勢差，因此必須對RS485通信接口進行隔離防護處理；金升陽TD_485H系列產品內部自帶隔離電源，集成RS485隔離通信電路，簡化了RS485隔離電路設計。該產品采用獨特磁耦隔離技術替代傳統光耦隔離技術，工作可靠性更高； 模塊化封裝，簡化方案設計，減小PCB占板面積；寬溫度工作范圍，低溫低至-40℃，高溫+71℃無需降額使用，更適戶外工作，實物圖如圖6所示。

5 EMC電路設計要點

高壓電子圍欄經常應用于重要場合，如大型工廠、住宅區、看守所等人員密集且較難管理的露天場合，往往這些場合存在著雷電的發生，所以EMC防雷電路的設計必不可少；高壓電子圍欄必須安裝避雷器，并且地線必須埋地，否則很容易引起主機因雷電的影響而損壞；主機的AC進線口也容易被雷電干擾而耦合，AC-DC電源模塊前端需要考慮EMC電路來增強浪涌電壓等級，提升整個產品的可靠性。金升陽提供完整的EMC解決方案，包括推薦電路以及相應的模塊產品，可進一步提高整個系統的EMC等級。

6 小結

隨著中國的城鎮化速度的進一步加快，社區化的安全建設越來越受到人們的關心。未來的社區必將是智能化的社區，無需大量值班人員巡視的社區，必將是智能自動報警監控的社區。智能化的社區一定會慢慢融入人們的生活之中，采用模塊化設計可以減小產品的設計難度、減少產品的設計時間，更能保證產品長久可靠工作。

參考文獻：

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