基于ESP32的虚拟电子围栏设计与实现

随着物联网技术的不断发展，许多领域已经开始了新老技术的更迭，安防领域也不例外，基于对居家安全以及动物园区存在的安全隐患的考虑，该文中设计出一款以ESP32为核心的虚拟电子围栏系统，该系统能够实时检测经过红外传感器的物体并实现对相关数据的上云，客户端利用该数据能够判别异常发生的地点。在通过具体的功能和性能测试后，虚拟电子围栏系统能够实时判别是否有物体通过，同时它也具有高效的数据上传能力以及较好的可靠性和稳定性。最终的系统能够强化传统动物园的安防手段，进而解决目前动物园区发生意外后反应不及时的问题。

2021 年5 月6 日，杭州转塘疑似发现豹子事件的发生，直到2021 年5 月8 日杭州动物园确认发生安全事件结束，金钱豹外逃的事实就已经确认。此次的事件所带来的社会恐慌是不小的，由此事件可以看出畜牧场、动物园等园区在面临着日益复杂的社会环境的情况下，通过使用传统的安全防护技术手段已经不足以实现安全防护的任务，并且传统的安全防护手段不仅需要大量的安全保卫力力量，防护效果也不尽如人意，金钱豹外逃事件就能够说明，传统的安防措施存在着反应速度慢、可靠性差等弊端。

近年来，在国外以Langworthy Adam D [1]和Southwest Farm Press [2]所发表和出版的文章为例，他们提出了一种电子围栏，这实际上是一种电力围栏，目的是为了限制和引导牧场中的动物在固定区域吃草，使其他区域的牧草正常生长，从而提升经济效益，其功能与本系统略有不同，本系统设立的目的是为了检测避开了其他安防手段的动物的动向，方便进行对动物的追踪。同样的，在国内以刘敬[3]和吴坤阳[4]等人所提出的虚拟电子围栏为例，其功能均与本系统的功能类似，但因应用领域不同，所以导致系统底层所采用的传感器也各不相同，刘敬的虚拟电子围栏基于摄像头进行，应用于工程施工现场或其他有可能坠落物体的区域，防止有人进入危险区域，而吴坤阳的虚拟电子围栏则是采用船舶AIS (船舶自动识别系统)以及海事VTS (船舶交通服务系统)等技术形成一种概念上的围栏， 实现对船舶的安全监督工作。

虽然在国内外暂未发现相同定位的设计方案，但这些定位于其他领域的类似应用仍然能够为本系统的设计提供一些参考意义。

基于当前社会对于畜牧场、动物园等园区的安全需求有待加强的考虑，文中提出并实现了一款虚拟电子围栏系统，可以从其根源上将其归类为智慧安防领域，这套系统能够检测避开了传统防护手段的动物，用于解决使用传统安全防护手段的畜牧场、动物园等园区所存在的无法实现24 小时值守以及动物出逃后反应速度慢等问题，除此之外，本系统也可放置在家中，作为安防设备，对居室入侵进行预警和防范。

2. 系统总体设计 虚拟电子围栏系统以物联网系统四层架构中的下三层作为设计的总体框架，分别为感知层、传输层以及平台层，各层模块分布如表1 系统各层模块分布表所示。