視頻監(jiān)控系統(tǒng)中系統(tǒng)控制器原理簡介

第11章系統(tǒng)控制器11.1

樹叉型控制器11.2

星型控制器11.3

總線型控制器11.1樹叉型控制器11.1.1樹叉型控制器的結(jié)構(gòu)圖11―1是多級樹叉型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。在層次型管理的單位，攝像機數(shù)目較多時應(yīng)采用樹叉型系統(tǒng)控制。國內(nèi)的很多大中型企業(yè)，是分等級的層次型管理單位，往往占地面積很大，總廠有幾個分廠，分廠下屬又各有幾個車間，每個車間又有若干個監(jiān)控點。車間調(diào)度要觀察本車間的各個監(jiān)控點，控制各個攝像機的電動云臺和變焦鏡頭；分廠調(diào)度要觀察本分廠所屬車間的所有監(jiān)控點，也要能控制各車間的所有攝像機的電動云臺和變焦鏡頭；總廠調(diào)度則要觀察各個分廠全部車間的所有的監(jiān)控點，也要控制各個分廠全部車間所有攝像機的電動云臺和變焦鏡頭，這時采用樹叉型控制系統(tǒng)最合適。樹叉型控制系統(tǒng)的級數(shù)隨單位的管理層次而定，一般也不宜級數(shù)太多。圖11―1多級樹叉型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖11―2是兩級樹叉型控制系統(tǒng)。圖中，主機通過8個分機進行128選1手動視頻切換和對128路視頻信號按指定順序的定時自動切換；主機通過分機和解碼器對任一臺攝像機的電動云臺和變焦鏡頭進行控制；主機發(fā)出的串行控制碼中，共有7位地址碼，其中高3位是分機號，低4位是攝像機號。主機的數(shù)碼管顯示手動和自動切換選中的分機號和攝像機號。圖11―2兩級樹叉型控制系統(tǒng)分機可以對本機管理的16個攝像機的視頻信號進行手動切換或自動定時切換，能對主機當(dāng)時沒有在控制的本區(qū)攝像機的電動云臺和變焦鏡頭進行控制，分機的數(shù)碼管顯示手動和自動切換選中的攝像機號。當(dāng)某攝像機已由主機控制時，分機控制不起作用，且當(dāng)手動切換到該路視頻信號時，數(shù)碼管的顯示閃爍提示該路攝像機正受主機控制。分機一方面接收主機發(fā)來的串行控制命令，另一方面又向解碼器發(fā)出串行控制命令。報警檢測器或報警按鈕由分機控制管理，由分機將報警信息傳到主機。8臺分機的報警信息使主機難于應(yīng)付，一般采用編解碼芯片。每臺分機用一塊編碼芯片發(fā)出報警信息，主機有8塊解碼芯片接收、解碼、鎖存報警信息，再由CPU來處理就方便了。因為不報警也是一種狀態(tài)，所以能傳送4位數(shù)據(jù)的編解碼芯片只能傳送15個報警通道的信息。在一般情況下，樹叉型控制系統(tǒng)主機的優(yōu)先權(quán)比分機高。如果需要，也可以規(guī)定某個分機的優(yōu)先權(quán)高于主機，這時需要將該分機的程序略加改動。在分機優(yōu)先權(quán)高的情況下，主機就只能控制該分機當(dāng)時不在控制的該區(qū)攝像機的云臺和變焦鏡頭。11.1.2樹叉型控制器的優(yōu)點樹叉型控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點：(1)特別適合于層次型管理的單位。在我國的工礦企業(yè)中，這種層次型管理的單位很多。(2)節(jié)省視頻電纜和控制電纜。各攝像機的視頻電纜和控制電纜都在分機集中，一般是企業(yè)中的車間，主機與分機之間的連線較少。(3)擴充容易。一般可先買一臺分機，一些攝像機進行試用，滿意后再向全單位推廣，資金可以逐步投入。(4)價格低。因為分區(qū)管理，分機和主機結(jié)構(gòu)都較簡單，價格不高。(5)易于分析故障。分機之間相互獨立，如果一臺分機有故障，不會影響其他部門的管理，主機有故障也不會影響分機的使用。樹叉型控制系統(tǒng)不適于集中管理、控制的場合，集中管理的單位最好采用星型控制系統(tǒng)。11.2星型控制器11.2.1星型控制器的結(jié)構(gòu)在集中型管理的單位應(yīng)采用星型控制系統(tǒng)。星型控制系統(tǒng)的主要設(shè)備集中于控制室，常常是一個標(biāo)準(zhǔn)控制柜，插有幾個標(biāo)準(zhǔn)機箱，每個標(biāo)準(zhǔn)機箱的母板上插有若干插板，所有的視頻信號都送到柜中進行視頻分配和切換，所有的串行控制信號都從控制柜送出去。圖11―3是多鍵盤星型控制系統(tǒng)。它主要由視頻輸入模塊、視頻輸出模塊、中央處理模塊、電源模塊、鍵盤和接收解碼器組成。圖11―3多鍵盤星型控制系統(tǒng)1.視頻輸入模塊一個系統(tǒng)可以在系統(tǒng)母板上插1～8（視機型而定，也可能是1～16）塊視頻輸入模塊，每個視頻輸入模塊處理16臺（視機型而定，也可能是32）攝像機輸入的視頻信號。模塊中的串／并轉(zhuǎn)換電路接收中央處理模塊發(fā)來的串行切換信號后，將串行切換信號中的地址碼與模塊上由撥動開關(guān)決定的模塊號碼進行比較，如果一致，就將串行切換信號中的操作碼經(jīng)解碼后送到矩陣開關(guān)的控制腳。視頻輸入模塊的主要部分是一個16選8（視機型而定，也可能是32選4）矩陣開關(guān)，它的輸入緩沖部分有鉗位電路和高輸入阻抗低輸出阻抗的互補型射極跟隨器。而模擬開關(guān)之后只有一個能三態(tài)輸出的射極跟隨器，為的是要便于將幾個視頻輸入模塊的輸出信號同時接到一個視頻輸出模塊的輸入端。2.視頻輸出模塊視頻輸出模塊的主要功能是將視頻輸入模塊送來的視頻信號進行放大，并根據(jù)中央處理模塊送來的命令在視頻信號上疊加上機號、日期、時間和報警等信息，將處理后的視頻信號輸出到監(jiān)視器，每一臺監(jiān)視器配置一個視頻輸出模塊。在接收串行命令時也有模塊號與地址碼的核對等過程，與視頻輸入模塊的情況相同。3.中央處理模塊中央處理模塊中CPU、RAM和一些重要的芯片由一組專用電源供電，這組電源帶有可充電電池。當(dāng)有交流電源時，電源對可充電電池充電，當(dāng)?shù)綦姍z測電路檢測到交流斷電時，由電池對CPU和RAM等供電。中央處理模塊一個重要功能是同時讀取8個鍵盤來的串行鍵盤請求信號。鍵盤與中央處理模塊間的連接是單芯屏蔽線，該線一方面從中央處理模塊傳送鍵盤用的直流電源到鍵盤，另一方面?zhèn)魉玩I盤發(fā)出的串行鍵盤請求信號到中央處理模塊。同步信號發(fā)生電路產(chǎn)生固定頻率、固定寬度的同步脈沖將鍵盤直流電源拉到低電平。鍵盤發(fā)出的串行鍵盤請求信號起始位就以同步脈沖后沿為基準(zhǔn)，同步脈沖同時經(jīng)鎖存器與三態(tài)緩沖器送CPU、作為CPU通過三態(tài)緩沖器讀取鎖存器上鍵盤串行請求信號的時間基準(zhǔn)。利用編解碼芯片作多鍵盤管理也是一種可行的方法。鍵盤狀態(tài)可以編碼為6位信息，由編碼芯片將這6位信息發(fā)出，中央處理模塊用8塊解碼芯片分別接收8個鍵盤來的信號，并將數(shù)據(jù)鎖存。CPU只要讀取這8個6位信息就知道8個鍵盤所處的狀態(tài)，就能進行相應(yīng)的控制與處理。8個鍵盤的優(yōu)先權(quán)有兩種處理方式：一種是鍵盤號優(yōu)先，1號鍵盤優(yōu)先權(quán)最高，8號鍵盤優(yōu)先權(quán)最低。另一種是時間優(yōu)先，哪一個鍵盤的命令先到達優(yōu)先權(quán)最高。CPU根據(jù)鍵盤的串行鍵盤請求信號發(fā)出串行切換命令、字符疊加命令和電動云臺、鏡頭的遙控命令。其中，電動云臺和鏡頭的遙控命令經(jīng)信號分配單元將信號分配與驅(qū)動后送到各個解碼器。如有必要，可在攝像機附近安裝手動報警按鈕和入侵檢測器。報警信號由控制線送到中央處理模塊，報警時中央處理模塊自動控制顯示報警地點的有關(guān)圖像，并進行聲、光報警，進行錄像、統(tǒng)計，打印機打印出報警日期、時間和地點。11.2.2星型控制器的優(yōu)點這種星型控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：(1)適用于集中管理的單位，如高層建筑安全警衛(wèi)、商場賓館的監(jiān)控、交通管理等。(2)系統(tǒng)模塊化，擴充容易，維修方便。(3)主要設(shè)備集中在一個控制柜中，管理方便。上面只是簡略地介紹了星型控制系統(tǒng)的主要模塊及功能。目前星型控制系統(tǒng)向大規(guī)模、多功能方向發(fā)展。以AD公司的2050型控制系統(tǒng)為例，由于采用交叉點矩陣開關(guān)，能對448路視頻輸入，48路視頻輸出進行任意切換的電路可安裝在6個標(biāo)準(zhǔn)機箱內(nèi)，據(jù)稱還能擴展到對4096臺攝像機和384臺監(jiān)視器進行任意切換。多功能則包括順序顯示、成組顯示、屏幕菜單顯示操作、圖形化用戶界面(圖形顯示現(xiàn)場平面圖操作)、多種報警顯示方式和可變速云臺控制等等。11.3總線型控制器圖11―4是總線型控制系統(tǒng)，所有的鍵盤和控制機都掛到總線上，分時利用總線進行串行通訊。圖11―4總線型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖11.3.1總線型控制器的硬件基礎(chǔ)單片機的串行口一般有串行發(fā)送和串行接收兩個端口，如8031的TXD和RXD。多個單片機的通訊必須有一臺主機的TXD連到所有從機的RXD，主機的RXD連到所有從機的TXD。這樣，主機發(fā)送的信息可以被各從機接收，而各從機發(fā)送的信息只能被主機接收，各從機之間交換信息必須通過主機。這樣通訊很不方便，而且也不能稱為總線型控制。單片機組成總線型控制系統(tǒng)必須利用收發(fā)兩用的芯片，如75176。如圖10―14所示，8031的TXD接到75176的D端，8031的RXD接到75176的R端，而75176的A、B兩端掛到總線上。75176的DE和由8031控制，任何時刻只有一臺設(shè)備的8031和75176處于發(fā)送狀態(tài)，而其他設(shè)備的8031和75176處于接收狀態(tài)。11.3.2總線型控制器的通訊協(xié)議應(yīng)用電視系統(tǒng)是自成系統(tǒng)，通訊協(xié)議可參照標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議自行制定。實際上也就是簡化，使協(xié)議簡單有效，執(zhí)行方便。下面三點是協(xié)議的最簡單的例子。(1)設(shè)備地址為00H的有發(fā)送控制權(quán)，上電后將本機置為發(fā)送設(shè)備。若將發(fā)送權(quán)賦予其他設(shè)備，必須同時把本機置為接收設(shè)備。其他設(shè)備地址為01H～FEH的設(shè)備上電后，置本機為接收設(shè)備。(2)發(fā)送設(shè)備首先發(fā)送地址幀，接收設(shè)備各自將接收到的地址與本機地址相比較，相符時，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。發(fā)送設(shè)備接著發(fā)送數(shù)據(jù)塊長度，長度若為00H，則是交來發(fā)送權(quán)，被尋址設(shè)備可以將本機置為發(fā)送設(shè)備。若數(shù)據(jù)長度為01H～FFH，則長度有效，被尋址設(shè)備接收該長度字節(jié)的數(shù)據(jù)。(3)接到發(fā)送權(quán)的設(shè)備將本機置為發(fā)送設(shè)備后，按(2)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后將發(fā)送權(quán)交還給00H號設(shè)備；再由00H號設(shè)備將發(fā)送權(quán)分配給下一個設(shè)備。11.3.3