視頻監(jiān)控系統(tǒng)中系統(tǒng)控制器原理簡(jiǎn)介

第11章系統(tǒng)控制器11.1

樹(shù)叉型控制器11.2

星型控制器11.3

總線型控制器11.1樹(shù)叉型控制器11.1.1樹(shù)叉型控制器的結(jié)構(gòu)圖11―1是多級(jí)樹(shù)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(jī)數(shù)目較多時(shí)應(yīng)采用樹(shù)叉型系統(tǒng)控制。國(guó)內(nèi)的很多大中型企業(yè)，是分等級(jí)的層次型管理單位，往往占地面積很大，總廠有幾個(gè)分廠，分廠下屬又各有幾個(gè)車(chē)間，每個(gè)車(chē)間又有若干個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。車(chē)間調(diào)度要觀察本車(chē)間的各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，控制各個(gè)攝像機(jī)的電動(dòng)云臺(tái)和變焦鏡頭；分廠調(diào)度要觀察本分廠所屬車(chē)間的所有監(jiān)控點(diǎn)，也要能控制各車(chē)間的所有攝像機(jī)的電動(dòng)云臺(tái)和變焦鏡頭；總廠調(diào)度則要觀察各個(gè)分廠全部車(chē)間的所有的監(jiān)控點(diǎn)，也要控制各個(gè)分廠全部車(chē)間所有攝像機(jī)的電動(dòng)云臺(tái)和變焦鏡頭，這時(shí)采用樹(shù)叉型控制系統(tǒng)最合適。樹(shù)叉型控制系統(tǒng)的級(jí)數(shù)隨單位的管理層次而定，一般也不宜級(jí)數(shù)太多。圖11―1多級(jí)樹(shù)叉型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖11―2是兩級(jí)樹(shù)叉型控制系統(tǒng)。圖中，主機(jī)通過(guò)8個(gè)分機(jī)進(jìn)行128選1手動(dòng)視頻切換和對(duì)128路視頻信號(hào)按指定順序的定時(shí)自動(dòng)切換；主機(jī)通過(guò)分機(jī)和解碼器對(duì)任一臺(tái)攝像機(jī)的電動(dòng)云臺(tái)和變焦鏡頭進(jìn)行控制；主機(jī)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(jī)號(hào)，低4位是攝像機(jī)號(hào)。主機(jī)的數(shù)碼管顯示手動(dòng)和自動(dòng)切換選中的分機(jī)號(hào)和攝像機(jī)號(hào)。圖11―2兩級(jí)樹(shù)叉型控制系統(tǒng)分機(jī)可以對(duì)本機(jī)管理的16個(gè)攝像機(jī)的視頻信號(hào)進(jìn)行手動(dòng)切換或自動(dòng)定時(shí)切換，能對(duì)主機(jī)當(dāng)時(shí)沒(méi)有在控制的本區(qū)攝像機(jī)的電動(dòng)云臺(tái)和變焦鏡頭進(jìn)行控制，分機(jī)的數(shù)碼管顯示手動(dòng)和自動(dòng)切換選中的攝像機(jī)號(hào)。當(dāng)某攝像機(jī)已由主機(jī)控制時(shí)，分機(jī)控制不起作用，且當(dāng)手動(dòng)切換到該路視頻信號(hào)時(shí)，數(shù)碼管的顯示閃爍提示該路攝像機(jī)正受主機(jī)控制。分機(jī)一方面接收主機(jī)發(fā)來(lái)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(bào)警檢測(cè)器或報(bào)警按鈕由分機(jī)控制管理，由分機(jī)將報(bào)警信息傳到主機(jī)。8臺(tái)分機(jī)的報(bào)警信息使主機(jī)難于應(yīng)付，一般采用編解碼芯片。每臺(tái)分機(jī)用一塊編碼芯片發(fā)出報(bào)警信息，主機(jī)有8塊解碼芯片接收、解碼、鎖存報(bào)警信息，再由CPU來(lái)處理就方便了。因?yàn)椴粓?bào)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(gè)報(bào)警通道的信息。在一般情況下，樹(shù)叉型控制系統(tǒng)主機(jī)的優(yōu)先權(quán)比分機(jī)高。如果需要，也可以規(guī)定某個(gè)分機(jī)的優(yōu)先權(quán)高于主機(jī)，這時(shí)需要將該分機(jī)的程序略加改動(dòng)。在分機(jī)優(yōu)先權(quán)高的情況下，主機(jī)就只能控制該分機(jī)當(dāng)時(shí)不在控制的該區(qū)攝像機(jī)的云臺(tái)和變焦鏡頭。11.1.2樹(shù)叉型控制器的優(yōu)點(diǎn)樹(shù)叉型控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)特別適合于層次型管理的單位。在我國(guó)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(jī)的視頻電纜和控制電纜都在分機(jī)集中，一般是企業(yè)中的車(chē)間，主機(jī)與分機(jī)之間的連線較少。(3)擴(kuò)充容易。一般可先買(mǎi)一臺(tái)分機(jī)，一些攝像機(jī)進(jìn)行試用，滿意后再向全單位推廣，資金可以逐步投入。(4)價(jià)格低。因?yàn)榉謪^(qū)管理，分機(jī)和主機(jī)結(jié)構(gòu)都較簡(jiǎn)單，價(jià)格不高。(5)易于分析故障。分機(jī)之間相互獨(dú)立，如果一臺(tái)分機(jī)有故障，不會(huì)影響其他部門(mén)的管理，主機(jī)有故障也不會(huì)影響分機(jī)的使用。樹(shù)叉型控制系統(tǒng)不適于集中管理、控制的場(chǎng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)控制柜，插有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱的母板上插有若干插板，所有的視頻信號(hào)都送到柜中進(jìn)行視頻分配和切換，所有的串行控制信號(hào)都從控制柜送出去。圖11―3是多鍵盤(pán)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(pán)和接收解碼器組成。圖11―3多鍵盤(pán)星型控制系統(tǒng)1.視頻輸入模塊一個(gè)系統(tǒng)可以在系統(tǒng)母板上插1～8（視機(jī)型而定，也可能是1～16）塊視頻輸入模塊，每個(gè)視頻輸入模塊處理16臺(tái)（視機(jī)型而定，也可能是32）攝像機(jī)輸入的視頻信號(hào)。模塊中的串／并轉(zhuǎn)換電路接收中央處理模塊發(fā)來(lái)的串行切換信號(hào)后，將串行切換信號(hào)中的地址碼與模塊上由撥動(dòng)開(kāi)關(guān)決定的模塊號(hào)碼進(jìn)行比較，如果一致，就將串行切換信號(hào)中的操作碼經(jīng)解碼后送到矩陣開(kāi)關(guān)的控制腳。視頻輸入模塊的主要部分是一個(gè)16選8（視機(jī)型而定，也可能是32選4）矩陣開(kāi)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(bǔ)型射極跟隨器。而模擬開(kāi)關(guān)之后只有一個(gè)能三態(tài)輸出的射極跟隨器，為的是要便于將幾個(gè)視頻輸入模塊的輸出信號(hào)同時(shí)接到一個(gè)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(lái)的視頻信號(hào)進(jìn)行放大，并根據(jù)中央處理模塊送來(lái)的命令在視頻信號(hào)上疊加上機(jī)號(hào)、日期、時(shí)間和報(bào)警等信息，將處理后的視頻信號(hào)輸出到監(jiān)視器，每一臺(tái)監(jiān)視器配置一個(gè)視頻輸出模塊。在接收串行命令時(shí)也有模塊號(hào)與地址碼的核對(duì)等過(guò)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(shí)，電源對(duì)可充電電池充電，當(dāng)?shù)綦姍z測(cè)電路檢測(cè)到交流斷電時(shí)，由電池對(duì)CPU和RAM等供電。中央處理模塊一個(gè)重要功能是同時(shí)讀取8個(gè)鍵盤(pán)來(lái)的串行鍵盤(pán)請(qǐng)求信號(hào)。鍵盤(pán)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(pán)用的直流電源到鍵盤(pán)，另一方面?zhèn)魉玩I盤(pán)發(fā)出的串行鍵盤(pán)請(qǐng)求信號(hào)到中央處理模塊。同步信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生固定頻率、固定寬度的同步脈沖將鍵盤(pán)直流電源拉到低電平。鍵盤(pán)發(fā)出的串行鍵盤(pán)請(qǐng)求信號(hào)起始位就以同步脈沖后沿為基準(zhǔn)，同步脈沖同時(shí)經(jīng)鎖存器與三態(tài)緩沖器送CPU、作為CPU通過(guò)三態(tài)緩沖器讀取鎖存器上鍵盤(pán)串行請(qǐng)求信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)。利用編解碼芯片作多鍵盤(pán)管理也是一種可行的方法。鍵盤(pán)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(gè)鍵盤(pán)來(lái)的信號(hào)，并將數(shù)據(jù)鎖存。CPU只要讀取這8個(gè)6位信息就知道8個(gè)鍵盤(pán)所處的狀態(tài)，就能進(jìn)行相應(yīng)的控制與處理。8個(gè)鍵盤(pán)的優(yōu)先權(quán)有兩種處理方式：一種是鍵盤(pán)號(hào)優(yōu)先，1號(hào)鍵盤(pán)優(yōu)先權(quán)最高，8號(hào)鍵盤(pán)優(yōu)先權(quán)最低。另一種是時(shí)間優(yōu)先，哪一個(gè)鍵盤(pán)的命令先到達(dá)優(yōu)先權(quán)最高。CPU根據(jù)鍵盤(pán)的串行鍵盤(pán)請(qǐng)求信號(hào)發(fā)出串行切換命令、字符疊加命令和電動(dòng)云臺(tái)、鏡頭的遙控命令。其中，電動(dòng)云臺(tái)和鏡頭的遙控命令經(jīng)信號(hào)分配單元將信號(hào)分配與驅(qū)動(dòng)后送到各個(gè)解碼器。如有必要，可在攝像機(jī)附近安裝手動(dòng)報(bào)警按鈕和入侵檢測(cè)器。報(bào)警信號(hào)由控制線送到中央處理模塊，報(bào)警時(shí)中央處理模塊自動(dòng)控制顯示報(bào)警地點(diǎn)的有關(guān)圖像，并進(jìn)行聲、光報(bào)警，進(jìn)行錄像、統(tǒng)計(jì)，打印機(jī)打印出報(bào)警日期、時(shí)間和地點(diǎn)。11.2.2星型控制器的優(yōu)點(diǎn)這種星型控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)適用于集中管理的單位，如高層建筑安全警衛(wèi)、商場(chǎng)賓館的監(jiān)控、交通管理等。(2)系統(tǒng)模塊化，擴(kuò)充容易，維修方便。(3)主要設(shè)備集中在一個(gè)控制柜中，管理方便。上面只是簡(jiǎn)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(diǎn)矩陣開(kāi)關(guān)，能對(duì)448路視頻輸入，48路視頻輸出進(jìn)行任意切換的電路可安裝在6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱內(nèi)，據(jù)稱還能擴(kuò)展到對(duì)4096臺(tái)攝像機(jī)和384臺(tái)監(jiān)視器進(jìn)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(chǎng)平面圖操作)、多種報(bào)警顯示方式和可變速云臺(tái)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(pán)和控制機(jī)都掛到總線上，分時(shí)利用總線進(jìn)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(jī)的串行口一般有串行發(fā)送和串行接收兩個(gè)端口，如8031的TXD和RXD。多個(gè)單片機(jī)的通訊必須有一臺(tái)主機(jī)的TXD連到所有從機(jī)的RXD，主機(jī)的RXD連到所有從機(jī)的TXD。這樣，主機(jī)發(fā)送的信息可以被各從機(jī)接收，而各從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收，各從機(jī)之間交換信息必須通過(guò)主機(jī)。這樣通訊很不方便，而且也不能稱為總線型控制。單片機(jī)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(shí)刻只有一臺(tái)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(shí)際上也就是簡(jiǎn)化，使協(xié)議簡(jiǎn)單有效，執(zhí)行方便。下面三點(diǎn)是協(xié)議的最簡(jiǎn)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(jī)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(shí)把本機(jī)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(jī)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(jī)地址相比較，相符時(shí)，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(zhǎng)度，長(zhǎng)度若為00H，則是交來(lái)發(fā)送權(quán)，被尋址設(shè)備可以將本機(jī)置為發(fā)送設(shè)備。若數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為01H～FFH，則長(zhǎng)度有效，被尋址設(shè)備接收該長(zhǎng)度字節(jié)的數(shù)據(jù)。(3)接到發(fā)送權(quán)的設(shè)備將本機(jī)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(hào)設(shè)備；再由00H號(hào)設(shè)備將發(fā)送權(quán)分配給下一個(gè)設(shè)備。11.3.3