楼宇安保系统中的视频监控系统设计.doc
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1、楼宇安保系统中的视频监控系统设计摘 要20世纪90年代以来,随着计算机技术、控制技术和通信技术的迅猛发展,对楼宇自动化系统(BAS)的研究日益受到关注。楼宇自动化系统中的数字视频监控系统取代传统的模拟视频监控系统已成为监控系统的发展趋势。本文以实现ROCKWELL实验室安全监控系统中的数字视频监控系统为目标,设计与搭建了数字视频监控系统的硬件部分,并且完成了调试;然后采用串行通信技术,同时运用Visual Basic程序设计语言编制了监控软件,实现了数字视频监控系统的实时监控。本文首先介绍了楼宇安保系统中的视频监控系统的特点及其在ROCKWELL实验室安全监控系统中的应用,然后介绍了数字视频监
2、控系统的硬件构成,最后介绍了数字视频监控系统中监控软件的设计过程。【关键词】 楼宇自动化系统,数字视频监控系统,串行通信技术,Visual Basic【论文类型】 应用研究ABSTRACTWith the rapid development of computer technology, control technology and communication technology since 1990s, the research on Building Automation System(BAS)is paid more and more attention. It seems possi
3、ble that the digital monitoring system becomes an attractive alternative to conventional systems.In order to establish the digital monitoring system, the hardware of the system is designed, placed and debugged. Then the monitoring software is programmed with Visual Basic based on serial communicatio
4、n technology.This article describes the processes of implementing such a digital monitoring system. Firstly, the characteristics of the digital monitoring system and the application in the security monitoring system of ROCKWELL laboratory are narrated. Secondly, the hardware of the digital monitorin
5、g system is illustrated. Thirdly, program of monitoring software of the digital monitoring system is account for.【Key Words】 BAS, digital monitoring system, serial communication technology, Visual Basic【Type of Thesis】 Applied Research目 录第1章 绪论1.1 选题背景与研究意义1.2 安全监控系统结构1.3 本文主要工作第2章 数字视频监控系统简介2.1 数字视
6、频监控系统的发展与特点2.2 数字与模拟视频监控系统的性能比较2.3 实现数字视频监控系统的关键技术第3章 数字视频监控系统的硬件构成3.1 摄像设备3.2 云台镜头解码控制器3.3 视频捕捉卡第4章 Visual Basic 6.0中的串行通信控件4.1 Visual Basic 6.0概述4.2 Visual Basic 6.0常用控件介绍4.3 串行通信基础知识4.4 串行通信控件MSComm第5章 数字视频监控系统的软件监控5.1 云台镜头监控软件的程序设计5.2 视频监控软件的介绍5.3 实验室安全监控软件的程序设计第6章 总结致谢参考文献第1章 绪论1.1 选题背景与研究意义高校是
7、一个人口非常密集的地方,同时高校有大批的微机室和先进的实验室,但几乎每所高校都不同程度的发生了火灾、失窃之类的安全事故,给学校和个人造成了不小的损失,影响了正常的教学的生活。校园的安全已成为高校深化改革进程中不容忽视的大事,如何才能确保学校和个人的财产安全、师生的人身安全呢?除了加大安全教育的力度外,对学校安全进行监控正变得日益重要。我们可以利用计算机网络与传感器和信号采集、电视监控等技术结合起来,建立校园安全监控网络系统,对校园安全进行集中监控。同时也有利于发挥我们实验室的优势,拓宽罗克韦尔自动化的产品的应用途径,使之应用在楼宇自动化领域。1.2 安全监控系统结构1.2.1 系统设计的目的和
8、原则 系统设计的目的:在无人看守的情况下对办公室、微机室、实验室等场所进行自动集中控制,以使安全危害减少到最小。系统设计的原则:充分利用校园的现有资源,对火灾、失窃等进行实时、准确、可靠的报警和处理。1.2.2 主要组成部分简介安全监控系统的结构如图1-1所示:图1-1 实验室安全监控系统结构图(1) 传感器传感器的作用是进行数据采集。根据校园安全监控的要求,可以选用以下几类传感器:a.温湿度脉冲传感器:用于探测温度和湿度;b.烟雾传感器:用于探测烟雾火险;c.门态探测器:用于检测门的开关情况;d.玻璃破碎传感器:利用震动检测技术和声音识别技术来探测玻璃破碎;e.摄像头:摄录现场情况。(2)
9、PLC单元主要实现如下功能:a.连接多个传感器,利用传感器进行设防和撤防;b.采集各传感器的数据并传输给前端监控机;c.一旦出现异常,能在前端监控主机的控制下启动现场报警器进行报警。(3) 前端监控主机前端监控主机可以是实验室或办公室的微机。主要作用是:a.对PLC传来的信息进行分析和处理,确定异常的类型,报警的位置;b.一旦出现异常,控制PLC启动现场报警器进行报警;c.存储现场异常信息。(4) 报警器报警器主要采用声光报警器,作用是提醒人们有险情发生。1.2.3 系统软件设计系统监控软件以windows环境为平台,由两大部分组成:前端监控软件和后端监控软件。(1) 前端监控软件主要包括以下
10、几个部分:a. 信号收集和处理:收集现场各传感器传来的信号。b. 前端控制处理:对收集的信号与预先设定的报警门限进行比较,判 断是否报警。c. 现场报警入库:用于记录现场信息,对有报警的信息立即入库。d. 现场报警:一旦收到现场控制模块发送来的报警信息,立即启动现场报警。(2) 后端监控软件主要包括以下几个部分:a. 报警信息入库:用于记录报警信息,主要记录报警位置、报警类型、报警时间、处理情况等信息。b. 电话报警:在实验室无人值班的情况下能拨打110、119、报警位置负责人电话和实验室负责人电话进行报警。c. 录像功能:在实验室无人值班的情况下能自动启动摄像头进行摄像,如实的记录下现场的情
11、况。1.2.4 系统特点本系统采用两层网络:以太网和设备网。连在以太网上的有上位机、视频处理器及PLC。设备网主要用于PLC与远程I/O模块适配器、RadiStation操作员接口装置、光电传感器之间的通信。消防系统通过离子感温探测器检测火灾的发生。当检测到异常信号后,系统采取的措施有报警、打开喷气灭火装置、自动拨打报警电话等。安防系统中主要采用了开关探测器(防止门窗在布防时被强行打开)、振动探测器(防止贵重仪器被异常移动)、玻璃破碎振动探测器(对窗进行监控)等。此外,通过按RadiStation操作员接口装置上的按钮可实现手动报警,通过光电传感器可检测人员的进出并计数。1.3 本文主要工作本
12、文描述了安全监控系统的子系统数字视频监控系统的实现过程,其中主要工作包括:(1) 熟悉和了解有关楼宇自动化的知识,为设计和实现数字视频监控系统做准备。(2) 调研和考察数字视频监控系统的硬件构成,形成设计方案。(3) 搭建数字视频安全监控系统的硬件,并完成调试,包括对摄像机、镜头、云台等部件的选型与调试。(4) 监控软件的编制,包括使用控制主机实现对云台、镜头的远程控制,并且能够显示和记录有关画面。第2章 数字视频监控系统简介 2.1 数字视频监控系统的发展与特点随着信息社会的到来,监控系统的使用越来越广泛,大量的监控数据和图像需要存储、处理和传输。原有采用录像机和监视器的传统监控模式将逐步被
13、淘汰,取而代之的将是新一代的计算机智能控制的数字视频监控系统。数字视频监控系统是一种利用计算机数字压缩技术的高科技安保系统。它利用对目标范围进行实时监控、录入和再现,能不间断的监视,摄录目标范围内的全部活动内容,并把捕获内容实时压缩记录到计算机硬盘。同时,此系统也具备与报警传感器和紧急时间按钮相连接的报警联动功能。由于采用计算机及控制技术设备,使得对云台、镜头的控制变的方便简易,并消除人为因素所造成的误差和失误,令控制系统趋于完美。2.2 数字与模拟视频监控系统的性能比较数字视频监控系统在远距离传输性能上比模拟视频监控系统有着非常明显的优势。传统的模拟视频监控系统的局限性:首先,有线模拟视频信
14、号的传输对距离十分敏感,当传输距离大于1000米时,信号容易发生衰耗、畸变、群延时,并且易受干扰,使图像质量下降;其次,有线模拟视频监控无法实现联网,只能以点对点的方式监视现场,并且使得布线工程量极大;最后,有线模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带),查询取证时十分繁琐。而数字化视频监控的优点正好克服了模拟视频监控的局限性:首先,数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据,基本上不受距离限制,信号不易受干扰,可大幅度提高图像品质和稳定性;其次,数字视频可利用计算机网络联网,网络带宽可复用,无须重复布线;另外,数字化存储成为可能,经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列
15、中或保存在光盘中,查询十分简便快捷。数字视频监控系统和模拟视频监控系统性能比较表功能数字视频监控系统模拟视频监控系统记录时间采用多硬盘或大容量硬盘时,记录时间可以很长录像带记录时间较短清晰程度计算机和硬盘均可长期反复使用,图像质量长久不变,几乎与原始图像完全一样图像随录像机和录像带的使用时间的增加而下降远程监控通过普通电话线、ISDN或DDN专线等,监控远端现场,图像清晰连贯无法实现查询可按日期、时间迅速找到欲查对像,查询手段方便简单查找能力较弱,要反复进倒,无法迅速定位存档时间存档内容可长期保留不宜长期保存文档编辑可对所查图像放大、缩小、局部编辑、加注文字说明不能网络联查可将选定的单幅图像或
16、一段档案直接送入网络,供其他用户共享,也可在网络上获取其他用户的档案和信息不能安全性能系统智能化,设安全密码保护,能有效防范内部人员作案任何人都能进入系统操作2.3 实现数字视频监控系统的关键技术2.3.1 视频数据的压缩和解压缩技术视频图像的信息量是巨大的。例如,一幅640*480中分辨度的彩色图像(24bit/像素),其数据量为0.92MB,如果以每秒30帧的速度播放,则视频信号的数码率高达27.6Mbps。显然,视频压缩技术数字化是压缩技术的关键。目前,适用于远程视频监控的图像压缩标准有H.261和MPEG-1。H.261标准简称P*64,由国际电报电话咨询委员会(CCITT)的一个专家
17、组在1990年12月制定,MPEG-1则在1992年成为标准。两者的核心技术都是离散余弦变换及运动补偿算法,它的主要思想是通过减少每帧图像间时间上的和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。H.261适合在64-384Kbps的低带宽下传输实时视频图像,但图像质量不理想;MPEG-1在800bps-2Mbps的传输速率下图像清晰度能达到较好的图像效果。可根据不同的场合和需求选用不同的压缩标准。2.3.2 视频数据的实时传输技术数字视频远程监控系统的数据通信有以下特点:实时性:视频数据属于实时数据,必须实时处理,例如,实时压缩、解压缩、传输、同步。分布性:现场图像采集,发送主机和图像接收显示,主
18、机位于不同地点,通过计算机局域网或广域网连接。同步性:尽管视频信息具有分布性,但在用户终端显示时必须保持同步,另外,声音与视频也必须保持同步。目前,TCP/IP网络通信协议是一种既成事实的工业标准,视频远程监控系统为可在各种网络结构中运行,也必须采用TCP/IP协议。然而,TCP/IP协议用于可靠传输,作为结果,如果你在因特网上向另外一台计算机发送一个数据包,你可以确信它将准确无误的到达目的地,但你决不可能得到数据在特定时间内到达的保证。事实上,数据包在到达目的地前延时数小时或数天,在理论上都是站的住脚的。但作为视频传输这样的特例,对时间却十分敏感,因此必须确保数据的实时性和同步性。国际通信联
19、合会(ITU)和国际互联网工程任务组(IETF)设计了一个实时传输协议RTP(Real Time Transport Protocol)来解决传输实时性数据的难题。RTP一般运行在不可靠的协议层上如UDP(事实上数学统计表明UDP包的可靠性在99%以上)。每个经过RTP传输的数据包中有时间信息和一个相关的序列号,这个信息使应用程序混合音频和视频信息相对容易。由于应用程序可以很容易的决定当视频帧需要略过时将跳到的正确数据包号,因此同每个包相关的时间信息可以平滑同步过程。第3章 数字视频监控系统的硬件构成数字视频监控系统的硬件基本由摄像设备、云台镜头解码控制器、视频捕捉卡和监控主机构成。摄像设备包
20、括CCD摄像机、变焦镜头、云台和防护罩,其作用是对监控场景摄像并转换成电信号。云台镜头解码控制器的作用是对监控主机传送来的信号进行译码,然后驱动指定的云台或镜头完成控制动作。视频压缩采集卡的作用是对实时影像进行捕捉和压缩,并且支持二次开发。3.1 摄像设备3.1.1 摄像机摄像机是摄像设备的主体,由于电荷耦合式摄像机具有体积小、性能好、寿命长等诸多优点。因而当今使用的摄像机都是电荷耦合式摄像机(CCD摄像机)。(1) 摄像机的主要参数a. 像素值像素越多,则图像的分辨率越高、越清晰,现多以25万像素和38万像素划界,38万像素以上者为高清晰度摄像机。未来像素值还会更高,目前数字照相机的像素值已
21、达400万以上。b. 水平分辨率是衡量图像清晰度的标准,通常用电视线数TVL来表示,彩色摄像机的典型分辨率在320-500线之间,低分辨率在420线以下,高分辨率多在460线以上。水平分辨率与摄像器材和镜头的质量有关,还与摄像机系统的电路通道的频带宽度直接相关,通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80条电视线。频带越宽,图像就越清晰,TVL的数值也就越大。c. 最小照度摄像机的最低照度一般为0.1-5Lx。若在很暗的条件下工作,则可采用月光级和星光级等高增感度摄像机。d. 摄像靶面即CCD尺寸,目前状况是1/3”摄像机占据主导地位,1/4”摄像机将会迅速上升,1/2”摄像机所占的比例则急
22、剧下降,1/5”摄像机已经商品化,影像面积小将能降低成本。e. 信噪比典型值为46dB,若为50dB,则图像质量良好,但是图像仍有少量噪声,若能达到60dB,则图像质量优良,不出现噪声。f. 扫描制式有PAL制和NTSC制之分。g. 电源和功耗摄像机的电源一般有交流220V、交流24V、直流24V和直流12V等多种,在应用中可根据系统的电源选用。摄像机功耗很小,一般小于2W,少数可达到10W左右。(2) 摄像机的选用应该根据监视场合的监视目标的照度来选用不同灵敏度的摄像机,以确保画面的清晰质量。根据经验,监视目标的最低环境照度应高于所选摄像机最低照度的10倍。3.1.2 镜头镜头是摄像机的眼睛
23、,正确选择镜头以及良好的安装与调整是清晰成像的第一步。当前,1/3”镜头是应用的主流,自动光圈镜头销售量最多,变焦镜头是应用发展的趋势。(1) 应依据摄像机到被监视目标的距离来选择镜头的焦距。(2) 摄像机的镜头规格应与摄像机CCD靶面尺寸相对应。(3) 变焦镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化,因此可以使被监控目标放大或缩小。(4) 镜头有自动光圈和手动光圈之分。自动光圈用于被照物光线变化较多的场合,手动光圈用于被照物光线稳定的场合。3.1.3 云台云台使数字视频监控系统中不可缺少的摄像机支撑配件,它与摄像机配合使用能达到扩大监视范围的目的,提高了摄像机的使用价值。云台分为室内
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- 楼宇 安保 系统 中的 视频 监控 设计
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