视频监控系统中系统控制器原理简介

第11章系统控制器11.1

树叉型控制器11.2

星型控制器11.3

总线型控制器11.1树叉型控制器11.1.1树叉型控制器的结构图11―1是多级树叉型控制系统结构示意图。在层次型管理的单位，摄像机数目较多时应采用树叉型系统控制。国内的很多大中型企业，是分等级的层次型管理单位，往往占地面积很大，总厂有几个分厂，分厂下属又各有几个车间，每个车间又有若干个监控点。车间调度要观察本车间的各个监控点，控制各个摄像机的电动云台和变焦镜头；分厂调度要观察本分厂所属车间的所有监控点，也要能控制各车间的所有摄像机的电动云台和变焦镜头；总厂调度则要观察各个分厂全部车间的所有的监控点，也要控制各个分厂全部车间所有摄像机的电动云台和变焦镜头，这时采用树叉型控制系统最合适。树叉型控制系统的级数随单位的管理层次而定，一般也不宜级数太多。图11―1多级树叉型控制系统结构示意图图11―2是两级树叉型控制系统。图中，主机通过8个分机进行128选1手动视频切换和对128路视频信号按指定顺序的定时自动切换；主机通过分机和解码器对任一台摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制；主机发出的串行控制码中，共有7位地址码，其中高3位是分机号，低4位是摄像机号。主机的数码管显示手动和自动切换选中的分机号和摄像机号。图11―2两级树叉型控制系统分机可以对本机管理的16个摄像机的视频信号进行手动切换或自动定时切换，能对主机当时没有在控制的本区摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制，分机的数码管显示手动和自动切换选中的摄像机号。当某摄像机已由主机控制时，分机控制不起作用，且当手动切换到该路视频信号时，数码管的显示闪烁提示该路摄像机正受主机控制。分机一方面接收主机发来的串行控制命令，另一方面又向解码器发出串行控制命令。报警检测器或报警按钮由分机控制管理，由分机将报警信息传到主机。8台分机的报警信息使主机难于应付，一般采用编解码芯片。每台分机用一块编码芯片发出报警信息，主机有8块解码芯片接收、解码、锁存报警信息，再由CPU来处理就方便了。因为不报警也是一种状态，所以能传送4位数据的编解码芯片只能传送15个报警通道的信息。在一般情况下，树叉型控制系统主机的优先权比分机高。如果需要，也可以规定某个分机的优先权高于主机，这时需要将该分机的程序略加改动。在分机优先权高的情况下，主机就只能控制该分机当时不在控制的该区摄像机的云台和变焦镜头。11.1.2树叉型控制器的优点树叉型控制系统有如下优点：(1)特别适合于层次型管理的单位。在我国的工矿企业中，这种层次型管理的单位很多。(2)节省视频电缆和控制电缆。各摄像机的视频电缆和控制电缆都在分机集中，一般是企业中的车间，主机与分机之间的连线较少。(3)扩充容易。一般可先买一台分机，一些摄像机进行试用，满意后再向全单位推广，资金可以逐步投入。(4)价格低。因为分区管理，分机和主机结构都较简单，价格不高。(5)易于分析故障。分机之间相互独立，如果一台分机有故障，不会影响其他部门的管理，主机有故障也不会影响分机的使用。树叉型控制系统不适于集中管理、控制的场合，集中管理的单位最好采用星型控制系统。11.2星型控制器11.2.1星型控制器的结构在集中型管理的单位应采用星型控制系统。星型控制系统的主要设备集中于控制室，常常是一个标准控制柜，插有几个标准机箱，每个标准机箱的母板上插有若干插板，所有的视频信号都送到柜中进行视频分配和切换，所有的串行控制信号都从控制柜送出去。图11―3是多键盘星型控制系统。它主要由视频输入模块、视频输出模块、中央处理模块、电源模块、键盘和接收解码器组成。图11―3多键盘星型控制系统1.视频输入模块一个系统可以在系统母板上插1～8（视机型而定，也可能是1～16）块视频输入模块，每个视频输入模块处理16台（视机型而定，也可能是32）摄像机输入的视频信号。模块中的串／并转换电路接收中央处理模块发来的串行切换信号后，将串行切换信号中的地址码与模块上由拨动开关决定的模块号码进行比较，如果一致，就将串行切换信号中的操作码经解码后送到矩阵开关的控制脚。视频输入模块的主要部分是一个16选8（视机型而定，也可能是32选4）矩阵开关，它的输入缓冲部分有钳位电路和高输入阻抗低输出阻抗的互补型射极跟随器。而模拟开关之后只有一个能三态输出的射极跟随器，为的是要便于将几个视频输入模块的输出信号同时接到一个视频输出模块的输入端。2.视频输出模块视频输出模块的主要功能是将视频输入模块送来的视频信号进行放大，并根据中央处理模块送来的命令在视频信号上叠加上机号、日期、时间和报警等信息，将处理后的视频信号输出到监视器，每一台监视器配置一个视频输出模块。在接收串行命令时也有模块号与地址码的核对等过程，与视频输入模块的情况相同。3.中央处理模块中央处理模块中CPU、RAM和一些重要的芯片由一组专用电源供电，这组电源带有可充电电池。当有交流电源时，电源对可充电电池充电，当掉电检测电路检测到交流断电时，由电池对CPU和RAM等供电。中央处理模块一个重要功能是同时读取8个键盘来的串行键盘请求信号。键盘与中央处理模块间的连接是单芯屏蔽线，该线一方面从中央处理模块传送键盘用的直流电源到键盘，另一方面传送键盘发出的串行键盘请求信号到中央处理模块。同步信号发生电路产生固定频率、固定宽度的同步脉冲将键盘直流电源拉到低电平。键盘发出的串行键盘请求信号起始位就以同步脉冲后沿为基准，同步脉冲同时经锁存器与三态缓冲器送CPU、作为CPU通过三态缓冲器读取锁存器上键盘串行请求信号的时间基准。利用编解码芯片作多键盘管理也是一种可行的方法。键盘状态可以编码为6位信息，由编码芯片将这6位信息发出，中央处理模块用8块解码芯片分别接收8个键盘来的信号，并将数据锁存。CPU只要读取这8个6位信息就知道8个键盘所处的状态，就能进行相应的控制与处理。8个键盘的优先权有两种处理方式：一种是键盘号优先，1号键盘优先权最高，8号键盘优先权最低。另一种是时间优先，哪一个键盘的命令先到达优先权最高。CPU根据键盘的串行键盘请求信号发出串行切换命令、字符叠加命令和电动云台、镜头的遥控命令。其中，电动云台和镜头的遥控命令经信号分配单元将信号分配与驱动后送到各个解码器。如有必要，可在摄像机附近安装手动报警按钮和入侵检测器。报警信号由控制线送到中央处理模块，报警时中央处理模块自动控制显示报警地点的有关图像，并进行声、光报警，进行录像、统计，打印机打印出报警日期、时间和地点。11.2.2星型控制器的优点这种星型控制系统的优点是：(1)适用于集中管理的单位，如高层建筑安全警卫、商场宾馆的监控、交通管理等。(2)系统模块化，扩充容易，维修方便。(3)主要设备集中在一个控制柜中，管理方便。上面只是简略地介绍了星型控制系统的主要模块及功能。目前星型控制系统向大规模、多功能方向发展。以AD公司的2050型控制系统为例，由于采用交叉点矩阵开关，能对448路视频输入，48路视频输出进行任意切换的电路可安装在6个标准机箱内，据称还能扩展到对4096台摄像机和384台监视器进行任意切换。多功能则包括顺序显示、成组显示、屏幕菜单显示操作、图形化用户界面(图形显示现场平面图操作)、多种报警显示方式和可变速云台控制等等。11.3总线型控制器图11―4是总线型控制系统，所有的键盘和控制机都挂到总线上，分时利用总线进行串行通讯。图11―4总线型控制系统结构示意图11.3.1总线型控制器的硬件基础单片机的串行口一般有串行发送和串行接收两个端口，如8031的TXD和RXD。多个单片机的通讯必须有一台主机的TXD连到所有从机的RXD，主机的RXD连到所有从机的TXD。这样，主机发送的信息可以被各从机接收，而各从机发送的信息只能被主机接收，各从机之间交换信息必须通过主机。这样通讯很不方便，而且也不能称为总线型控制。单片机组成总线型控制系统必须利用收发两用的芯片，如75176。如图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两端挂到总线上。75176的DE和由8031控制，任何时刻只有一台设备的8031和75176处于发送状态，而其他设备的8031和75176处于接收状态。11.3.2总线型控制器的通讯协议应用电视系统是自成系统，通讯协议可参照标准通讯协议自行制定。实际上也就是简化，使协议简单有效，执行方便。下面三点是协议的最简单的例子。(1)设备地址为00H的有发送控制权，上电后将本机置为发送设备。若将发送权赋予其他设备，必须同时把本机置为接收设备。其他设备地址为01H～FEH的设备上电后，置本机为接收设备。(2)发送设备首先发送地址帧，接收设备各自将接收到的地址与本机地址相比较，相符时，准备接收数据。发送设备接着发送数据块长度，长度若为00H，则是交来发送权，被寻址设备可以将本机置为发送设备。若数据长度为01H～FFH，则长度有效，被寻址设备接收该长度字节的数据。(3)接到发送权的设备将本机置为发送设备后，按(2)发送数据，发送完毕后将发送权交还给00H号设备；再由00H号设备将发送权分配给下一个设备。11.3.3