自高层建筑智能保安监控系统的设计文档格式.docx

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几年实践之后,一批精心设计、精心施工而且建成后运转良好的智能建筑已经出现，它们对行业的发展起到了示范作用。

经过实践的锻炼，我国的技术队伍趋于成熟,若干国外知名品牌产品进入我国，缩小了我国智能建筑行业与国际水平的差距。

构建一个完善的智能大厦，能带给我们很多好处[４]，在一个智能化的商业大厦里办公,集成系统可以在一个中央监控室内实施对大厦内的保安、消防（对独立设置的火灾报警系统实行二次监控）、各类机电设备、照明、电梯等进行监视与控制；

一方面可以提高管理和服务的效率,以及节省人丁成本;

另一方面由于采用统一的监控与管理的界面环境,大厦内各职能部门的计算机终端都可以通过中央数据库得到大厦内所有的数据信息,实施全局事件和事务处理，使物业管理更趋现代化，同时可以进一步降低大厦的运行和维护费用，提高大厦的竞争力。

随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展,智能化楼宇在世界发达国家应运而生,并得到迅速发展[５]。

今后智能建筑的比重还将大幅增加;

我国智能建筑的起步较晚，“七五”国家重点科技公关项目“智能化办公大楼可行性研究”，标志着我国智能建筑领域研究发展拉开了序幕。

随后，我国智能建筑的研究、开发与实践开始深入,市场也逐渐形成。

监控系统是智能建筑的一个重要组成部分,通过对各个子系统进行监测、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学管理。

智能建筑的发展是科学技术和经济水平的综合体现，它已成为一个国家、地区和城市现代化水平的重要标志之一，在我国步入信息社会和国内外正在加速建设信息高速公路的今天,智能建筑将成为城市中的“信息岛”,它是信息社会最重要的基础[7]。

同时,随着信息时代的来临和信息产业的兴起，企业对智能建筑的需求和普通老百姓对智能建筑的认知都在悄悄地发生变化。

智能建筑热潮正席卷着中国大地，建筑的智能化成为未来建筑业发展的必然趋势。

随着我国住宅产业化的不断发展、推进，智能建筑市场已成为一个新兴的潜力巨大的体现ＩT业与建筑业紧密结合的高新技术市场，在我国智能化建筑有着巨大的发展前景，同时为众多相关厂商与企业提供了难得的发展机遇。

另外［8]，由于北京申办２008年奥运会的成功,“数字奥运、数字北京”将成为北京今后几年发展的重中之重。

大型体育场馆、运动员村的建设对智能建筑的要求也越来越迫切。

信息技术以及网络技术的发展使得集成多种功能的智能建筑系统应运而生，如何将这些先进的智能楼宇建筑技术运用到奥运场馆的建设当中去,将是未来北京建设的主要目标,而智能楼宇保安监控系统的设计则是关键的关键。

我们已进入一个数字化时代[６]，而“网络化“是智能楼宇监控系统的发展趋势,将控制系统、防盗报警系统、闭路监视系统等子系统集成在一个网络平台上,是智能楼宇保安监控工程方案的必然选择。

最终有利于与智能楼宇里其他子系统融合成一体,使得智能大厦内的信息与资源可共享,便于从全局的角度管理和决策,提高服务质量。

智能保安系统应把出入口控制系统、防盗系统、电视监控系统有机的结合在一起、并挂在计算机网络上,使保安系统所有的信息都汇总到控制中心的计算机上。

它通过对系统设备传来的信息进行分析、过滤,做出正确的判断,输出相应的处理措施[9］。

随着计算机网络的广泛应用，智能大厦内的保安系统应不在以一个单一的系统存在,其信息应该可以传送到单位的保安部门或公安部门,许多楼宇应该可以组成一个广泛的保安系统[１]。

传送的信息应该不仅局限数据文件，还应该包括图象信息。

传送的距离不仅是某个城市或国家,而是在世界范围内。

多媒体技术让计算机能够显示并处理，实时的视频图象和声音,多台计算机之间要达到实时图象和声音共享，取决于高速信息网络的建立和图象压缩技术的发展[10]。

1.3论文目的及研究内容

本文旨在对智能建筑大厦保安监控系统进行研究,并设计一套具有：

在监控室内，能观测到楼内所有重要通道的情况，同时，通过360度旋转球型监视器，能为管理人员提供全方位的视觉效果。

本文具体研究及设计如下:

（1）完成对各模块的硬件设计工作;

（2）完成软件平台的设计工作;

（3）综合调试，优化系统性能。

2智能保安监控系统的组成

２.1保安监控系统设计要求

图2.1保安监控系统结构图

典型的保安监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成,其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。

前、后端设备由多种构成方式，它们之间的联系可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。

电视监控系统由摄像部分、传输部分、控制部分以及显示和记录四大块组成[11]。

如图２.１所示,在每一部分中,又含有更加具体的设备或部件。

2.2保安监控系统的组成　　

2.2.１摄像部分

摄像部分一般安装在监视现场,它一般包括摄像机、镜头、防护罩、支架和云台等。

它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。

（1）摄像机

摄像机分为彩色和黑白两种,一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高,比较适合用于光线不足的地方，如果使用的目的只是监视景物的位置和移动,则可采用黑白摄像机;

如果要分辨被摄像物体的细节，比如分辨衣服或景物的颜色，则选用彩色的效果会较好。

摄像机的规格大致可分为１／３〞、1/4〞、１/２〞和2/3〞等，安装方式有固定和带云台二种。

（2）镜头　

常用的镜头种类包括：

手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。

手动光圈镜头---所需监视的环境照度变化不大，如室内。

自动光圈镜头－－－所需监视的环境照度变化大，如室外。

广角镜头---监视的角度较宽，距离较近。

标准镜头-－-监视的角度和距离适中。

常用的变焦镜头分为10倍、6倍和2倍变焦镜头,另一种分法是:

手动变焦和电动变焦（电动光圈和自动光圈）两种。

变焦镜头在规则上可以划分为:

1／3〞、2/３〞、1/2〞和1〞等。

选择变焦镜头的原则是:

镜头的规格不应小于摄像机的规格,也就是说１/2〞的镜头可以与1/３〞的摄像机一起使用，但是1/3〞的镜头就不能够在1／2〞的摄像机上使用［12］。

（3）防护罩

防护罩也称防尘罩，它的作用是用来保护摄像机及镜头不受诸如有害气体、天气、灰尘及人为有意破坏等环境条件的影响。

防护罩的分类有室内型、室外型、空调型、防爆型、防尘型及高度安全型、装饰型、隐蔽型等。

根据实际的使用环境和具体的用途选择合适的防护罩是很重要的。

室内型防护罩的要求比较简单，其主要功能是保护摄像机，能防尘,能通风有防盗、防破坏功能。

有时也考虑隐蔽作用,不易察觉。

带有装饰性的隐蔽防护外罩也经常被利用。

例如带有半球形玻璃防护罩的CCＤ摄像机,外形类似一般照明灯具，安装在室内天花板或墙上。

室外防护罩比室内防护罩要求高，其主要功能有防尘、防晒、防雨、防冻、防结露和防雪能通风。

室外防护罩一般配有温度继电器，在温度高时自动打开风扇冷却,低时自动加热。

下雨时可以控制雨刷器刷雨。

（４）云台

云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为水平和全方位云台两种。

水平云台适用于监视范围不大的情况，在水平云台上安装好摄像机后可调整摄像机俯仰的角度,达到最好的监视角度后可遥控水平旋转。

全方位云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以大大增加摄像机的监视范围。

云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。

在控制信号的作用下，云台摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

一般来说，水平旋转角度为0°

~３５０°

，垂直旋转角度为+90°

。

恒速云台的水平旋转速度一般在３°

~10°

/s,垂直速度为4°

/s左右。

变速云台的水平旋转速度一般在0°

～32°

/ｓ，垂直旋转速度在0°

～16°

在一些高速摄像系统中,云台的水平旋转速度高达200°

／s以上，垂直旋转速度在３０°

／s以上。

图2.2室内外全球云台YA　5409Ｋ

技术规格:

✧Y5４09K为全天候环境设计，内置全方位云台。

✧安装方式可选择壁、吊装（吊杆长度可任选）。

✧结构设计为双层罩,起到遮阳作用，专用支架ＷＳ２７４1,WS２70０-XＸ。

✧独特的双层罩间加排风扇结构可增加空气流速,便于排风散热,降低球内温度

✧同一机型可根据环境及用户需求的不同配置有：

✧ＹA５409K（V1.0版本）普通球型云台

✧YＤ5409Ｋ（V2.０版本）含内置解码器的普通球型云台

✧ＹP5409Ｋ（V３.0版本）含内置解码器且带有预置功能球型云台

✧ＹＢ5409K含固定摄像机支架

✧YH54０9Ｋ为高速智能球型摄像机,内置高速预置云台及解码器

（5）解码器

解码器完成对摄像机镜头，全方位云台的总线控制[１3]。

变焦镜头通常有光圈、聚焦、变焦3个电机，可以正反向旋转，6个动作分别称为:

光圈大、光圈小、聚焦远、聚焦近、变倍长和变倍短。

变焦镜头的电机大部分是直流电机,直流电机加反相电压后就会倒转,3个电机如果用一个公共接地端,共有4根控制线.

电动云台通常有水平旋转和俯仰两个电机，也可以进行正反向旋转,4个动作分别称为上、下、左、右。

电动云台的电机大部分是交流电机，这种电机有两个绕组，两个绕组有一个公共端，当一个绕组接交流电压时,另一绕组经移相电容接人交流电压,当交流电压分别从两个绕组接人时，电机正向、反向旋转。

两个电机的公共端接在一起，共有5根控制线。

当摄像机与控制台距离比较近时，可用直接控制方式来操作摄像机,这时可用多芯电缆将10个动作的控制电压从控制室传到摄像机处。

变焦镜头的3个直流电压需要4芯控制线，电动云台两个交流电机需要5芯控制线，一共要９芯控制线。

如果再加上电源控制、雨刷控制就须用１3芯电缆。

用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头的控制电压原理简单，工作可靠，但其缺点是浪费线材,且有很多能量消耗在传输电缆上，因此只适于近距离使用,一般不超过１00m。

当摄像机与控制台之间的距离超过1００m时,则采用总线编码方式来操作摄像机，一个摄像机的电动云台和镜头配备一个解码器，解码器主要是将控制器送来的串行数据控制代码转换成控制电压,从而能正确自如地操作摄像机的电动云台和镜头。

目前控制距离较远的，电动云台和变焦镜头较多的场合，常用上述方式，控制电缆可由13芯改为2芯，电机的驱动电源就地供给，避免了电机驱动电源长途传送时的能量损失。

解码器除了对摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制以外,有的还能对摄像机电源的通/断进行控制。

２.２.2控制部分

在智能大厦中,闭路电视系统中的信息量与信息处理的工作量都很大,因此其控制台的操作一般都采用了计算机系统,以用户软件编程的全键盘方式来完成驱动云台巡视、视频切换、报警处理、设备状态自检等工作［1５］。

　　现在推出的数字视频监控报警系统采用计算机多媒体技术，以CＣD摄像机作为报警探头，摄像机将获取的视频信号传输到主机，主机里的高速图像处理器进行数字化处理,将视频信号形成的图像与背景图像进行分析比较，若发现有差异就报警,因为这是一种全屏幕报警,因而不易漏报。

同时主机自动采集报警图像并存入计算机，事后用户可根据时间、地点随时查阅报警现场的图像,以了解报警原因。

系统将电视监控系统与报警合二为一，实现了监视、报警与图像记录的同步进行,而且这种系统中没有录像机,没有视频分配器，一切报警记录都在计算机的硬盘内,所有操作都根据屏幕上的软件提示动作，对使用者来说是一种全新概念的安全防护系统。

控制系统的切换方式主要有如下2种:

（1）单步切换方式：

使用控制键盘把任一路输入视频信号切换到主监视器上。

（2）顺序切换方式:

使用控制键盘编制的顺序切换方式程序,把系统中若干路输入视频信号编为一个程序,程序运行时,其画面可按预先设定。

2.2.3传输部分

传输系统包括视频信号和控制信号的传输。

视频信号的传输可用同轴电缆、光纤或双绞线,用双绞线传输时需可视频转换适配器。

控制信号的传输方式包括：

直接控制：

控制中心直接把控制量，如云台和变焦距镜头的电源电流等,直接送入被控设备。

特点是简单、直观、容易实现。

在现场设备比较少，主机为手动控制时适用。

但在被控的云台、镜头数量很多时,控制线缆数量多,线路复杂，所以在大系统中不采用。

多线编码的间接控制:

控制中心把控制的命令编成二进制或其它方式的并行码，由多线传送到现场的控制设备，再由它转换成控制量来对现场摄像设备进行控制。

这种方式比上一种方式用线少，在近距离控制时也常采用。

通讯编码的间接控制:

随着微处理器和各种集成电路芯片的普及，目前规模较大的电视监控系统大都采用通信编码，常用的是串行编码。

它的优点是：

用单根线路可以传送多路控制信号，从而大大节约了线路费用,通讯距离在不加中间处理情况下达可达1km公里以上，加处理可传１0Km以上。

这样就克服了前面两种方式的缺陷。

本系统采用此种控制。

除了以上方法外，还有一种控制信号和视频信号复用一条电缆的同轴视控传输方式。

这种方式不需另铺设控制电缆。

它的实现方法有两种：

一种是频率分割,即把控制信号调制在与视频信号不同的频繁范围内，然后同视频信号一起传送,到现场后再把它们分解开；

另一种方法是利用视频信号场消隐期间传送控制信号（同轴视控）。

这种方法在短距离传送时明显比其它方法要好,但设备的价格相对也比较昂贵。

2.２．４显示与记录

　显示与记录设备安装在控制室内,主要有监视器、硬盘录像机和一些视频处理设备。

　　现在有一种电视监控系统把云台、变焦镜头和摄像机封装在一起组成一体化摄像机。

它们配有高级的伺服系统，云台具有很高的旋转速度，还可以预置监视点和巡视路径。

平时按设定的路线进行自动巡视，一旦发生报警,就能很快地对准报警点,进行定点的监视和录像。

一台摄像机可以起到几个摄像机的作用[1６］。

（１）图像监视器

监视器是保安监控系统的终端显示设备。

整个系统的状态最终都要体现在监视的屏幕上，监视器的优劣直接影响着整个系统的最终效果,所以监视器在电视监控中与摄像机、控制设备等占有同样重要的地位。

监视器的选择:

１）保安监控系统至少要有两台监视器,一台做切换固定监视用,另一台做时序切换或多画面监视用。

监视器宜采用1４in~Zｌiｎ屏幕的监视器,特别是多画面显示的,应尽可能大一些。

2）黑白监视器的水平清晰度应大于６00线，彩色监视器的水平清晰度应大于400线。

3）在选择监视器时，一定要根据实际情况或条件,选择技术指标合适的监视器。

4）同样尺寸的监视器性能远好于电视机,但价格也高于电视机很多,有时根据用户的要求也可采用电视机作监视器，有特殊要求时，还可采用大屏幕电视机或投影电视作为监视器。

5）选择监视器必须与系统安装的摄像机制式性能相一致。

6）还要考虑监视器本身的安装环境、条件等。

７）数字记录电视监控系统都选择电脑显示器作为监视器。

（2）录像机

　录像机是保安监视系统中的记录和重放装置，它要求可以记录的时间非常长,目前大部分监视系统专用的录像机都可以录24h～960h的录像。

此外，录像机还必须要有遥控功能,从而能够方便地对录像机进行远距离操作,或在闭路电视系统中用控制信号自动操作录像机。

　闭路电视监视系统中专用录像机是间歇式视频录像机,它有多种时间间隔录像模式，在一盘1/2英寸VHＳ/E180的盒带上,最长可以录制长达96０H的录像。

录像机内设有字符信号发生器，可在图像信号上打出月/日／年/星期/时／分/秒／录像模式，还能在图像上显示出摄像机与报警器的编号与报警方式。

使用自动录像周期设定功能,可以对一星期内每一天的录像模式进行编程。

当收到报警信号后,录像机便自动进入连续录像状态,在无报警情况下，恢复正常间歇录像模式。

此外,录像机还有一个锁定保护键,使非正常指令与操作无效，防止非专业人员与破坏性操作侵犯闭路电视监视系统。

（３）视频切换器

在保安监控系统中,摄像机数量与监视器数量的比例在2:

1到5:

1之间，为了用少量的监视器看多个摄像机,就需要用视频切换器按一定的时序把摄像机的视频信号分配给特定的监视器，这就是通常所说的视频矩阵。

切换的方式可以按设定的时间间隔对一组摄像机信号逐个循环切换到某一台监视器的输入端上,也可以在接到某点报警信号后，长时间监视该区域的情况,即只显示一台摄像机信号。

切换的控制一般要求和云台、镜头的控制同步,即切换到哪一路图像、就控制哪一路的设备。

（４）多画面分割器

　　在大型的闭路电视监视系统中摄像机的数量多达数百个,但监视器的数量受机房面积的限制要远远小于摄像机的数量，而且其数量大多也不利于值班人员全面巡视。

为了实现全景监视，即让所有的摄像机信号都能显示在监视器屏幕上,就需要用多画面分割器。

这种设备能够把多路视频信号合成为一路输出，进入一台监视器，这样就可在屏幕上同时显示多个画面。

分割方式常有４画面、9画面及16画面。

使用多画面分割器可在一台监视器上同时观看多路摄像机信号,而且它还可以用一台录像机同时录制多路视频信号。

有些较好的多画面分割器还具有单路回放功能,即能选择同时录下的多路信号视频信号的任意一路在监视器上满屏放像。

（5）视频分配放大器

在保安监控系统中，视频信号配接的标准阻抗是750。

，视频信号输出的标准电平是IVp一p（峰值）正极性，其中图像信号是０.7vp一p,同步信号是0.3vＰ一p,这在视频设备的设计及系统设备的配置时要注意，否则会引起信号失真或反射、重影等。

在视频信号分配时，尤其要遵守信号幅度相适应和阻抗匹配原则。

有时电梯中的监控摄像为克服电梯变频系统频率接近视频信号而产生的干扰,可将视频信号调制成射频传送后再解调成视频信号。

电视监控系统中心控制室（机房）的视频信号都来自各摄像机，并由750同轴电缆送人机房。

当一路视频信号只送到一个监视器时,可直接把７50同轴电缆送来的视频信号接到监视器的视频输入端,监视器输入阻抗开关拨到７50即可。

视频分配放大器可将接收到的每一路视频输入信号复制成同一振幅的多个输出信号。

如　CＭ9760一MDA型视频分配放大器，有十六路视频输入,每个输入有四路视频输出。

在这里只把监视器作为视频设备来举例,对于其他视频设备（如录像机等）的配接，也同样要用上述方法来处理。

２．2．5串口通信

　串口通信分为串口同步通信和串口异步通信。

同步通信指通信双方以相同的速率进行,而且要准确的协调好,这种通信在时钟同步方面要求非常苛刻，对硬件及软件设计均有相当高的要求，因此对一般设计者并不实用,异步通信指不要求双方进行速率同步,通信双方只需要遵循相互设定的异步通信协议（可以简单的对单片机或微机的操作寄存器进行设置加以实现），就可以实现双方通信,因而受到一般设计者的普遍欢迎,下面以系统中底层通信的应用为向导，具体介绍单片机和微机的串口通信［１3］。

（1）微机RS-232串口与RS-48５串口通信

　微机ＲS-2３２串口有DB25和DB９两种接口类型,主要功能与引脚接口图如图2.3。

系统采用DB9类型的串口，RS-485总线接口是一种常用的串口,具有网络连接方便、抗干扰能力强、传输距离远等优点。

RＳ-48５收发器采用平衡发送和差分接受,因此具有抑制共模干扰的能力，加上收发器具有高的灵敏度,能检测到低达200ｍv的电压，可靠通信的传输距离可达数千米。

使用RS-485总线组网,只需要一对双绞线就可以实现多系统联网构成分布式系统、设备简单、价格低廉、通信距离长[19］。

图2．3微机串口引脚功能图

此外,ＲS－232与RS-485总线信号的逻辑电平定义是不一样的,因此计算机系统要接收或发送RS－４85总线上的数据帧信息，就要进行信号电平的转换，转换的详细电路在硬件设计中详细说明。

（2）单片机ＲS-48５多机通信

RS-48５采用平衡发送和差分接收方式来实现通信,在发送端TX