寬帶電力線通信技術(shù)在戶外視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)改造中的應(yīng)用

寬帶電力線通信技術(shù)在戶外視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)改造中的應(yīng)用

0數(shù)字視頻監(jiān)控階段隨著計算機(jī)多媒體技術(shù)、編譯技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、存儲技術(shù)和視頻監(jiān)控應(yīng)的不斷整合，視頻監(jiān)控的發(fā)展經(jīng)歷了模擬視頻監(jiān)控、數(shù)字視源監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的幾個階段。模擬視頻監(jiān)控階段主要利用模擬攝像機(jī)采集視頻信號,通過同軸電纜傳輸給矩陣主機(jī)和磁帶式錄像機(jī)等記錄設(shè)備數(shù)字視頻監(jiān)控階段的特點(diǎn)是利用視頻壓縮板卡把模擬攝像機(jī)采集到的視頻信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并編碼壓縮后在本地計算機(jī)硬盤中存儲網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控主要是利用嵌入式網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)(DVR)或者嵌入式視頻服務(wù)器(DVS)把經(jīng)過編碼壓縮后的視頻信號IP化,接入網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)隨著平安城市建設(shè)的廣泛開展,交通、金融、商場和物業(yè)等行業(yè)視頻監(jiān)控規(guī)模不斷擴(kuò)大,視頻監(jiān)控的聯(lián)網(wǎng)需求日趨顯著,現(xiàn)有的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)急需升級改造。為最大限度地保護(hù)用戶前期投資,節(jié)約成本,寬帶電力線通信技術(shù)是一個不錯的選擇1寬帶電力線信系統(tǒng)電力線通信技術(shù)(PowerLineCommunication,PLC)是利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號的一種通信方式。發(fā)送時利用OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)調(diào)制,在電力線上進(jìn)行傳輸,接收端經(jīng)過濾波解調(diào)得到原信號早期PLC主要利用高壓輸電線路作為高頻信號的傳輸通道,局限于傳輸話音、遠(yuǎn)程控制信號等,應(yīng)用范圍窄,傳輸速率低。近年來PLC快速發(fā)展,傳輸速率大幅提高,被稱為寬帶電力線通信(BroadbandoverPowerLine,BPL),同時轉(zhuǎn)向采用低壓配電網(wǎng)進(jìn)行載波通信,可以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、Internet接入、小區(qū)安全監(jiān)控、自動抄表和組建家庭局域網(wǎng)絡(luò)等。電力線通信技術(shù)利用現(xiàn)有電力線傳輸信號,無需布線,組網(wǎng)快速簡單便捷,成本低廉,同時數(shù)據(jù)可以加密,保障信息安全2電力貓視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備陳舊,技術(shù)落后,急需升級改造。攝像頭可直接更換成市場主流使用的網(wǎng)絡(luò)攝像頭,監(jiān)控中心設(shè)備更換成高性能計算機(jī),按照實(shí)際需求存儲設(shè)備可選用磁盤陣列或者網(wǎng)絡(luò)存儲(NAS)。PLC主要解決的是傳輸問題,使用的設(shè)備是電力線調(diào)制解調(diào)器(俗稱電力貓),前期鋪設(shè)的供電電源線路可以繼續(xù)使用?，F(xiàn)在主流電力貓產(chǎn)品傳輸速率可達(dá)500Mbps,配合千兆以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,傳輸高分辨率監(jiān)控視頻信號毫無壓力。各個網(wǎng)絡(luò)攝像頭通過電力貓與電源線路連接,監(jiān)控中心也使用一個電力貓把信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)接口信號,通過以太網(wǎng)交換機(jī)或者路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與監(jiān)控中心計算機(jī)連接。整個系統(tǒng)連接示意如圖1所示。經(jīng)過升級改造的視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全網(wǎng)絡(luò)化,數(shù)字化,便于對采集到的監(jiān)控視頻做進(jìn)一步分析處理,完成更多應(yīng)用功能,提高系統(tǒng)的整體性能視頻監(jiān)控系統(tǒng)本身的應(yīng)用特性決定了必然有部分監(jiān)控點(diǎn)布置在戶外,環(huán)境條件惡劣,在北方冬季氣溫達(dá)到-20℃以下并不罕見,這個數(shù)值已經(jīng)超出了商業(yè)級產(chǎn)品芯片的正常工作溫度范圍,很有可能導(dǎo)致設(shè)備無法正常啟動工作。同時,普通電力貓產(chǎn)品入網(wǎng)、退網(wǎng),產(chǎn)生隨機(jī)密鑰等操作都是使用一個按鍵,通過按鍵按下的時間不同來區(qū)分,使用起來頗為不便。3預(yù)加熱加熱設(shè)計實(shí)現(xiàn)針對上述問題,對普通電力貓產(chǎn)品進(jìn)行改造,加入溫度監(jiān)測電路和加熱電路,在低溫時對芯片進(jìn)行預(yù)加熱,芯片溫度上升至正常范圍后停止加熱,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備低溫條件下正常工作設(shè)計3個獨(dú)立按鍵分別完成3種不同操作,如表1所示,而且無需默數(shù)按鍵時間,只要按一下對應(yīng)按鍵即可完成相應(yīng)操作經(jīng)過改造的電力貓不僅在低溫條件下可以正常工作,而且大大提高了用戶使用的便利性。4加熱方法的選擇按鍵的設(shè)計很實(shí)用,但實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜,不做贅述。常見加熱方式有功率電阻加熱、印制板敷銅加熱等,電阻加熱功率較小且導(dǎo)熱不便,印制板敷銅導(dǎo)熱良好,但加熱功率更小。這里采用一種特殊的方法,場效應(yīng)管(MOSFET)加熱。通常情況下MOSFET用于小信號的開關(guān)控制,或者電源信號的開關(guān)控制,對應(yīng)有不同的封裝,比如SOT23、TO252等。為了獲得較大的發(fā)熱功率和較好的導(dǎo)熱效果,選用TO252封裝的大功率MOSFET。一般MOSFET的用法是利用它的開關(guān)特性,用柵極Gate(G)和源極Source(S)間的電壓控制源極S和漏極Drain(D)的通斷,源極S和漏極D導(dǎo)通時,導(dǎo)通電阻很小,一般為幾十mΩ,這樣消耗在場效應(yīng)管上的功耗基本可以忽略。而這里恰恰相反,是為了讓場效應(yīng)管產(chǎn)生盡可能多的熱量,所以要設(shè)法讓場效應(yīng)管工作在非開關(guān)特性區(qū)域。這個區(qū)域的特性曲線在場效應(yīng)管的數(shù)據(jù)手冊中是沒有的,只能實(shí)驗測試得出選取內(nèi)置溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)的處理器C8051F330,加熱用MOS管選擇N溝道場效應(yīng)管FQD5N15。利用DAC在一個電阻上產(chǎn)生電壓可以變化的信號,把這個信號加到場效應(yīng)管的柵極G和源極S之間,通過調(diào)整電壓大小,可以控制源極S和漏極D的導(dǎo)通程度,通過大小變化的電流,從而得到加熱需要的功率。采用這種方法加熱,優(yōu)點(diǎn)是可以獲得較大的發(fā)熱功率和較好的導(dǎo)熱效果,而且發(fā)熱功率連續(xù)可調(diào),不是突變的。DAC精度為10bit,檔位選擇1mA,電阻選擇2.49kΩ,那么控制電壓調(diào)整精度為:通過實(shí)測,這個精度可以滿足設(shè)計需要。圖2中,51mΩ的電阻可以用來檢測電流大小。實(shí)測結(jié)果顯示,常溫條件下柵極G和源極S之間電壓Vgs=1.9V時,流過漏極D和源極S的電流Id大約為160mA,加熱電源電壓為12V的話,加熱功率為2W。5加熱功率控制電壓加熱時間是一個很重要的參數(shù),設(shè)備必須能在較短的時間內(nèi)完成預(yù)加熱,然后啟動開始工作。該設(shè)計中加熱電路的控制采用模糊控制技術(shù),把用戶設(shè)定的芯片能正常工作的溫度下限值與電力貓芯片溫度的檢測值相減得到一個偏差值,將這個差值按照百分比分成5個范圍,定義成5個模糊量,對應(yīng)大小不同的5種加熱功率。溫度低于設(shè)定值越多,加熱功率越大,使加熱時間盡量縮短需要注意的是開始加熱后,隨著MOS管本身溫度的升高,流過同樣大小的電流需要的控制電壓Vgs減小,為此,引入加熱電流檢測值作為反饋控制Vgs電壓,使當(dāng)前加熱功率盡量保持穩(wěn)定可控。軟件的主要工作是這個部分的程序設(shè)計主要流程如圖3所示。6熱阻的調(diào)整另外熱傳導(dǎo)設(shè)計也不容忽略,通過安裝導(dǎo)熱膠墊,并配合緊固螺柱,使加熱器件(場效應(yīng)管)、測溫器件(內(nèi)置溫度傳感器的處理器)和受熱器件(電力貓模塊上的芯片)緊密接觸,盡量減小熱阻需要注意的是緊固螺柱的尺寸應(yīng)盡量精確,避免電路板和模塊變形