一種高可靠性一體化視頻監(jiān)控前端箱的設(shè)計(jì)

王立功+閆連龍+張國聚

摘 要

視頻前端控制箱是電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的常用設(shè)備。目前的設(shè)備箱僅是安裝了電源插座、防雷設(shè)備等少量設(shè)備，施工方需要自購其它設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝，受安裝工藝水平的限制，設(shè)備箱成為系統(tǒng)故障的主要來源。通過將箱內(nèi)設(shè)備模塊化，根據(jù)系統(tǒng)的需要，安裝設(shè)備模塊，將各種設(shè)備一體化在箱體內(nèi)，由于這些安裝工作由廠家直接完成，設(shè)備箱的整體可靠性大幅提高，并且節(jié)省了大量的施工時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】一體化 視頻監(jiān)控 前端箱

1 概述

視頻監(jiān)控前端控制箱作為安防領(lǐng)域配套設(shè)備之一，起到對(duì)攝像頭供電、信號(hào)傳輸、防雷保護(hù)等作用。目前，由于市場(chǎng)上品種繁多，品牌各異，質(zhì)量相差甚大，可靠性難以滿足視頻監(jiān)控的要求。普通視頻監(jiān)控前端控制箱包括單相自動(dòng)重合閘、空開、固定三眼萬能插座、三合一防雷器、二合一防雷器等。但是除上述設(shè)以外，還應(yīng)當(dāng)有攝像機(jī)電源、光收發(fā)器、交換機(jī)、溫度控制等設(shè)備。市場(chǎng)上大部分視頻監(jiān)控箱布局是內(nèi)部?jī)H有開關(guān)、防雷、插座等，其它設(shè)備需要在施工時(shí)安裝，由于箱體尺寸設(shè)計(jì)等都存在差異，安裝布局相當(dāng)麻煩，并且各種其它設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝涉及到安裝工藝的問題，整個(gè)箱內(nèi)系統(tǒng)的可靠性大打折扣。為滿足電力系統(tǒng)視頻監(jiān)控的高可靠性要求，采用一體化的視頻前端控制箱，就是生產(chǎn)廠家根據(jù)使用需要，將各種模塊化設(shè)備安裝在箱中，施工時(shí)僅需要將少量線路接入箱體，大大地簡(jiǎn)化了施工時(shí)間，同時(shí)及大地提高了可靠性。

2 總體思路

一體化視頻前端控制箱是把視頻監(jiān)控需要的設(shè)備，包括綜合設(shè)備管理系統(tǒng)、交流電源防護(hù)子系統(tǒng)、設(shè)備電源供電子系統(tǒng)、防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)、光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)、光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)、數(shù)顯自動(dòng)溫度控制子系統(tǒng)、物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等模塊化后，集成安裝在設(shè)備箱中，以滿足視頻監(jiān)控的需要。

一體化視頻前端控制箱設(shè)計(jì)思路如下：

2.1 模塊化各種設(shè)備提高系統(tǒng)的可靠性

各種設(shè)備模塊化，箱體內(nèi)部接線標(biāo)準(zhǔn)化，可以使由于接線造成的接觸不良的故障率大大降低。實(shí)際使用中，由于箱內(nèi)的電源插座松動(dòng)的造成了大量故障，通過內(nèi)部的背板總線為各個(gè)模塊供電，可以得到完全的消除。通過集成了溫度控制、電源保護(hù)、防雷等功能，可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性。一體化視頻前端控制箱由廠家將需要的各種設(shè)備布局安裝，安裝工藝和質(zhì)量得到保障。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化外部接口

一體化視頻前端控制箱標(biāo)準(zhǔn)化外部接口，施工時(shí)只需要接市電線、攝像機(jī)電源線、攝像機(jī)數(shù)據(jù)輸入線、數(shù)據(jù)輸入/輸出線（光纖）等即可，大大簡(jiǎn)化了施工接線，節(jié)約施工成本。

2.3 減小控制箱的體積

內(nèi)部設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)可以使安裝布局更緊湊，有利于減少箱體的體積，實(shí)現(xiàn)微型化。

2.4 綜合設(shè)備管理

物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集箱內(nèi)各設(shè)備的工作狀況，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)，并且可以在綜合管理平臺(tái)上管理設(shè)備，如設(shè)備重啟、設(shè)備配置、自檢等。

在總體的設(shè)計(jì)思路上主要把握兩點(diǎn)，即一體化和模塊化。模塊化就是把箱內(nèi)設(shè)備按照一定的尺寸設(shè)計(jì)，采用模塊插拔的方式安裝；一體化就是把需要的功能通過模塊化設(shè)備集成到箱體內(nèi)部。從而實(shí)現(xiàn)整體的高可靠性。

3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要內(nèi)容包括視頻監(jiān)控平臺(tái)、前端設(shè)備互聯(lián)、視音頻編解碼和智能監(jiān)控應(yīng)用等，其中前端設(shè)備互聯(lián)工作攝像頭一直是主要研究方向，其它設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化基本無人涉及，箱內(nèi)設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)可以為這項(xiàng)工作的開展提供方便。

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化模塊的形狀

將箱體內(nèi)的設(shè)備設(shè)計(jì)成模塊，首先做到尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化，各模塊的厚度按照美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)成1.75in （4.445cm，1U）高度的整數(shù)倍，寬度設(shè)計(jì)為10.5in，深度設(shè)計(jì)為5.25in。

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化模塊的接口

根據(jù)模塊的功能需要，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的接口，接口包括模塊供電（5V、12V），數(shù)據(jù)線輸入，數(shù)據(jù)輸出，控制輸入、控制輸出，采用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展插槽，重新定義各個(gè)引腳功能。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口（管理接口）可以為前端設(shè)備互聯(lián)提供基礎(chǔ)，如圖1所示。

3.2 各子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

集成化的視頻前端控制箱主要由6個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，包括：綜合設(shè)備管理系統(tǒng)、交流電源防護(hù)子系統(tǒng)、設(shè)備電源供電子系統(tǒng)、防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)、光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)、光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)、數(shù)顯自動(dòng)溫度控制子系統(tǒng)、物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等。

3.2.1 綜合設(shè)備管理系統(tǒng)

如圖2所示，綜合管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控箱內(nèi)各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并可以控制相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行重啟或配置。將箱內(nèi)設(shè)備的工作情況通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心后臺(tái)，及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警。

3.2.2 交流電源防護(hù)子系統(tǒng)

交流電源防護(hù)子系統(tǒng)，是對(duì)設(shè)備箱接入220V電源的各種防護(hù)及管理，包含220V交流過流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、穩(wěn)壓輸出、電源分配，如圖3所示。

3.2.3 設(shè)備電源供電子系統(tǒng)

設(shè)備供電子系統(tǒng)提供了設(shè)備箱內(nèi)所有設(shè)備供電，包含光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、監(jiān)控固定攝像頭、監(jiān)控球型攝像機(jī)、溫控器電源、溫控風(fēng)扇電源等，如圖4所示。

3.2.4 防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)

防雷防浪涌子系統(tǒng)，是對(duì)設(shè)備箱內(nèi)設(shè)備如接入220V電源、球機(jī)24V交流電源、槍機(jī)12V直流電源、網(wǎng)絡(luò)RJ45數(shù)據(jù)接口、電源插座、視頻同軸電纜進(jìn)行防浪涌保護(hù)，包含單相電源保護(hù)、二合一防雷保護(hù)、三合一防雷保護(hù)、集中電源防雷保護(hù)等，如圖5所示。

3.2.5 光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)

光纖傳輸管理系統(tǒng)，是指對(duì)進(jìn)入設(shè)備箱內(nèi)的光纖進(jìn)行固定、熔接、理纖、配線、跳接管理，包含光纖固定座、光纖繞纖環(huán)、光纖熔纖盤、光纖配線架、光纖跳線，如圖6所示。

3.2.6 光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)

光纖數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，是指光傳輸過程中數(shù)據(jù)交換設(shè)備，包含光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖交換機(jī)、視頻光端機(jī)等，如圖7所示。

3.2.7 數(shù)顯自動(dòng)溫濕度控制子系統(tǒng)

濕度和溫度的調(diào)節(jié)應(yīng)該是全自動(dòng)運(yùn)行的，必須配置全自動(dòng)溫濕度控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備箱內(nèi)的各個(gè)功能模塊正常工作所需的溫濕度范圍設(shè)定控制閥值，并使用溫度傳感器對(duì)象內(nèi)的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)箱內(nèi)溫度超過閾值時(shí)啟動(dòng)溫濕度控制系統(tǒng)。自動(dòng)溫濕控系統(tǒng)是指依據(jù)設(shè)備箱內(nèi)溫濕度變化，通過溫濕度控制器自動(dòng)開啟風(fēng)扇或加熱器，本系統(tǒng)可根據(jù)需要設(shè)定啟動(dòng)溫度值，系統(tǒng)包含數(shù)顯溫控器（內(nèi)置溫度傳感器）、交流風(fēng)扇（或直流方式）、加熱器、供電電源等。

3.2.8 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)由照明系統(tǒng)、電子控制鎖、防雷接地等輔助設(shè)備組成，為維護(hù)人員提供維護(hù)便利，并具有防盜、防雷等功能。

4 結(jié)論

一體化模塊化視頻前端控制箱經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)和使用，使用效果好。由于安裝簡(jiǎn)單，受到了施工單位的歡迎，并且可靠性得到了及大地提高。一體化使視頻前端控制箱成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)備，改變了購買空箱后安裝設(shè)備的施工方式。模塊化箱內(nèi)設(shè)備使安裝簡(jiǎn)單規(guī)范，布局清晰。存在的問題是模塊化的各種設(shè)備特別是光交換等設(shè)備沒有專門的廠家生產(chǎn)，自主研發(fā)的模塊產(chǎn)品的性能需要檢驗(yàn)和認(rèn)證。

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