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閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾方法

發(fā)布時(shí)間:2011-05-24

中心議題:
  • CCTV干擾的來(lái)源及影響方式
  • CCTV抗干擾的方法
解決方案:
  • 數(shù)字信號(hào)傳輸中的抗干擾措施
  • 視頻信號(hào)的抗干擾
  • 監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式抗干擾

閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)在建筑工程中的應(yīng)用越來(lái)越多,由于建筑物內(nèi)的電氣環(huán)境比較復(fù)雜,容易形成各種干擾源,如果施工過(guò)程中未采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?,各種干擾就會(huì)通過(guò)傳輸線纜進(jìn)入閉路電視監(jiān)控系統(tǒng),造成視頻圖象質(zhì)量下降、系統(tǒng)控制失靈、運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。因此研究閉路電視監(jiān)控干擾源的性質(zhì)、了解對(duì)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的影響方式,以便采取措施解決干擾問(wèn)題對(duì)提高閉路監(jiān)控系統(tǒng)工程質(zhì)量,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常有益。
  
干擾的來(lái)源及影響方式
  
閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸信號(hào)的類型主要有兩類:一類是模擬視頻信號(hào),傳輸路徑由攝象機(jī)到矩陣,從矩陣再到顯示器或錄象機(jī);一類是數(shù)字信號(hào)包括矩陣與攝象機(jī)之間的控制信息傳輸,矩陣中計(jì)算機(jī)部分的數(shù)字信號(hào)。一般設(shè)備成為干擾源的可能性很小,因此干擾主要通過(guò)信號(hào)傳輸路徑進(jìn)入系統(tǒng)。閉路電視監(jiān)擰系統(tǒng)的信號(hào)傳輸路徑是,能通過(guò)視頻電纜和傳輸控制信號(hào)的雙絞線耦合進(jìn)系統(tǒng)的干擾有:各種高頻噪聲比如大電感負(fù)載啟停,地電位不等引入的工頻干擾,平衡傳輸線路失衡使抑噪能力下降將共頻干擾轉(zhuǎn)成了差模干擾,傳輸線上阻抗不匹配造成信號(hào)的反射使信號(hào)傳輸質(zhì)量下降,靜電放電沿傳輸線進(jìn)入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。具體表現(xiàn)如下:
  
由于阻抗不匹配造成的影響在視頻圖象上表現(xiàn)為重影。在信號(hào)傳輸線上會(huì)將在脈沖序列的前后沿形成震蕩。震蕩的存在使高低電平間的閾值差變小,當(dāng)震蕩的幅值再大或有其他干擾引入時(shí)就無(wú)法正確分辨出脈沖電平值,導(dǎo)致通信時(shí)間變長(zhǎng)或通信中斷。接地和屏蔽不好會(huì)導(dǎo)致傳輸線抑制外部電磁干擾能力的下降,體現(xiàn)在視頻圖象就是雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋干擾以及橫紋滾動(dòng)等;在信號(hào)傳輸線上形成尖峰干擾,造成通信錯(cuò)誤。平衡傳輸線路失衡也會(huì)在信號(hào)傳輸線上形成尖峰干擾。靜電放電除了會(huì)造成設(shè)備損壞外,還會(huì)影響存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù),使設(shè)備出現(xiàn)些莫名其妙的錯(cuò)誤。
  
抗干擾的方法
  
從干擾源的分析了解到并沒(méi)有特別的干擾源,消除或者減少上述干擾的理論探討也有許多,如何針對(duì)閉路電視監(jiān)控工程解決干擾問(wèn)題,很少有文獻(xiàn)涉及,下面就閉路電視監(jiān)控工種中常見(jiàn)的干擾及解決方法進(jìn)行些探討。
  
1數(shù)字信號(hào)傳輸中的抗干擾措施
  
在弱電系統(tǒng)工程中數(shù)字信號(hào)的傳輸通常指長(zhǎng)線傳輸,常見(jiàn)的方式有:通過(guò)調(diào)制、解調(diào)方法在電力線或視頻線上傳輸數(shù)字信號(hào);通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,比如RS422、RS845、RS485;自行開(kāi)發(fā)的自動(dòng)式傳輸。三者相較,常見(jiàn)的還是RS422、RS485,因此重點(diǎn)討論RS485數(shù)字通信抗干擾方法。
  
RS485總線是采用差分平衡電氣接口,具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力,但在實(shí)際工程RS485總線并未達(dá)到人們期望的效果。問(wèn)題往往出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓侠?,未按照總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季€,成為事宜上的星型拓?fù)洌粋鬏斁€與接收和發(fā)送端設(shè)備連接不正確,削弱了平衡線的抗干擾能力;第三公用雙絞線,未進(jìn)一步采取抗干擾措施,比如采用屏蔽雙絞。雖然在造成干擾的方式上有所不同但在干擾的表現(xiàn)形式上只有兩種:一種是反射增加了信號(hào)畸變程度;一種是外部的干擾由于平衡條件被破壞,共模干擾變成了串模信號(hào)進(jìn)入傳輸線。
  
關(guān)于信號(hào)反射。根據(jù)電磁理論,減少長(zhǎng)線上信號(hào)反射的唯一途徑是阻抗匹配,若通信風(fēng)格拓?fù)錇榭偩€型,阻抗匹配比較容易實(shí)現(xiàn),但若是星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,根?jù)工程經(jīng)驗(yàn)則可按圖1方式進(jìn)行匹配,在發(fā)送端串上與傳輸線特征阻抗相同的電阻RO,在接收端按圖所示進(jìn)行連接,其中R1>R2,R=(R1*R2)/(R1+R2)=R0。在發(fā)送R0一般是驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出內(nèi)阻的5倍以上,可以得到較高的發(fā)送電平,接收的匹配阻抗是經(jīng)5伏電源形成的,在阻抗匹配的同時(shí)減少了吸收功耗,這樣既減少了的射,又不會(huì)因?yàn)樵黾恿似ヅ潆娮栉者^(guò)多的信號(hào)功率,信號(hào)的電平閾值差變小。
  
雙絞線作為RS485傳輸一對(duì)電磁感應(yīng)噪聲有較強(qiáng)的抑制能力,但對(duì)靜電感應(yīng)引起噪聲的抑制能力較差,因此RS485傳輸線應(yīng)選用屏蔽雙絞線。雙絞線的屏蔽層要正確接地,這里講的“地”應(yīng)是驅(qū)動(dòng)總線邏輯門(mén)的“地”,而非“機(jī)殼地”、“保護(hù)地”,但在許多實(shí)際設(shè)備上往往沒(méi)有給出接地連接端,所以在這種情況下就需要引一條線將屏蔽與驅(qū)動(dòng)邏輯門(mén)集成電路的地相連。

2視頻信號(hào)的干擾
  
視頻信號(hào)的干擾在圖象上表現(xiàn)為地花點(diǎn)和50HZ橫紋滾動(dòng),對(duì)于雪花點(diǎn)干擾是由于傳輸線上信號(hào)衰減以及耦合了高頻干擾所致,這種干擾比較容易消除,在攝象機(jī)與控制矩陣之間合理位置增加一個(gè)視頻放大器,將信號(hào)的售噪比提高,或者改變視頻電纜的路徑避開(kāi)高頻干擾源,高頻干擾的問(wèn)題可基本上得到解決。較難解決的是50HZ橫紋滾動(dòng)及進(jìn)一步加高頻干擾的情況,比如電梯轎廂內(nèi)攝象機(jī)的輸出圖象。為了抑制上述干擾,首先分析一下造成上述問(wèn)題的原因。

攝象機(jī)要求的供電電源一般有三種:直流12V、交流24V或220V,大多數(shù)工程應(yīng)用中不從電梯轎廂的供電電源上取,而是另外布設(shè)供電電源給攝象機(jī)供電,攝象機(jī)輸出圖象經(jīng)過(guò)一條軟性的視頻電纜從井道的止方或下方送出,視頻電纜和供電電纜與轎廂的動(dòng)力線捆綁在一起,當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)牽引電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的電磁場(chǎng)沿照明動(dòng)力線傳播,顯然會(huì)影響攝象機(jī)供電電纜和視頻電纜,當(dāng)視頻電纜的屏蔽層不夠嚴(yán)密時(shí),高頻干擾就經(jīng)視頻電纜傳回監(jiān)視器。而對(duì)于50HZ的橫紋滾動(dòng)根據(jù)電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除50HZ工頻干擾。由此可以推斷這部分干擾不是通過(guò)視頻電纜耦合過(guò)來(lái),而是來(lái)自電源線和不合理的視頻線聯(lián)結(jié)。
  
對(duì)于圖象中的高頻干擾,因它的頻帶仍在8MHZ以內(nèi),采用空隙率為50%左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾,但要達(dá)到50%的空隙率屏蔽網(wǎng)根數(shù)需每個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度有60根以上,這樣高的密度又會(huì)使電纜的柔韌性下降,比較好的方法是采用帶有雙層屏蔽的視頻電纜。
  
視頻電纜屏蔽層是接地的,如果視頻信號(hào)“地”與顯示器的“地”相對(duì)“電網(wǎng)地”的電位不同,即如圖3所示兩處接地點(diǎn)相對(duì)電網(wǎng)“地”的電壓差不同,那么通過(guò)電源在攝象機(jī)與顯示器之間形成電源回路,這樣50HZ的工頻干擾進(jìn)入顯示器中,從圖中的電氣聯(lián)接可以看出消除50HZ工頻干擾方法有兩種,一是想辦法使各處的“地”電位與“電網(wǎng)地”的電位差完全相同,或者切斷形成地環(huán)流的路徑。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜,使各處“地”完全等電位比較困難,只能通過(guò)加大攝象機(jī)供電線纜的線徑,盡可能降低地回路的電阻。或者采用切斷地環(huán)流回路的方法,在攝象機(jī)或顯示器端有一端不接地,通常在顯示器端不接供電電源的地,這樣雖不能完全消除干擾但可大減少50HZ的干擾。
  
從上面的分析中看到,如果電源線上耦合上高頻噪聲,即使視頻電纜的屏蔽電纜的屏蔽再好,也會(huì)將噪聲送至顯示器,因此攝象機(jī)的供電電源線最好也要屏蔽,上述措施需要在工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)就要全面考慮才能實(shí)現(xiàn),若到了系統(tǒng)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾存在可采用調(diào)制和解調(diào)的方法將噪聲濾除,在攝象機(jī)端設(shè)一調(diào)制器將視頻信號(hào)搬移到幾十兆赫茲的頻度段上,在顯示器端設(shè)一低通濾波器將低于8NHZ的信號(hào)全部濾除,再經(jīng)過(guò)解調(diào)將視頻圖象還原。

3監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式
  
監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式只有兩種:一種是集中供電方式即電源都引自一處,另一種是分布式供電,攝象機(jī)在安裝位置附近取電源,從抗干擾效果的角度講,集中供電方式更好一些,可以基本消除各處參考電位不等的情況。

監(jiān)控系統(tǒng)中干擾主要體現(xiàn)在數(shù)字通信通訊線和視頻圖象的干擾上,解決干擾的關(guān)鍵在于工程開(kāi)始施工時(shí)就要全盤(pán)考慮上抗干擾措施,這樣才能從根本上解決干擾問(wèn)題,而不要等到工程后期再采取亡羊補(bǔ)牢的措施。
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