CN102075731A - 具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置，包括设置在塔机变幅小车上的图像采集传输模块和太阳能供电模块，以及设置在驾驶室内的显示存储模块，所述的图像采集传输模块包括红外一体机、视频服务器及无线网桥依次连接，红外一体机和视频服务器同时与休眠节能控制器连接；所述的太阳能供电模块包括供电控制器与太阳能组件、蓄电池分别连接，供电控制器与红外一体机、视频服务器、无线网桥和休眠节能控制器分别连接；所述的显示存储模块包括倍率控制模块、图像控制显示器和无线网桥B，倍率控制模块与脚踏器连接。本发明还公开了利用上述装置的吊钩视频监控方法，通过脚踏模块实现远程控制镜头倍率及休眠节能功能。

Description

具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置及监控方法

技术领域

本发明属于视频技术领域，涉及一种具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置，本发明还涉及利用该种装置进行塔机吊钩的视频监控方法。

背景技术

塔式起重机（以下简称塔机）属于高空作业设备，操作室位于塔吊顶端，工作过程中，塔机操作人员往往看不清地面情况，为了使塔机能完成所需要的作业，一般需要地面指挥人员与塔机操作员进行配合，塔吊操作人员按照指挥人员的指令对起重机进行操纵。这种工作方式下，一方面，如果指挥人员的责任心不强、个人能力不够，很容易发生安全事故；另一方面，塔吊操作员由于无法看清工作环境，操作比较盲目，工作时精神比较紧张，容易疲劳而造成严重事故。因此，解决塔机操作员工作时的可视化问题，是提高建筑施工安全的有效方法。

目前，市场上常见的建筑工地视频监控系统，使用对象为工地管理员，其摄像头安装在整个工地比较高的地方，用以监控整个工地的施工情况，如施工进展、施工现场管理等。也有适用于塔机操作员的吊钩视频装置，如“塔式吊车视野监视装置”（专利号ZL01239897.7，公开号 CN2474505，公开日2002.01.30）和“塔式起重机可视监控装置”（专利号ZL200520017117.7，公开号 CN2813563，公开日2006.09.06）。该两个专利的装置摄像头都是用于监视塔机吊钩，解决操作员的可视性问题，但该两个专利对于塔机变幅小车运动时，视频系统供电、信号传输、镜头倍率控制以及系统可操作性等技术问题都没有给出有益的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置，解决了现有塔机视频监控系统在视频系统供电、信号传输、镜头倍率控制以及系统可操作性差的问题。

本发明的另一目的是提供一种利用上述装置进行塔机吊钩的视频监控方法，解决现有技术在节能、变倍功能方面操作性能差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置，包括设置在塔机变幅小车上的图像采集传输模块和太阳能供电模块，以及设置在驾驶室内的显示存储模块，所述的图像采集传输模块包括红外一体机、视频服务器及无线网桥依次连接，红外一体机和视频服务器同时与休眠节能控制器连接；所述的太阳能供电模块包括供电控制器，供电控制器与太阳能组件、蓄电池分别连接；供电控制器与红外一体机、视频服务器、无线网桥和休眠节能控制器分别连接；显示存储模块包括依次连接的倍率控制模块、图像控制显示器和无线网桥B，倍率控制模块与脚踏器连接，无线网桥B与无线网桥对应设置。

本发明所采用的另一技术方案是，一种利用上述装置进行塔机吊钩视频的监控方法，该方法利用一种具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置，其结构是，包括设置在塔机变幅小车上的图像采集传输模块和太阳能供电模块，以及设置在驾驶室内的显示存储模块，所述的图像采集传输模块包括红外一体机、视频服务器及无线网桥依次连接，红外一体机和视频服务器同时与休眠节能控制器连接；太阳能供电模块包括供电控制器，供电控制器与太阳能组件、蓄电池分别连接；供电控制器与红外一体机、视频服务器、无线网桥和休眠节能控制器分别连接；显示存储模块包括依次连接的倍率控制模块、图像控制显示器和无线网桥B，倍率控制模块与脚踏器连接，无线网桥B与无线网桥对应设置，

本方法的变倍功能的控制步骤是：

1.1）红外一体机将得到的摄像头图像信号，通过视频服务器、无线网桥、无线网桥B将图像信号传输给操作室的图像控制显示器，图像控制显示器经过处理，得出需要对图像放大或缩小的提示信号；

1.2）根据上步图像控制显示器的图像处理提示信号，驾驶员操作脚踏器动作，脚踏器输入单片机的脚踏板信号为I/O信号，代表倍率放大或缩小，脚踏器的脚踏板信号输入倍率控制模块中，倍率控制模块以单片机STC12C5608AD为主处理器，该脚踏板信号经锁存器SN74HC245分别进入单片机STC12C5608AD的I/O端子P1.0以及端子P1.1；单片机STC12C5608AD运算后的信号经信号转换芯片MAX485转化为485总线信号，进入图像控制显示器进行信号交互，然后图像控制显示器通过无线网桥B及无线网桥发送给视频服务器，视频服务器通过计算得到需要的倍率变化数值，再通过485总线控制摄像头进行倍率变化；芯片SMDA15C作为总线过压保护芯片；

本方法的节能功能的实现步骤是：

2.1）休眠节能控制器内部以单片机STC12C5608AD作为主处理器，单片机STC12C5608AD通过I/O端子TXD、端子RXD的输出信号，经MAX485转化为485总线信号，与视频服务器进行信号交互，获取图像控制显示器发送来的镜头倍率控制信号；芯片SMDA15C对总线进行过压保护；工作过程中，单片机STC12C5608AD不断地从485总线上获取信息，并且预先设置定时时间，

2.2）休眠节能控制器上电启动后，首先开启中断，休眠节能控制器的主程序一直处于查询中断标志过程； 

当休眠节能控制器接收到视频服务器发出的一帧完整的P-D控制命令，休眠节能控制器的主程序将对定时器清零，并重新启动定时，同时，对单片机STC12C5608AD的输出端口清零，摄像头供电；

当休眠节能控制器定时器预先设置定时时间满足，中断到来，代表在给定时间内，没有接收到视频服务器发出的一帧完整的P-D控制命令，此时，定时器中断程序将对单片机STC12C5608AD的输出端口置1，切断摄像头供电。

本发明的有益效果是：系统采用太阳能供电，适用于小车幅度不断变化的情况，可避免小车行驶中电缆被压坏；具有红外功能，能够在光线不够的情况下，辅助塔机操作员的工作；采用无线网桥进行数字图像信号传输，提高信号抗干扰能力，视频效果好；具有录像、回放等功能，便于塔机事故责任认定；考虑塔机操作人员的工作情况，设置了脚踏板控制方式实现摄像头倍率远程控制；休眠节能功能模块实现了当塔机停止工作或重新开始工作，将自动进行断电或供电，从而简化了操作程序。

附图说明

图1是本发明装置的结构框图； 

图2是本发明装置中的倍率控制模块电路示意图；

图3是本发明方法中的倍率控制模块控制流程图；

图4是本发明装置中的休眠节能控制器的电路示意图；

图5是本发明方法中的休眠节能控制器的工作流程图。

图中，1.图像采集传输模块，2.太阳能供电模块，3.显示存储模块，4.红外一体机，5.视频服务器，6.无线网桥，7.休眠节能控制器，8.太阳能组件，9.供电控制器，10.蓄电池，11.倍率控制模块，12.图像控制显示器，13.无线网桥B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1，是本发明装置的结构框图，本发明装置的硬件部分包括三大模块组成，即设置在塔机变幅小车上的图像采集传输模块1和太阳能供电模块2，以及设置在驾驶室内的显示存储模块3。

图像采集传输模块1包括红外一体机4（包括摄像头、解码器以及红外灯连接组成）、视频服务器5及无线网桥6依次连接，红外一体机4和视频服务器5同时与休眠节能控制器7连接。

太阳能供电模块2用于太阳能供电控制，包括供电控制器9，供电控制器9同时与太阳能组件8、蓄电池10连接；供电控制器9与红外一体机4、视频服务器5、无线网桥6分别连接，进行供电；供电控制器9与休眠节能控制器7连接，接受休眠节能控制器7的控制。本发明装置中的太阳能供电模块2用于实现太阳能转换及储能，考虑到天气变化，选用80瓦的太阳能组件8和60AH的蓄电池10，在阴天情况下，能够维持系统两天的供电。

显示存储模块3包括依次连接的倍率控制模块11、图像控制显示器12和无线网桥B13，倍率控制模块11与脚踏器（或脚踏信号发生器）连接，无线网桥B13与无线网桥6对应设置，一是用于图像显示存储，二是利用倍率控制模块11实现脚踏动作对摄像头镜头倍率的控制。显示存储模块3工作时，图像信号由无线网桥B13传入图像控制显示器12，实现信号储存、显示以及处理。为了保证图像处理的速度，显示处理器12选用Intel 凌动1.6GHz的平板电脑，具有2个以太网口。

考虑到变幅小车频繁运动的特点，图像采集传输模块1的供电以及图像信息的传输不能采用有线方式。因此，本发明装置通过采用太阳能供电，图像信息采用无线传输，同时，随着塔机大型化发展，考虑到塔机电磁干扰，摄像头图像信息到显示器端传输距离远，对图像信息采用数字信号传输方式，图像信号经视频服务器5转化为数字信号再由无线网桥6发送。

如图1，是本发明方法利用上述装置进行的模块内部以及模块间的信号传输关系图。本发明的方法，一方面系统视频监控功能是摄像头信号通过视频服务器5、无线网桥6、无线网桥B13将图像信号传输给操作室的图像控制显示器12；另一方面，摄像头远程倍率控制是通过位于塔机操作室的脚踏器产生脚踏倍率控制信号，倍率控制模块11将产生的脚踏倍率控制信息传输给图像控制显示器12，然后通过无线网桥发送给变幅小车上的视频服务器5，视频服务器5再通过485总线控制摄像头倍率；最后，休眠节能功能实现塔机停止工作后，切断摄像头供电，避免夜间摄像头红外灯耗能。

本发明装置中的休眠节能功能是：夜晚，当外界光线比较暗，红外一体机4中的红外灯将自动开启，但此时如果塔机停止工作，为了节能，必须要求塔机驾驶员关闭系统电源的供电。由于整个系统的太阳能供电模块以及摄像头模块安装在变幅小车上，要求塔机驾驶员对系统供电进行人为操作，非常不便。

本发明装置中的倍率控制模块11是一个单片机子系统，经单片机脚踏板信号转化为倍率控制信号，由485总线输入图像控制显示器12，再经图像控制显示器12处理后，通过无线网桥B13控制红外摄像头中的解码器，实现镜头倍率远程控制。

如图2，倍率控制模块11的电路结构是，单片机STC12C5608AD通过TXD端口和RXD端口与信号转换芯片MAX485连接；芯片SMDA15C连接在MAX485的485总线上，起到过压保护作用；单片机STC12C5608AD通过P1.0端口和P1.1端口与锁存器SN74HC245连接，锁存器SN74HC245与脚踏器的两路输入信号线连接。

倍率控制模块11以STC12C5608AD单片机为主处理器，脚踏器输入单片机的脚踏板信号为两个I/O信号，分别代表倍率放大或缩小，脚踏板信号经锁存器SN74HC245分别进入单片机STC12C5608AD的I/O端子P1.0以及端子P1.1；单片机串口经信号转换芯片MAX485转化为485总线信号，与图像控制显示器12连通直接进行信号交互；芯片SMDA15C对总线进行过压保护。

图3 是倍率控制模块11工作程序流程示意图，具体步骤如下： 

步骤1.1：系统（倍率控制模块）初始化，包括串口初始化，采用9600波特率；

步骤1.2： 倍率控制模块上电后，主程序首先开启中断，并等待显示器模块发送的命令，同时，主程序不断地检测I/O数据，并转化为倍率控制状态； 

步骤1.3：倍率控制模块接收到显示器模块的命令后，发送当时的倍率数据，倍率数据代表三种状态：0x00就是没有踩下脚踏板，0x01和0x02分别是视频倍率缩小和放大。

倍率控制模块发送数据格式： 

发送：0x22  0x03  0x00  0x00  数据  校验1  校验2

其中，发送数据帧采用crc16校验。

休眠节能控制器7为一个单片机子系统，安装在变幅小车上，通过485总线与视频服务器5连接，获取视频服务器5发送给摄像头的倍率控制信号。

休眠节能控制器7的控制原理是：在规定时间之内，如果休眠节能控制器在总线上接收不到摄像头倍率控制命令，那么认为塔机处于停机状态，休眠节能控制器7将发送信号，使得继电器动作断开摄像头供电；无论什么状态下，只要总线上又有了镜头控制命令，说明塔机恢复工作，则休眠节能控制器恢复摄像头供电。但是因为本发明装置对摄像头的控制只有拉伸和缩进操作，所以就会出现这样一种实际的情况：即工作人员不让摄像头拉伸和缩进，但是整个塔机系统仍在工作。考虑到这种情况所以要设置视频服务器5周期的向摄像头发送一条不影响它工作的命令，用来让休眠节能控制器7捕获。考虑到视频服务器5和红外一体机4中摄像头的解码器之间通过485总线交换倍率控制信号，按标准的PELCO-D协议进行通讯，休眠节能控制器7只要捕获到P-D协议就说明摄像头还在工作，为了不影响系统自身的工作，设置有周期性发送P-D协议中的云台左转命令，作为塔机工作的信号。

如图4，休眠节能控制器7的电路结构是以单片机STC12C5608AD作为系统主处理器，单片机STC12C5608AD通过I/O端子TXD、端子RXD与信号转换芯片MAX485连接，芯片SMDA15C连接在MAX485的485总线上，起到过压保护作用；单片机STC12C5608AD的P3.7端口与光电隔离芯片TLP521-4连接，光电隔离芯片TLP521-4与继电器连接。

根据休眠节能控制器7的工作原理，工作过程中，模块7的主处理器（单片机STC12C5608AD）不断地从485总线上获取信息，经程序处理，当塔机处于停机状态，单片机通过I/O端子P3.7发送控制信号，该信号经光隔TLP521-4输出控制继电器JDQ，输出开关量控制摄像头供电。

图5 是休眠节能控制器7的工作程序流程，程序具体步骤如下： 

步骤2.1：系统（休眠节能控制器）初始化，包括串口初始化为中断工作模式，采用9600波特率；定时器初始化为中断工作模式，预先设置定时时间为20分钟；系统输出初始为摄像头供电； 

步骤2.2：休眠节能控制器7上电后，首先开启中断，控制器7的主程序一直处于查询中断标志过程； 

步骤2.3：当休眠节能控制器7接收到一帧完整的P-D控制命令（倍率调整命令或云台控制命令），休眠节能控制器7的主程序将对定时器清零，并重新启动定时，同时，对输出端口清零，摄像头供电；

步骤2.4：如果休眠节能控制器7定时器中断到来，代表在给定时间内，系统没有接收到一帧完整的P-D控制命令（倍率调整命令或云台控制命令），此时，定时器中断程序将对单片机输出端口置1，切断摄像头供电。

综上所述，本发明的装置，采用太阳能供电，适用于小车幅度不断变化的情况，可避免小车行驶中电缆被压坏；具有红外功能，能够在光线不够的情况下，辅助塔机操作员的工作；采用无线网桥进行数字图像信号传输，提高信号抗干扰能力，视频效果好；具有录像、回放等功能，便于塔机事故责任认定；具有镜头倍率远程控制功能，考虑塔机操作人员的工作情况，设置了脚踏板模块实现摄像头倍率远程控制；休眠节能功能模块实现了当塔机停止工作或重新开始工作，自动进行断电或供电，从而简化了操作量。

Claims (8)

1.一种具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置，其特征在于：包括设置在塔机变幅小车上的图像采集传输模块（1）和太阳能供电模块（2），以及设置在驾驶室内的显示存储模块（3），

所述的图像采集传输模块（1）包括红外一体机（4）、视频服务器（5）及无线网桥（6）依次连接，红外一体机（4）和视频服务器（5）同时与休眠节能控制器（7）连接；所述的太阳能供电模块（2）包括供电控制器（9），供电控制器（9）与太阳能组件（8）、蓄电池（10）分别连接；供电控制器（9）与红外一体机（4）、视频服务器（5）、无线网桥（6）和休眠节能控制器（7）分别连接；显示存储模块（3）包括依次连接的倍率控制模块（11）、图像控制显示器（12）和无线网桥B（13），倍率控制模块（11）与脚踏器连接，无线网桥B（13）与无线网桥（6）对应设置。

2.根据权利要求1所述的塔机吊钩视频监控装置，其特征在于：所述的红外一体机（4）包括摄像头、解码器以及红外灯连接组成。

3.根据权利要求1所述的塔机吊钩视频监控装置，其特征在于：所述的休眠节能控制器（7）的电路结构是，单片机STC12C5608AD通过I/O端子TXD、以及RXD与信号转换芯片MAX485连接，芯片SMDA15C连接在MAX485的485总线上；单片机STC12C5608AD的P3.7端口与光电隔离TLP521-4连接，光电隔离TLP521-4与继电器连接。

4.根据权利要求1所述的塔机吊钩视频监控装置，其特征在于：所述的倍率控制模块（11）的电路结构是，单片机STC12C5608AD通过TXD和RXD端口与信号转换芯片MAX485连接，芯片SMDA15C连接在MAX485的485总线上；单片机STC12C5608AD通过P1.0端口和P1.1端口与锁存器SN74HC245连接，锁存器SN74HC245与脚踏器的两路输入信号线连接。

5.一种利用权利要求1所述装置进行塔机吊钩视频的监控方法，其特征在于：该方法利用一种具有节能、变倍功能的塔机吊钩视频监控装置，其结构是，

包括设置在塔机变幅小车上的图像采集传输模块（1）和太阳能供电模块（2），以及设置在驾驶室内的显示存储模块（3），所述的图像采集传输模块（1）包括红外一体机（4）、视频服务器（5）及无线网桥（6）依次连接，红外一体机（4）和视频服务器（5）同时与休眠节能控制器（7）连接；太阳能供电模块（2）包括供电控制器（9），供电控制器（9）与太阳能组件（8）、蓄电池（10）分别连接；供电控制器（9）与红外一体机（4）、视频服务器（5）、无线网桥（6）和休眠节能控制器（7）分别连接；显示存储模块（3）包括依次连接的倍率控制模块（11）、图像控制显示器（12）和无线网桥B（13），倍率控制模块（11）与脚踏器连接，无线网桥B（13）与无线网桥（6）对应设置，

本方法的变倍功能的控制步骤是：

1.1）红外一体机（4）将得到的摄像头图像信号，通过视频服务器（5）、无线网桥（6）、无线网桥B（13）将图像信号传输给操作室的图像控制显示器（12），图像控制显示器（12）经过处理，得出需要对图像放大或缩小的提示信号；

1.2）根据上步图像控制显示器（12）的图像处理提示信号，驾驶员操作脚踏器动作，脚踏器输入单片机的脚踏板信号为I/O信号，代表倍率放大或缩小，脚踏器的脚踏板信号输入倍率控制模块（11）中，倍率控制模块（11）以单片机STC12C5608AD为主处理器，该脚踏板信号经锁存器SN74HC245分别进入单片机STC12C5608AD的I/O端子P1.0以及端子P1.1；单片机STC12C5608AD运算后的信号经信号转换芯片MAX485转化为485总线信号，进入图像控制显示器（12）进行信号交互，然后图像控制显示器（12）通过无线网桥B（13）及无线网桥（6）发送给视频服务器（5），视频服务器（5）通过计算得到需要的倍率变化数值，再通过485总线控制摄像头进行倍率变化；芯片SMDA15C对总线进行过压保护；

本方法的节能功能的实现步骤是：

2.1）休眠节能控制器（7）内部以单片机STC12C5608AD作为主处理器，单片机STC12C5608AD通过I/O端子TXD、端子RXD的输出信号，经MAX485转化为485总线信号，与视频服务器（5）进行信号交互，获取图像控制显示器（12）发送来的镜头倍率控制信号；芯片SMDA15C对总线进行过压保护；工作过程中，单片机STC12C5608AD不断地从485总线上获取信息，并且预先设置定时时间，

2.2）休眠节能控制器（7）上电启动后，首先开启中断，休眠节能控制器（7）的主程序一直处于查询中断标志过程； 

当休眠节能控制器（7）接收到视频服务器（5）发出的一帧完整的P-D控制命令，休眠节能控制器（7）的主程序将对定时器清零，并重新启动定时，同时，对单片机STC12C5608AD的输出端口清零，摄像头供电；

当休眠节能控制器（7）定时器预先设置定时时间满足，中断到来，代表在给定时间内，没有接收到视频服务器（5）发出的一帧完整的P-D控制命令，此时，定时器中断程序将对单片机STC12C5608AD的输出端口置1，切断摄像头供电。

6.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于：所述的红外一体机（4）包括摄像头、解码器以及红外灯连接组成。

7.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于：所述的休眠节能控制器（7）的电路结构是，单片机STC12C5608AD通过I/O端子TXD、以及RXD与信号转换芯片MAX485连接，芯片SMDA15C连接在MAX485的485总线上；单片机STC12C5608AD的P3.7端口与光电隔离TLP521-4连接，光电隔离TLP521-4与继电器连接。

8.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于：所述的倍率控制模块（11）的电路结构是，单片机STC12C5608AD通过TXD和RXD端口与信号转换芯片MAX485连接，芯片SMDA15C连接在MAX485的485总线上；单片机STC12C5608AD通过P1.0端口和P1.1端口与锁存器SN74HC245连接，锁存器SN74HC245与脚踏器的两路输入信号线连接。

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