CN103237196A - 一种智能报障高速球及其网络管理客户端系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能报障高速球及其网络管理客户端系统，具体地说是为传统的视频监控系统中高速球工作状态24小时实时监控以及故障处理提供完善的解决方案。它公开了高速球内设有对一体化机芯视频信号的监测电路、温度采集电路、电压检测电路、风扇监测电路以及STC12LE5A08S2作为主控MCU；其系统是物联网地址的分配模式、高速球控制信号（PTZ）和网管信号复接的实现和数据采集项目三部分组成。它实现了具有网管功能的高速球，能够实时监控高速球自身的视频状态、温度信息、电压值、风扇转速。将运行状态实时上传至管理中心，并且通过管理中心能够对所有前端高速球进行远程开关机和远程复位。
Description
技术领域
本发明涉及高速球及其管理系统，具体地说是为传统的视频监控系统中高速球工作状态24小时实时监控以及故障处理提供完善的解决方案。
背景技术
进入二十一世纪，全球反恐、安全形势日益严峻，视频监控系统的作用突显，千千万万个高速球、摄像机遍布了城市的每一个角落。
众所周知，由于雷击、供电故障、人为破坏等因素，一旦作为最前端图像采集的高速球出现异常，相关区域的监控就形同虚设。哪怕是小型的监控系统，这种设备的异常都有可能造成很严重的后果，然而，这种异常又往往不容易被值守人员及时发现。因此，对于“平安城市”、“平安校园”这类动辄几百台上千个视频点的大型视频监控系统而言，如何实时监控各前端高速球、摄像机的工作状态、最大限度地实现系统的设计功能，就成了系统操作人员、维护人员最关心、最希望解决的问题。
目前市场上的高速球在管理中主要存在着以下几方面不足：
1、仅简单地响应后端控制设备传送过来的PTZ命令；
2、仅能够简单反馈当前云台水平位置、垂直位置和一体化机芯变倍位置；
3、未能对高速球系统视频状态、温度信息、电压值、风扇转速进行实时监控并实时上传到管理中心；
4、未能对出现故障的高速球进行远程开关机。
发明内容
为解决上述不足问题，本发明的技术解决方案：
根据本系统发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术解决方案：
一种智能报障功能高速球，它包括了高速球本体，其特征在包括：
高速球本体内设置有对一体化机芯视频信号的监测电路，所述电路为采用LM1881对视频信号进行同步分离，得到的行同步信号VIDEO_CHK送单片机外部中断IO进行监测，当高速球系统有视频信号，同步信号由LM1881分离出来；单片机外部中断能够定时监测到同步头的下降沿；当高速球系统视频丢失，同步信号消失；单片机未能定时监测到同步头，确认为视频信号丢失；
高速球本体内设置有温度采集电路，所述温度采集电路采用集成芯片DS18B20 ，DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要获取数据时，通过单总线控制协议，在DS18B20指定寄存器中读取二进制数据，然后将二进制数据转换成十进制的温度数据；
高速球本体内设置有电压检测电路，分别对+12V、+5V、+3.3V电压网络进行检，检测电路采用电阻分压再送到单片机I/O口，通过单片机内部的A/D电路采样获取模拟电压进而换算成实际电压值，再上传到管理中心；
高速球本体内还设置有远程开关机、远程复位电路，远程开关机硬件采用继电器的闭合、断开实现对高速球主控制系统电源的开启和关闭；单片机接收PC端发送过来的控制指令，通过I/O口控制继电器的断开和闭合来控制主机工作部分的电源；当PWM_CTRL为低电平时继电器JDQ4没有动作，JDQ4的46端和5端导通，主机电源开启，当PWM_CTRL为高电平时继电器动作，JDQ4的46端和3端导通，主机电源断开；
高速球本体内还设置有风扇监测电路，所述风扇监测电路的风扇J13的引脚，即为直流风扇的脉冲输出；该引脚通过10K电阻上拉后送到单片机的定时器/计数器T0输入引脚，定时器/计数器0工作在计数器模式下降沿有效，风扇每输出一个脉冲计数器加一，一秒钟得到的脉冲数乘以60得到风扇每分钟的转速；
高速球本体内设有STC12LE5A08S2作为主控MCU，此单片机具有2个独立串口，内部自带的8位A/D转换方便电压的采集，或通过I/O口模拟一个串口，从而实现三串口的需求。
利用本发明所述的高速球的网络管理客户端系统，其特征在于：
1 通过高速球的对一体化机芯视频信号的监测电路、温度采集电路、电压检测电路以及风扇监测电路，远程对高速球硬件系统的视频状态、电压值、温度值、风扇转速的信息的监测；
2 从管理中心到最前端高速球的三级网管地址分配；
IP地址：主要由嵌入式联网模块组成，实现网管485信号与以太网信号的转换，此部分复用以前的模块；
第一级地址为网管光端机地址，主要通过光端机接收端的拨码开关来进行设置，从0-255进行设置，一个IP地址下面最多接256对光端机；
第二级地址为下接高速球地址，本级地址采用数据通讯线路手工写入或光端机自动分配，从1-32进行配置；
在光端机的接收端采用带串口的MCU，串口一通过485方式与嵌入式联网模块进行通讯，将485信号转换成网络信号与上位机进行通讯；串口二通过485方式与二级设备高速球进行通讯，串口二在闲时对二级设备的运行状态进行查询，将查询的状态信息保存在MCU内存中，PC机上的管理中心通过轮询的方式查询设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心的查询命令以后将本身设备的运行状态与通过串口二查询到的下接高速球的信息一起打包发送给管理中心，管理中心分析系统中所有在线设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心发送过来的反控命令以后，分析出是对自身设备的命令还是对二级设备的命令，如果是对自己的命令则执行相应的动作，如果是对二级设备的命令则通过串口二转发给二级设备；
自动分配二级地址是采用二级设备硬地址、软地址、视频信号的接入配合实现；二级设备在出厂的时候每个设备都会配以1-255的硬地址，并且将设备的硬地址贴在设备条码上，要求在装入设备的时候同一个光端机下的设备硬地址不重复即可，将二级设备的485线接入到光端机的网管485总线，即串口二，将视频信号通过同轴电缆接入到光端机的发射机视频输入端，开启电源，待视频状态接入无误以后启动光端机地址自动分配，此时光端机会从硬地址1-255轮询发送关机命令，发送一次关机命令以后查询视频状态，如果查询到有相应的视频丢失，则根据视频的路数将对应的软地址写入到对应的设备中去并且重新开启此设备，如果没有视频丢失，则表明没有此硬件地址，然后继续下一个地址的查询，以此类推，从1-255，如果整个过程都找到了开始状态视频对应的设备，则提示设备自动配置完成，如果没有完全找到，则提示错误，提示排除故障后重新分配；
3 通过高速球本体内设置的远程开关机、远程复位电路，实现远程对高速球的开机、关机和复位。
所述的系统实现了从PC机管理中心到光端机继而到高速球的三级地址分配。
本发明所述的系统能够远程对监控系统中的所有高速球进行开机、关机和复位。
另外，本发明的方案可以描述为包括以下步骤：
(1) 网管系统中管理地址的分配模式，采用IP地址、一级地址、二级地址三层地址分配模式；
(2) 数据采集项目及方案的确定，具体包括：视频状态、温度值、电压值、风扇转速和工作状态、报警信息等；
(3) 根据以上2步确定硬件方案的选型和软件通讯协议的制定及软件开发。
步骤(1)系统采用如附图1所示的三级地址管理模式，通过三级地址唯一确定系统中的设备。
IP地址：主要由嵌入式联网模块组成，实现网管485信号与以太网信号的转换，此部分复用以前的模块；
第一级地址为网管光端机地址，主要通过光端机接收端的拨码开关来进行设置，从0-255进行设置，一个IP地址下面最多接256对光端机；
第二级地址为下接高速球地址，本级地址采用数据通讯线路手工写入或光端机自动分配，从1-32进行配置（由于目前设计的光端机最大视频路数为32路）。
以下主要介绍网管数据的通讯方式和自动分配二级地址原理：
在光端机的接收端采用带串口的MCU，串口一通过485方式与嵌入式联网模块进行通讯，将485信号转换成网络信号与上位机进行通讯；串口二通过485方式与二级设备高速球进行通讯，串口二在闲时对二级设备的运行状态进行查询，将查询的状态信息保存在MCU内存中，PC机上的管理中心通过轮询的方式查询设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心的查询命令以后将本身设备的运行状态与通过串口二查询到的下接高速球的信息一起打包发送给管理中心，管理中心分析系统中所有在线设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心发送过来的反控命令（例如开机、关机、复位、菜单命令等）以后，分析出是对自身设备的命令还是对二级设备（高速球、摄像机）的命令，如果是对自己的命令则执行相应的动作，如果是对二级设备的命令则通过串口二转发给二级设备。
自动分配二级地址是采用二级设备（高速球、摄像机）硬地址、软地址、视频信号的接入配合实现。二级设备在出厂的时候每个设备都会配以1-255的硬地址，并且将设备的硬地址贴在设备条码上，要求在装入设备的时候同一个光端机下的设备硬地址不重复即可，将二级设备的485线接入到光端机的网管485总线（串口二），将视频信号通过同轴电缆接入到光端机的发射机视频输入端，开启电源，待视频状态接入无误以后启动光端机地址自动分配，此时光端机会从硬地址1-255轮询发送关机命令，发送一次关机命令以后查询视频状态，如果查询到有相应的视频丢失，则根据视频的路数将对应的软地址写入到对应的设备中去并且重新开启此设备，如果没有视频丢失，则表明没有此硬件地址，然后继续下一个地址的查询，以此类推，从1-255，如果整个过程都找到了开始状态视频对应的设备，则提示设备自动配置完成，如果没有完全找到，则提示错误，提示排除故障后重新分配。
步骤(2) 数据采集项目及方案的确定，具体包括：视频状态、温度值、电压值、风扇转速和工作状态、报警信息。
视频状态监测方案
高速球系统内部增加对一体化机芯视频信号的监测，硬件如附图2所示。
此视频监测方案采用LM1881对视频信号进行同步分离，得到的行同步信号VIDEO_CHK送单片机外部中断IO进行监测，当高速球系统有视频信号，同步信号由LM1881分离出来。单片机外部中断能够定时监测到同步头的下降沿。当高速球系统视频丢失，同步信号消失。单片机未能定时监测到同步头，确认为视频信号丢失。
温度采集方案
高速球系统内部温度采集方案采用集成芯片DS18B20，硬件如附图3所示。
在此方案中，DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要获取数据时，通过单总线控制协议，在DS18B20指定寄存器中读取二进制数据。然后对照数据手册转换成十进制的温度数据。
电压检测方案
高速球内部增加了电压检测电路，分别对+12V、+5V、+3.3V电压网络进行检，如附图4所示。
检测电路采用电阻分压再送到单片机I/O口，通过单片机内部的A/D电路采样获取模拟电压进而换算成实际电压值，再上传到管理中心。
远程开关机控制方案
高速球硬件系统增加远程开关机、远程复位功能，管理中心能够方便的点击按钮控件实现远程开关机，远程复位。电路如附图5所示。
远程开关机硬件采用继电器的闭合、断开实现对高速球主控制系统电源的开启和关闭。单片机接收PC端发送过来的控制指令，通过I/O口控制继电器的断开和闭合来控制主机工作部分的电源。当PWM_CTRL为低电平时继电器JDQ4没有动作，JDQ4的46端和5端导通，主机电源开启，当PWM_CTRL为高电平时继电器动作，JDQ4的46端和3端导通，主机电源断开。
风扇状态监测方案
高速球硬件系统增加风扇监测功能，能够定时监测风扇转速和风扇工作是否正常，电路如附图6所示。
高速球系统采用的风扇是DC12V工作，带脉冲信号输出。图中J13的引脚2即为直流风扇的脉冲输出。该引脚通过10K电阻上拉后送到单片机的定时器/计数器T0输入引脚，定时器/计数器0工作在计数器模式下降沿有效，风扇每输出一个脉冲计数器加一，一秒钟得到的脉冲数乘以60得到风扇每分钟的转速。
步骤(3) 根据以上2步确定硬件方案的选型和软件通讯协议的制定及软件开发。通过前2步确定主控MCU的选型，本方案采用STC公司的STC12LE5A08S2单片机作为主控制器。此单片机具有2个独立串口，内部自带的8位A/D转换器能够满足电压采集需求。具体硬件电路如附图7所示。
本发明的优点在于：
1、实现了具有网管功能的高速球，能够实时监控高速球自身的视频状态、温度信息、电压值、风扇转速。
2、将运行状态实时上传至管理中心，并且通过管理中心能够对所有前端高速球进行远程开关机和远程复位。
附图说明
图1是本发明的管理系统三级地址管理模式的方框示意图。
图2是本发明的高速球本体内的对一体化机芯视频信号的监测电路示意图。
图3是本发明的高速球系统内部温度采集电路示意图。
图4是本发明的高速球内部的电压检测电路示意图。
图5是本发明的高速球内部的远程开关机、远程复位电路示意图。
图6是本发明的高速球的风扇监测电路示意图。
图7是本发明的主控MCU的STC12LE5A08S2单片机电路示意图。
具体实施方式
根据图1至7任一图所示，在高速球本体的基础上，其特别在于包括：
高速球本体内设置有对一体化机芯视频信号的监测电路，所述电路为采用LM1881对视频信号进行同步分离，得到的行同步信号VIDEO_CHK送单片机外部中断IO进行监测，当高速球系统有视频信号，同步信号由LM1881分离出来；单片机外部中断能够定时监测到同步头的下降沿；当高速球系统视频丢失，同步信号消失；单片机未能定时监测到同步头，确认为视频信号丢失；
高速球本体内设置有温度采集电路，所述温度采集电路采用集成芯片DS18B20 ，DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要获取数据时，通过单总线控制协议，在DS18B20指定寄存器中读取二进制数据，然后将二进制数据转换成十进制的温度数据；
高速球本体内设置有电压检测电路，分别对+12V、+5V、+3.3V电压网络进行检，检测电路采用电阻分压再送到单片机I/O口，通过单片机内部的A/D电路采样获取模拟电压进而换算成实际电压值，再上传到管理中心；
高速球本体内还设置有远程开关机、远程复位电路，远程开关机硬件采用继电器的闭合、断开实现对高速球主控制系统电源的开启和关闭；单片机接收PC端发送过来的控制指令，通过I/O口控制继电器的断开和闭合来控制主机工作部分的电源；当PWM_CTRL为低电平时继电器JDQ4没有动作，JDQ4的46端和5端导通，主机电源开启，当PWM_CTRL为高电平时继电器动作，JDQ4的46端和3端导通，主机电源断开；
高速球本体内还设置有风扇监测电路，所述风扇监测电路的风扇J13的引脚，即为直流风扇的脉冲输出；该引脚通过10K电阻上拉后送到单片机的定时器/计数器T0输入引脚，定时器/计数器0工作在计数器模式下降沿有效，风扇每输出一个脉冲计数器加一，一秒钟得到的脉冲数乘以60得到风扇每分钟的转速；
高速球本体内设有STC12LE5A08S2作为主控MCU，此单片机具有2个独立串口，内部自带的8位A/D转换方便电压的采集，或通过I/O口模拟一个串口，从而实现三串口的需求。
利用本发明所述的高速球的网络管理客户端系统，其特征在于：
1、通过高速球的对一体化机芯视频信号的监测电路、温度采集电路、电压检测电路以及风扇监测电路，远程对高速球硬件系统的视频状态、电压值、温度值、风扇转速的信息的监测；
2、从管理中心到最前端高速球的三级网管地址分配；
IP地址：主要由嵌入式联网模块组成，实现网管485信号与以太网信号的转换，此部分复用以前的模块；
第一级地址为网管光端机地址，主要通过光端机接收端的拨码开关来进行设置，从0-255进行设置，一个IP地址下面最多接256对光端机；
第二级地址为下接高速球地址，本级地址采用数据通讯线路手工写入或光端机自动分配，从1-32进行配置；
在光端机的接收端采用带串口的MCU，串口一通过485方式与嵌入式联网模块进行通讯，将485信号转换成网络信号与上位机进行通讯；串口二通过485方式与二级设备高速球进行通讯，串口二在闲时对二级设备的运行状态进行查询，将查询的状态信息保存在MCU内存中，PC机上的管理中心通过轮询的方式查询设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心的查询命令以后将本身设备的运行状态与通过串口二查询到的下接高速球的信息一起打包发送给管理中心，管理中心分析系统中所有在线设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心发送过来的反控命令以后，分析出是对自身设备的命令还是对二级设备的命令，如果是对自己的命令则执行相应的动作，如果是对二级设备的命令则通过串口二转发给二级设备；
自动分配二级地址是采用二级设备硬地址、软地址、视频信号的接入配合实现；二级设备在出厂的时候每个设备都会配以1-255的硬地址，并且将设备的硬地址贴在设备条码上，要求在装入设备的时候同一个光端机下的设备硬地址不重复即可，将二级设备的485线接入到光端机的网管485总线，即串口二，将视频信号通过同轴电缆接入到光端机的发射机视频输入端，开启电源，待视频状态接入无误以后启动光端机地址自动分配，此时光端机会从硬地址1-255轮询发送关机命令，发送一次关机命令以后查询视频状态，如果查询到有相应的视频丢失，则根据视频的路数将对应的软地址写入到对应的设备中去并且重新开启此设备，如果没有视频丢失，则表明没有此硬件地址，然后继续下一个地址的查询，以此类推，从1-255，如果整个过程都找到了开始状态视频对应的设备，则提示设备自动配置完成，如果没有完全找到，则提示错误，提示排除故障后重新分配；
3、通过高速球本体内设置的远程开关机、远程复位电路，实现远程对高速球的开机、关机和复位。
所述的系统实现了从PC机管理中心到光端机继而到高速球的三级地址分配。
本发明所述的系统能够远程对监控系统中的所有高速球进行开机、关机和复位。
Claims (4)
1.一种智能报障功能高速球，它包括了高速球本体，其特征在包括：
高速球本体内设置有对一体化机芯视频信号的监测电路，所述电路为采用LM1881对视频信号进行同步分离，得到的行同步信号VIDEO_CHK送单片机外部中断IO进行监测，当高速球系统有视频信号，同步信号由LM1881分离出来；单片机外部中断能够定时监测到同步头的下降沿；当高速球系统视频丢失，同步信号消失；单片机未能定时监测到同步头，确认为视频信号丢失；
高速球本体内设置有温度采集电路，所述温度采集电路采用集成芯片DS18B20 ，DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要获取数据时，通过单总线控制协议，在DS18B20指定寄存器中读取二进制数据，然后将二进制数据转换成十进制的温度数据；
高速球本体内设置有电压检测电路，分别对+12V、+5V、+3.3V电压网络进行检，检测电路采用电阻分压再送到单片机I/O口，通过单片机内部的A/D电路采样获取模拟电压进而换算成实际电压值，再上传到管理中心；
高速球本体内还设置有远程开关机、远程复位电路，远程开关机硬件采用继电器的闭合、断开实现对高速球主控制系统电源的开启和关闭；单片机接收PC端发送过来的控制指令，通过I/O口控制继电器的断开和闭合来控制主机工作部分的电源；当PWM_CTRL为低电平时继电器JDQ4没有动作，JDQ4的46端和5端导通，主机电源开启，当PWM_CTRL为高电平时继电器动作，JDQ4的46端和3端导通，主机电源断开；
高速球本体内还设置有风扇监测电路，所述风扇监测电路的风扇J13的引脚，即为直流风扇的脉冲输出；该引脚通过10K电阻上拉后送到单片机的定时器/计数器T0输入引脚，定时器/计数器0工作在计数器模式下降沿有效，风扇每输出一个脉冲计数器加一，一秒钟得到的脉冲数乘以60得到风扇每分钟的转速；
高速球本体内设有STC12LE5A08S2作为主控MCU，此单片机具有2个独立串口，内部自带的8位A/D转换方便电压的采集，或通过I/O口模拟一个串口，从而实现三串口的需求。
2.利用权利要求1所述的高速球的网络管理客户端系统，其特征在于：
通过高速球的对一体化机芯视频信号的监测电路、温度采集电路、电压检测电路以及风扇监测电路，远程对高速球硬件系统的视频状态、电压值、温度值、风扇转速的信息的监测；
从管理中心到最前端高速球的三级网管地址分配；
IP地址：主要由嵌入式联网模块组成，实现网管485信号与以太网信号的转换，此部分复用以前的模块；
第一级地址为网管光端机地址，主要通过光端机接收端的拨码开关来进行设置，从0-255进行设置，一个IP地址下面最多接256对光端机；
第二级地址为下接高速球地址，本级地址采用数据通讯线路手工写入或光端机自动分配，从1-32进行配置；
在光端机的接收端采用带串口的MCU，串口一通过485方式与嵌入式联网模块进行通讯，将485信号转换成网络信号与上位机进行通讯；串口二通过485方式与二级设备高速球进行通讯，串口二在闲时对二级设备的运行状态进行查询，将查询的状态信息保存在MCU内存中，PC机上的管理中心通过轮询的方式查询设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心的查询命令以后将本身设备的运行状态与通过串口二查询到的下接高速球的信息一起打包发送给管理中心，管理中心分析系统中所有在线设备的运行状态，当光端机的串口一接收到管理中心发送过来的反控命令以后，分析出是对自身设备的命令还是对二级设备的命令，如果是对自己的命令则执行相应的动作，如果是对二级设备的命令则通过串口二转发给二级设备；
自动分配二级地址是采用二级设备硬地址、软地址、视频信号的接入配合实现；二级设备在出厂的时候每个设备都会配以1-255的硬地址，并且将设备的硬地址贴在设备条码上，要求在装入设备的时候同一个光端机下的设备硬地址不重复即可，将二级设备的485线接入到光端机的网管485总线，即串口二，将视频信号通过同轴电缆接入到光端机的发射机视频输入端，开启电源，待视频状态接入无误以后启动光端机地址自动分配，此时光端机会从硬地址1-255轮询发送关机命令，发送一次关机命令以后查询视频状态，如果查询到有相应的视频丢失，则根据视频的路数将对应的软地址写入到对应的设备中去并且重新开启此设备，如果没有视频丢失，则表明没有此硬件地址，然后继续下一个地址的查询，以此类推，从1-255，如果整个过程都找到了开始状态视频对应的设备，则提示设备自动配置完成，如果没有完全找到，则提示错误，提示排除故障后重新分配；
通过高速球本体内设置的远程开关机、远程复位电路，实现远程对高速球的开机、关机和复位。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：实现了从PC机管理中心到光端机继而到高速球的三级地址分配。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，还包括：能够远程对监控系统中的所有高速球进行开机、关机和复位。
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2013
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