CN201378855Y - 矿用隔爆兼本安型网络摄像仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，属矿用监测监控系统。主要由嵌入式处理器、嵌入式实时操作系统和软件技术组成，实现井下间视频信号的实时采集、压缩、网传。本摄像仪除拥有传统摄像仪的功能外，还可以直接和网络产品结合，因此特别适合做监测监控系统的前端设备。使用此设备，宽带(综合布线)网络可以取代传统的闭路电视系统，使信息网络与视频网络合二为一。本实用新型的特点是为本质安全型，可用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。
Description
技术领域
本实用新型涉及矿用监测监控系统，具体是一种矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，更进一步说是一种把井下音视频信号实时采集压缩、网传融为一体的设备，使井下宽带(综合布线)网络取代传统的闭路电视系统，使信息网络与视频网络合二为一，尤其适合于在煤矿井下含瓦斯及煤尘较多的危险易燃易爆的环境中使用。
背景技术
目前，井下安全生产监测监控系统种类繁多，使用的监测监控系统多是90年代以前开发的，主要基于8/16位单片机和串行数据链路，通信速率低。各种监测系统和控制系统都是独立成系统，相互之间不兼容，系统的互联非常困难。因为信息交流不通畅，不利于统一的调度指挥，给安全生产带来了隐患。由于各种系统采用不同的现场总线和各种系统的数据通信制式各不相同，致使各种系统相互之间不兼容，系统的互联非常困难。同时由于数据通信速率低下，信息不流畅，成为构建集监测、控制、通信功能于一体的矿井网络化信息化监测监控系统的瓶颈。
发明内容
本实用新型提供一种矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，用于解决目前煤矿安全生产监控系统兼容性差和技术落后这一制约煤矿综合自动化的瓶颈问题。它不但可以用在一般场所，而且可以用在煤矿井下等特殊要求的场所。
本实用新型是以如下技术方案实现的：一种矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：包括：
-微控制器U1，完成A/D转换后的音/视频信号的压缩编码；
-存储芯片U3，与微控制器U1连接，用于存放BOOTLOADER、OS内核、文件系统以及用户应用程序；
-存储芯片U5，与微控制器U1连接，用于存放系统运行时的代码以及临时图像数据；
-视频解码控制器U6，与微控制器U1连接，从模拟视频输入口输入的全电视信号在U6内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路之后，在YUV到YCrCb的转换电路中转换成BT.656视频数据流，输入到压缩核心单元U1中；U1的3个视频口VP0、VP1、VP2与视频编解码芯片相接；
-音频编辑码器U2，与微控制器U1连接，用于音频信号的采集和播放；
-RS485控制器U4，与微控制器U1连接，用于把U1传送过来的并行信号转换为串行信号；
-以太网控制器U9，与微控制器U1连接，将将从U1传输过来的数据转化为以太网物理层能接收的数据后传输到监控中心；
-可编程逻辑器件U7，与微控制器U1连接，用于为U3产生3bit的页选信号；监控来自UART的电平中断信号，转换为边沿触发中断信号送给U1；
-电源模块U8，向各单元电路提供电源。
电源均采用本质安全型，整个电路装置在一个金属或非金属制备的符合煤矿井下安全规范的密封壳体中。
所述方案使用嵌入式实时操作系统，兼容TCP/IP协议IPV4，具有远程web浏览管理和在线系统升级的功能。从模拟视频输入口输入的全电视信号在U6内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路之后，在YUV到YCrCb的转换电路中转换成BT.656视频数据流，输入到压缩核心单元U1中完成压缩编码，U5用来存放系统运行时的代码以及临时图像数据，U3用来保存系统自启动代码以及系统程序代码，U3和U5分别与U1连接作为U1的外部数据空间，U7与U1连接，U7监控来自UART的电平中断信号，转换为边沿触发中断信号送给U1，U4与U1连接，完成信号的并/串转换，实现对云台的实时控制，U9与U1相连，将数据转化为以太网物理层能接收的数据后传输到监控中心完成本实用新型的网络功能，本实用新型的电源模块U8采用MAXIM公司的解决方案，包括一片MAX1762芯片(产生1.4V电源给U1的I/O供电和产生5V电源给LCD的逆变器供电)。
由于采用了上述技术方案，即采用嵌入式微控制器、嵌入式实时操作系统和软件，实现了井下音视频信号的实时采集、压缩、网传。本摄像仪除拥有传统摄像仪的功能外，还可以直接和网络产品结合，因此特别适合做监测监控系统的前端设备。使用此设备，宽带(综合布线)网络可以取代传统的闭路电视系统，使信息网络与视频网络合二为一。本实用新型为本质安全型，可用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。
本实用新型的有益效果是：矿用隔爆兼本安型网络摄像仪是一种新型的网络视频监控设备，产品为隔爆兼本安型，主要用于煤矿井下安全生产监测监控系统，适用性强，可以取代现有的井下CCD摄像机和视频服务器，解决井下综合布线的问题，为煤矿监测监控系统的网络化和信息化构建一个先进的平台，并且该产品可扩展应用到有色金属矿山等其它行业，市场前景广阔。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型电原理框图；
图2是本实用新型电路原理图；
图3是密闭型外壳图。
具体实施方式
如图1所示，硬件平台主要由微控制器U1、存储器U3和存储器U5、视频解码控制器U6、音频编解码器U2、可编程逻辑器件CPLD U7、RS485控制器U4、网络模块U9和电源管理模块U8几部分组成，使用嵌入式实时操作系统，兼容TCP/IP协议IPV4，具有远程web浏览管理和在线系统升级的功能。实现音视频信号的实时采集、A/D转换、压缩、网络传输、本地显示和摄像机云台控制。
如图2所示，其中，嵌入式微控制器U1，是电路的核心部分，它基于其第二代高性能的VelociTIVLIW结构，时钟频率为600MHz，指令速度高达4800MIPS，完成A/D转换后的音/视频信号的压缩编码。
存储芯片U3为Flash芯片，采用ATMEL公司NOR型，用于存放BOOTLOADER、OS内核、文件系统以及用户应用程序。
存储芯片U5采用三星公司的SDRAM芯片，用来存放系统运行时的代码以及临时图像数据。
视频解码控制器U6采用philips公司的SAA7115芯片。从模拟视频输入口输入的全电视信号在U6内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路之后，在YUV到YCrCb的转换电路中转换成BT.656视频数据流，输入到压缩核心单元U1中。U1的3个视频口VP0、VP1、VP2与视频编解码芯片U6相接。
在本实用新型中，只有一路视频输入，故VP1、VP2端口未用，VP0通道配置为8位BT.656视频输入口。视频数据的行/场同步信号包含在BT.656数字视频数据流的EAV(end of active video)和SAV(start of active video)时基信号中，视频口只需视频采样时钟和采样使能信号即可。U6内部寄存器参数的配置和状态的读出通过I2C总线进行。
音频编辑码器U2，采用TI的高性能立体声编解码器TLV320AIC23(以下简称AIC23)实现音频信号的采集和播放。U2与U1的I/O电压兼容，可以实现与U1的McASP接口无缝连接。
在本实用新型中，U2工作于主模式，左右声道的采样字宽均为16bit。数据接口为DSP mode模式。通过I2C总线设置内部寄存器的工作参数和反馈状态信息。
因为网络传输的固有特点，音频数据和视频数据从网络摄像机端到达监控中心不可能是均匀的，如果网络摄像机端不做任何纠正处理，则很难保证音视频的同步输出。为了实现音频和视频的采样同步，本实用新型利用锁相环PLL1708，从U6的LLC引脚输出27MHz时钟，经PLL1708产生U2的主时钟MCLK。由于音视频采样信号采用同一个时钟源，就不会出现音视频不同步的问题。PLL1708的SCKO3引脚输出默认时钟频率18.433MHz，作为U2的输入主时钟MCLK。U2内部采用的时钟可通过设置寄存器由主时钟MCLK分频得到。
RS485控制器U4，采用UART芯片SC16C550和MAXIM公司的MAX487E来实现RS-485信号的传输。U4主要功能是把U1传送过来的并行信号转换为串行信号。U4内部的接收器和发送器各有16B的FIFO，能处理的串行信号的速率高达3Mbps。MAX487E是U4接口芯片，可以工作在全双工、半双工模式，传输速率可达2.5Mbps。该接口连接到摄像机的云台，用来控制云台的转动，调整摄像头的方向和位置。RS-485总线抗干扰能力强，能实现多站点远距离通信。
以太网控制器U9，采用LXT971作为快速以太网物理层自适应收发器。由于LXT971支持IEEE802.3标准，提供MII(media independent interface)接口，可以支持MAC，而U1内部正好集成有以太网媒体存取控制器，所以U9可以和U1实现无缝连接。其中BH1102为1:1的隔离变压器。从U1传输过来的数据通过U9转换为以太网物理层能接收的数据后，通过RJ-45头传输到监控中心。
CPLD可编程逻辑器件U7，采用的CPLD是Xilinx公司的XC9572XL。该芯片具有72个宏单元，1600个逻辑门；5ns pin-to-pin的逻辑延迟；178MHz的系统频率。U7的功能主要是：为U3产生3bit的页选信号；监控来自UART的电平中断信号，转换为边沿触发中断信号送给U1。
电源模块U8，采用一个5V的直流变压器供电。由这个5V的电压器产生1.4V和3.3V电压分别给U1的内核和I/O端口供电，产生另外一个3.3V给其他芯片供电。这两个3.3V电源要分开设计，以免电源噪声相互干扰。
由于U1需要两种电压，所以要考虑供电系统的配合问题。加电过程中，应当保证内核电源先上电，最晚也应当与I/O电源一起加。关闭电源时，先关闭内核电源，再关闭I/O电源。讲究供电次序的原因在于：如果仅U1内核获得供电，周边I/O没有供电，对芯片不会产生损害，只是没有输入输出能力而已。如果反过来，周边I/O得到供电而U1内核没有加电，那么芯片缓冲/驱动部分的晶体管将在一个未知状态下工作，这是非常危险的。为了解决这个问题，本实用新型采用了开关电源芯片TPS54310PWP，把1.4V模块的电源输出有效引脚PG(power good)连接到3.3V模块的允许电压输入引脚EN。这样，只有当1.4V电压有效之后，3.3V电压才开始上电，这就保证了U1的内核电压先于I/O电压上电。
如图3所示：在本实施例中密闭壳体中共有8个口，其中上边4个口从左到右分别用作电源、视频信号输入、音频信号输入、视频模拟输出接口，下边4个口从左到右分别用作以太网信号、RS485/232总线信号、光纤模块接口端。
Claims (7)
1、一种矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：包括
-微控制器U1，完成A/D转换后的音/视频信号的压缩编码；
-存储芯片U3，与微控制器U1连接，用于存放BOOTLOADER、OS内核、文件系统以及用户应用程序；
-存储芯片U5，与微控制器U1连接，用于存放系统运行时的代码以及临时图像数据；
-视频解码控制器U6，与微控制器U1连接，从模拟视频输入口输入的全电视信号在U6内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路之后，在YUV到YCrCb的转换电路中转换成BT.656视频数据流，输入到压缩核心单元U1中；U1的3个视频口VP0、VP1、VP2与视频编解码芯片相接；
-音频编辑码器U2，与微控制器U1连接，用于音频信号的采集和播放；
-RS485控制器U4，与微控制器U1连接，用于把U1传送过来的并行信号转换为串行信号；
-以太网控制器U9，与微控制器U1连接，将将从U1传输过来的数据转化为以太网物理层能接收的数据后传输到监控中心；
-可编程逻辑器件U7，与微控制器U1连接，用于为U3产生3bit的页选信号；监控来自UART的电平中断信号，转换为边沿触发中断信号送给U1；
-电源模块U8，向各单元电路提供电源；
电源均采用本质安全型，整个电路装置在一个金属或非金属制备的符合煤矿井下安全规范的密封壳体中。
2、根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：微控制器U1采用嵌入式微控制器。
3、根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：存储器U5和存储器U3采用Flash芯片。
4、根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：视频解码控制器U6和音频编解码器U2分别采用Philips公司的SAA7115和TI公司的高性能立体声编解码器TLV320AIC23。
5、根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：以太网控制器U9采用LXT971A芯片。
6、根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：RS485控制器U4采用UART芯片SC16C550和MAXIM公司的MAX487E型。
7、根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型网络摄像仪，其特征在于：该摄像仪内部电路为本安型。
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| CN200920035649U CN201378855Y (zh) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | 矿用隔爆兼本安型网络摄像仪 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN102496004A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-06-13 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于图像的煤岩界面识别方法与系统 |
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