智能建筑自动化设计课程设计文档格式.docx

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3.课程设计报告要求

1）、要求在课程设计答辩时提交课程设计报告。

2）、报告应包括以下内容：

A、本次设计的主要内容、设计题目。

B、课程设计总结。

包括本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等。

C、设计中参考文献列表。

D、报告使用A4纸手工撰写，全文不少于3000字。

如出现报告雷同，经查实后抄袭学生成绩按不及格处理，被抄袭学生成绩降一档。

4.参考资料

1.陈虹主编.楼宇自动化技术与应用.机械工业出版社

2.黎连业编著智能大厦和智能小区安全防范系统的设计与实施清华大学出版社

3.沈瑞珠楼宇智能化技术中国建筑工业出版社

5.设计进度（2014年10月27日至11月7日）

时间

设计内容

第一天

布置设计任务、查阅资料

第二天~第七天

总体设计及系统调试

第八天

整理课程设计报告

第九天

课程设计答辩

6.课程设计时间及地点

时间：

2014年10月27日～2014年11月7日

上午8：

00～11：

00；

下午13：

30~16：

00

地点：

新实验楼301

第1章绪论

楼宇自动化控制采用的是计算机集散控制，所谓计算机集散控制就是分散控制集中管理。

它的分散控制器通常采用直接数字控制器（DDC），利用上位计算机进行画面的监控和管理。

主要手段是动画、曲线、文本、数据库、脚本、和各种专用控件等。

楼宇自动化包括：

空调与通风监控系统、给排水监控系统、照明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统、综合保安系统、消防监控系统和结构化综合布线系统。

1.1设计楼宇自动化的目的

设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。

楼宇机电设备监控系统，作为智能建筑楼宇自动化系统非常重要的一部分，担负着对整座大厦内机电设备的集中检测和控制，保证所有设备的正常运行，并达到最佳状态。

1.2未来家居

1.收发和保存信息：

通过家庭网络，主人可以方便的收发电子邮件、浏览各种网上信息，订阅各种电子期刊或杂志等；

2.管理个人或家庭的经济情况：

通过家庭网络配套管理系统，主人可以方便地查阅自己的各种帐目和收支情况，管理系统软件还可以根据个人经济情况，作出最优的收支规划，提供相应的合理建议和提示；

3.管理家庭的通讯需求：

对家庭内各种通讯设备的通讯进行管理，包括网络通讯协议的执行和网络资源的分配，使信息在网络上的传输畅通无阻，整个家庭网络系统运行正常；

4.管理电源和设备的使用：

这一方面也是数字家居所应具有的主要功能之一。

同样是通过网络管理系统软件，监控家庭内各种设备，如家庭内灯光的控制、电器设备的远程控制、室内环境的优化调节等。

同时还能够提供一些经济方面的优化决策控制，如能够根据不同用电时段和峰谷电费

5.提供安全和可靠的环境：

通过在家庭内安装各种检测报警装置来实现家庭的保安、消防以及其它需求。

如通过加装摄像头，可以监视房间周边环境和诸如婴儿房等特殊场所；

通过烟气传感器、温度传感器、特殊气体传感器，预防房间失火和有害气体过量；

通过加装红外传感器、门磁、薄膜窗花、无线微波等报警装置，可防止窃贼入侵等等；

6.无需维护的运行：

整个家庭内各种设备都连接到其网络上，通过网络上运行的管理软件，可实现对设备的监测和故障诊断功能。

一旦出现故障，家庭管理系统会给出故障提示，并自动通过家庭内的网间接口设备向设定的相应维修单位保修，无需主人亲自动手；

把家庭的安全电脑控制发射信号与业主的手机或办公电脑、车载办公电脑、防盗中心连接，如果发生意外或则有人强行入室，业主和防盗中心第一时间收到报警型号，业主好配合处理，在将来还会发展到卫星JPS定位功能，当然，价格相当不菲。

7.简单的操作：

因为该网络系统是在千家万户中使用的，考虑到使用者的年龄、职业、经历以及受教育程度等的差异，所以该类系统的操作必须简单，方便，而且可靠，以适应不同使用人群的需要。

8.可根据个人或家庭生活方式定制：

随着信息时代的到来，个性化的要求在不断提高。

未来数字家居应能够根据不同使用者的家庭环境、设备数量和类型、以及生活方式等可做相应的配置和调整，如可根据消费者的需求和可接受费用，定制相应的系统解决方案；

又如可根据使用者的生活习惯，调节室内环境参数，定时启停家电设备等等。

1.3发展趋势

在业界，部分人把如今的楼宇自控比作多年前的计算机，有潜力但极端“自闭”。

因为在今天，尽管楼宇安防与自控系统如门禁、对讲、电梯、空调暖通、供水等产品都已问世，以至于楼宇子系统正逐渐更新，但真正的整体的网络楼宇系统仍然少见，厂商们一面承诺向开放性系统靠拢，另一方面又因惧怕市场变化而限制互操作性产品的发展，这直接导致很多厂商不愿提供真正开放的平台，这极大地限制了整个行业的发展，一些思想开明的厂商意识到这种局限，开始用昂贵的智能网关做集成平台以达到互操作性，或是借由智能化的路由器解决上述弊病，总之，以“开放”为主题的革命种子开始在楼宇自控行业弥漫开来，我们的楼宇自控厂商应该看清形势，不盲从国外，也不因循守旧，以更长远的视野去发展。

另一方面，我们还可以将楼宇系统进行多系统集成。

如上所述，当我们拥有了开放式的技术平台，就能收集和管理来自于不同楼宇系统和其他数据源的数据，基于云应用程序提供更有效率的解决方案，从一个单一的源点获得的数据，将使任何设施的营运更容易、更经济实惠地实现更好的楼宇性能。

再者，对于智能社区来说，楼宇自控系统中的“近场通讯”技术则显得尤为实用，有了这项技术，业主的智能手机即可发挥门禁卡的作用，从而带来更高的安全性，而这种方案中的识别装置与采用标准读卡器成本相当，但它还可利用移动通信网创建检查跟踪系统。

除此之外，物理安防一卡通系统可通过生物识别技术来提高出入口控制的安全性，高清摄像机则能更准确地记录和识别过往信息，而“需求响应”则能更好地管理用电和实现节省能源等等。

总之，未来的楼宇自控系统，不再只是智能建筑或是智能社区的左膀右臂，而是深入到它们的骨髓，进而影响它们的内核，让自动化增强“智慧”，让智慧引领自动化继续向前。

第2章监控中心的概述

监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记5大部分组成。

摄像机通过同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。

通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。

利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。

2.1产生的背景

近年来，随着人民生活水平和生活质量的不断提高，居住的安全需求逐渐成为了大家关注的一个焦点问题。

人们对居住的环境，不再仅局限于小区的舒适性、住宅的装修等，对小区的安保管理也开始愈来愈关心。

尤其现在随着生活水平的提高，车辆保有率不断攀升，由此产生的小区停车管理也已经作为小区物业管理的一个重要组成部分。

在这种趋势下，智能小区监控系统的重要性日益凸显。

2.2监控中心系统的一般组成

视频安防监控系统一般由前端、传输、控制及显示记录四个主要部分组成。

前端部分包括一台或多台摄像机以及与之配套的镜头、云台、防护罩、解码驱动器等；

传输部分包括电缆和/或光缆，以及可能的有线/无线信号调制解调设备等；

控制部分主要包括视频切换器、云台镜头控制器、操作键盘、种类控制通信接口、电源和与之配套的控制台、监视器柜等；

显示记录设备主要包括监视器、录像机、多画面分割器等。

2.3工作原理

监控是各行业重点部门或重要场所进行实时监控的物理基础，管理部门可通过它获得有效数据、图像或声音信息，对突发性异常事件的过程进行及时的监视和记忆，用以提供高效、及时地指挥和高度、布置警力、处理案件等。

随着当前计算机应用的迅速发展和推广，全世界掀起了一股强大的数字化浪潮，各种设备数字化已成为安全防护的首要目标。

数码监控报警的性能特点是：

监控画面实时显示，录像图象质量单路调节功能，每路录像速度可分别设置，快速检索，多种录像方式设定功能，自动备份，云台/镜头控制功能，网络传输等。

加装时间发生器，将时间显示叠加到图像中。

在线路较长时加装音视频放大器以确保音视频监控质量。

适用范围——银行、证券营业场所、企事业单位、机关、商业场所内外部环境、楼宇通道、停车场、高档社区家庭内外部环境、图

书馆、医院、公园。

视频监控系统原理图

2.4工作特点

1．数字化

视频监控的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。

信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使智能网络视频监控系统与安防系统中的各个子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这就是系统集成的含义。

2．网络化

视频监控的网络化将以这系统的结构将由集成式向集散式系统过渡，集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的事时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应，组成集散式视频监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系统化设计，视频监控系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统安全，容错可靠等功能。

3．系统集成化

视频监控的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。

系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这就是系统集成的一个重要概念。

闭路监控系统能在人无法直接观察的场合，适时、图象、真实地反映被监视控制对象的画面。

闭路监控系统已成为广大用户，在现代化管理中监控的最为有效的观察工具。

在控制中心，只要一个工作人员的操作，就能够观察多个被控区域，以及远距离区域的监控功能。

2.5监控中心系统构成及工作原理

系统构成

1．前端设备

前端设备是安装在现场的摄像装置,包括各类摄像机、镜头、防护罩、支架,它的任务是对现场的图像信号转换成电信号,是整个系统的基础。

只有在前端采集了良好的图像信号,才有可能在后端进行高质量的回显和存储。

前端设备的成像质量要有良好的保证,根据有关标准,该系统的后端成像清晰度不得低于电视线。

摄像机根据图像的种类、所适用的照度、摄像器件的种类、适用光谱的范围、摄像机的使用环境和摄像机的用途分成很多种,现场设备进行选型时应充分考虑各种环境因素合理配置选择摄像机。

摄像机的安装应充分考虑现场实际情况和按照被保护对象的布防要求进行布置和安装,确保摄像机的有效监视范围,保证无监视盲区。

摄像机在安装后正式使用之前或之中,按照不同的环境因素和摄像机的种类进行调试,正确调整摄像机的镜头焦距、聚焦及光圈,还有白平衡的调整、视频增益、同步方式以及电子快门、背景光补偿等项目的调整。

使摄像机工作于最佳状态,保证最佳的监视效果。

各摄像机采用集中供电方式,每个摄像机从系统配电箱引一路电源。

系统采用独立的稳压电源集中供电,以保证设备的安全运行和设备良好的同步性能。

从稳压电源设备输出的电源,由系统配电箱向现场设备和中央监控设备统一供电。

2．控制部分

控制部分主要包括视频切换器、云台镜头控制器、操作键盘、各种控制通信接口、电源和与之配套的控制台、监视器柜、系统主机等。

3.周界报警

在作者所进行的监控安防系统工程当中,常常把周界报警也连接到监控主机上。

它是由周界探测器、报警主机和与监控主机的连接部分组成。

周界探测器是较特殊的一类探测器。

它由若干种能够感知周界被侵入的探测器组成,称之为“电子篱笆”。

周界探测器分类方法有很多种,如隐蔽式和可见式,无源被动式和有源主动式,空间式和线式等等。

周界探测器可将报警信号传给控制主机,也可以进行现场报警。

为了能够更好的为小区的安全得到保证,安装周界对射防盗报警系统是对小区周界实施警戒。

报警设备采用四光束红外对射探测器,安装在小区围墙和大门的上方,主动红外对射探测器的发射端和接收端合理放置,防止监控盲区的出现。

主动对射红外报警器即光电入侵探测器,它的工作原理:

主动发射和接收红外能量,不随环境的变化而产生误报警或漏报警。

一端发射红外能量信号,另一端接收红外信号,由此而形成数条类似交通栏杆式的横向线型封锁屏障。

因此主动红外光束与空间的接触面很窄,从而最大可能的减少了误报警。

工作原理

正常状态下，安装在的摄像机将视频图像通过传输媒介将图像信号传输到小区管理中心的画面处理器上，由画面处理器进行数字化处理后，将图像在监视器上显示且传输到长时录像机进行24小时录像。

一旦在待保护区域有入侵发生，画面处理器立即触发现场报警。

同时，改变录像模式，对触发报警的画面及其相关画面进行实时录像，便于事后取证。

第3章监控中心器件

3.1组成设备

视频监控系统产品包含光端机，光缆终端盒，云台，云台解码器，视频矩阵，硬盘录像机，监控摄像机,镜头,支架。

视频监控系统组成部分包括监控前端、管理中心、监控中心、PC客户端及无线网桥。

各组成部分的说明如下：

（1）监控前端：

用于采集被监控点的监控信息，并可以配备报警设备。

①普通摄像头+视频服务器。

普通摄像头可以是模拟摄像头，也可以是数字摄像头。

原始视频信号传到视频服务器，经视频服务器编码后，以TCP/IP协议通过网络传至其他设备。

②网络摄像头。

网络摄像头是融摄像、视频编码、Web服务于一体的高级摄像设备，内嵌了TCP/IP协议栈。

可以直接连接到网络。

（2）管理中心：

承担所有前端设备的管理、控制、报警处理、录像、录像回放、用户管理等工作。

各部分功能分别由专门的服务器各司其职。

（3）监控中心：

用于集中对所辖区域进行监控，包括电视墙、监控客户终端群组成。

系统中可以有一个或多个监控中心。

（4）PC客户端：

在监控中心之外，也可以由PC机接到网络上进行远程监控。

（5）无线网桥：

无线网桥用于接入无线数据网络，并访问互联网。

通过无线网桥，可以将IP网上的监控信息传至无线终端，也可以将无线终端的控制指令传给IP网上的视频监控管理系统。

常用的无线网络为CDMA网络。

3.2器件的选择

1．摄像机及附属设备的选择

摄像机的选择

摄像机是闭路电视监控系统最前端的设备，它的性能直接影响到整个系统的运行。

闭路电视监控系统按摄像器件划分为电真空摄像器件（即摄像管）摄像机和固体摄像器件（CCD器件、MOS器件）摄像机两大类。

目前，因固体摄像器件摄像机具有惰性小、灵敏度高、抗强光照射、几何失真小、均匀性好、抗冲振、没有微音效应、小而轻、寿命长、图像质量好的特点，正朝着小型化、轻量化、廉价化方向发展，在智能建筑的闭路电视监控系统中得到大量应用。

而且黑白摄像机水平分辨率不得低于400线，彩色摄像机水平分辨率不得低于300线，同时考虑摄像机的供电电压、照度、信噪比等技术指标。

摄像机镜头的选择

镜头是安装在摄像机前端的成像装置，它分为定焦距和变焦距镜头。

一般来说，当监视固定目标时，可选用定焦距镜头；

当需要改变监视目标的观察视角或视角范围较大时，宜选用变焦距镜头和遥控云台；

当视距小而视角大时，可选用广角镜头，如电梯轿箱内的摄像机镜头就应选用水平视场角大于70°

的广角镜头。

监视目标逆光摄像时，宜选用具有逆光补偿的摄像机；

监视目标亮度高低相差较大或昼夜使用的摄像机，应选用自动光圈或电动光圈镜头；

当需要遥控时可选用具有光对焦、光圈开度、变焦距的遥控镜头；

需要隐蔽安装的摄像机，宜采用针孔镜头或棱镜镜头。

总之，摄像机镜头的选择除考虑应用场合、环境、价格和机械安装等因素外，更重要的是需考虑镜头成像的规格与摄像机靶面规格相一致。

摄像机云台的选择

云台是承载摄像机进行水平和垂直方向转动的装置，根据被监视目标的观察范围，确定云台水平和垂直方向的转动角度。

在智能建筑中，一般云台采用室内型，不加防雨和防冻装置。

云台的使用电压有交流电压和直流电压，结合控制器的类型和系统中其它设备统一考虑。

交流型云台适用于定速操作，直流型适用于变速操作，它速度快，特别适用于带预置的系统；

云台的控制方式大多采用有线遥控方式，分为“N+1”线和总线两种控制形式，在智能建筑中，一般采用“N+1”线控制形式。

黑白、彩色摄像机的选择

彩色摄像机比黑白摄像机价格高、维修费用高，因此如果被观察目标本身没有明显的色彩标志和差异时，最好用黑白摄像机。

3.3信号的传输

在闭路电视监控系统中，主要分为图像信号和控制信号。

图像信号是由摄像机流向监控中心，控制信号由控制中心流向摄像机，对摄像机的镜头和光圈、云台等进行控制。

1．图像信号的传输

图像信号分为视频基带信号和射频信号，其传输线有同轴电缆（不平衡电缆）、平衡对称电缆（电话电缆）光缆。

平衡对称电缆和光缆一般用于长距离传输，对于智能建筑一般采用同轴电缆传输视频基带信号的传输方式。

当采用75-5同轴电缆，一般传输距离为300m时，应考虑使用电缆补偿器；

如采用75-9同轴电缆时，摄像机和监视器间的距离在500m以内可不加电缆补偿器。

对于图像信号远传时，通常采用光缆或其他传输线利用射频形式传输。

2．控制方式及控制信号的传输

电视监控系统应具有对电动云台、电动变焦镜头、防护罩和电源的控制功能。

控制中心与受控中心间的距离及受控设备的多少决定电视监控系统的控制方式。

（1）当摄像机数量少，控制距离不超过500m时，此时宜采用直接控制方式，并用多芯电缆传输控制信号。

这种方式控制线的数量多，施工量大；

（2）当摄像机数量少，控制项目较少，控制距离在1000m以内时，可采用间接控制方式。

这种方式控制线数量也较多；

（3）由于PC机技术的极大进步，现已将数字技术广泛应用于传统的模拟电视监控领域，这就是数据编码微机控制方式。

这种方式采用串行码传输控制信号，只需两根系统控制线，不仅适用于大中型系统的控制及长距离传输，还可以用软件将监控与报警系统兼容起来；

（4）当控制距离在300~500m时，来自摄像机的视频信号及来自控制器端的控制信号可共用一条同轴电缆，这就是同轴视控方式。

这种方式虽能节省控制线，但目前此类设备较昂贵，设计时要综合考虑。

3．传输线路的设计 

智能建筑中闭路电视监控系统图像信号的传输一般是基带视频采用同轴电缆传输，控制信号也是基带形式，因此传输线路的设计应满足路由短捷、安全可靠、施工维护方便的条件。

尽量避开恶劣或磁场强的环境或易使管线损伤的地段，与其他管线不要交叉。

在线路敷设方式上，对于扩建、改建工程可采用明敷设，可采用钢管或PVC管或线槽保护电缆；

对于要求管线隐蔽或新建工程可用暗管敷设，暗敷设一般采用钢管或PVC管保护；

一般情况下管的利用率为25％-30％，线槽利用率最大为40％，同时对钢管或金属线槽还要可靠接地。

3.4图像的处理与显示

闭路电视监控系统的核心设备为主控台，它不仅要完成对图像信号的处理与显示，而且还要对有关设备实施控制。

它是多种设备的组合，根据系统功能要求来决定，主要有视频切换器、控制键盘、录像机、电源等设备。

目前，随着计算机技术的应用，多媒体计算机作为控制台的主控设备也很常见。

1．图像的处理

闭路电视监控系统对所传输的图像信息具有切换、记录、重放、加工和复制等功能。

视频切换器能手动和自动编程，它将所有视频信号在指定的监视器上进行固定或时序显示，也可以进行图像混合、画面分割、字幕叠加等处理。

在用于安防的闭路电视监控电视系统中，视频切换器应具有与报警控制器联网的接口，当报警发生时切换出相应部位的摄像机图像，并能进行记录和重放，以便分析处理所发生的事故。

2．图像的记录及重放

闭路电视监控系统采用录像机实现记录和重放功能，这种录像机的特点是应能长时间录像（目前普遍使用24h录像），因为这种方式可以快速重放所记录的画面，而且具有遥控功能，系统可以对录像机远距离操作，或利用系统中的控制信号自动操作录像机。

目前在一些智能大楼中多采用多媒体计算机进行数字录像。

3．图像的显示

监视器是闭路监控电视系统的终端显示设备。

监视器的选择应根据整套系统的技术性能指标及使用目的来选择。

选择彩色监视器或黑白监视器时应与系统的摄像机一致，屏幕的大小应根据控制中心的面积和监视人数进行选择。

监视器的清晰度应相当于或高于摄像机的清晰度，以充分发挥摄像机的性能。

监视器的数量根据实际工程需要，应与摄像机数量成适当比例。

笔者认为重点部位监视器与摄像机的比例一般不小于1：

3，非重点部位不小于1：

8。

3.5监控室的设计

监控室不仅是闭路监控电视系统设备聚集的场所，更重要的是闭路监控电视系统甚至是整个智能大楼安防系统的监视和控制中心，所以监控室设计的好坏直接影响整个系统的使用。

在设计监控室时应满足以下要求：

（1）监控室应尽量靠近监控目标，设置在环境噪声小和电磁干扰小的场所；

（2）监控室地面应光滑平整，不起尘，尽量采用架空活动地板，方便布线；

（3）监控室内温度宜为16-30℃，湿度为30％—70％，使用面积根据设备容量确定在12~50m2；

（4）室内设备的排列便于维护和操作，满足电缆进线和电缆弯曲半径的要求，并符合安全消防的要求；

（5）室内设备布局尽量避免阳光直射；

（6）应配专用的电源和接地设施。

3.6供电与接地

电视监控系统应由可靠的交流回路单独供电，摄像机由控制中心集中供电，以防止突然断电影响整个系统，也为今后的工程维修及管理创造条件。

系统接地宜采用一点接地方式，采用专用接地方式时，接地电阻不大于4Ω，当系统采用联合接地时，接地电阻不大于1Ω。

总之，在现代智能建筑中，完善的安全防范设施，是为人们提供舒适、便利及安全保障的可靠基础。

安全防范系统除闭路监控电视系统外还包括防盗报警系统、电子巡更系统、访客对讲系统和车库管理系统等。

随着技术的发展，安全防范系统正在向系统集成的计算机综合管理模式发展。

因此，在设计闭路监控电视系统时要综合考虑安全防范各子系统间的关系，从建筑物的使用性质及功能，行业要求及将来的发展情况考虑，进行统一规划，选择设备。

第4章安装与调试

4.1CRT监视器

CRT显示器学名为“阴极射线显像管”，是一种使用阴极射线管的显示器。

主要有五部分组成：

电子枪，偏转线圈，荫罩，高压石墨电极和荧光粉涂层（Phosphor）及玻璃外壳。

它是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点，而且价格更便宜。

1．CRT监视器的优势