基于LAN楼宇安全监控网络设计.docx
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基于LAN楼宇安全监控网络设计
题目基于LAN楼宇安全监控网络设计
系（部）信息科学与电气工程学院
专业电子信息工程
班级
学生姓名
学号
6月18日至6月29日共2周
指导教师（签字）
系主任（签字）
2012年3月8日
一、设计内容及要求
在每一个住宅单元设置一个家庭布线系统接线箱。
接线箱可安装各种系统接线模块，包括数据和语音通信模块、家庭安防系统模块、可视对讲系统模块等等，根据需要自由组合安装。
户内数据通信布线采用5类以上UTP（非屏蔽对绞线），信息插座采用RJ45制式接口。
楼层管理间和垂直干线子系统、垂直主干布线采用新型拓扑方法，由设备间主配线架敷设至各楼层管理间的干线电缆构成，系统采用5类以上4对UTP作为系统主干电缆，楼层管理间设置桥式模块板。
通过不同跳线实现水平线缆与垂直干线的连接。
设备间子系统内安置交换式集线器和主配线架，所有主干线缆都接在主配线架上，通过跳线与交换式集线器连接。
二、设计原始资料
元器件手册。
三、设计完成后提交的文件和图表
1．计算说明书部分
计算部分：
网络匹配问题的分析计算、驱动能力的分析计算。
误码率的分析。
说明部分：
网络工作原理；方案论证、相关器件选择依据。
设计不足之处。
2．图纸部分：
方框图，电原理图，工作流程图。
四、进程安排
1、基本知识学习（半天）
内容：
电子系统设计的基本方法和基本技术，电子系统工程产品的调试与工艺设计方法，电子系统设计的一般步骤。
基本要求：
了解电子系统设计的基本方法和一般步骤，掌握电子系统设计的基本方法和基本技术。
2、可行性论证（1天）
内容：
方案比较选择，方案论证，可行性总结。
基本要求：
从多个方案中选择一个实施，写出可行性报告。
3、电子系统的设计方案（2.5天）
内容：
硬件电路组成，工作原理，软件框图，测试方案，测试仪器选择，数据分析，系统总结。
基本要求：
理解设计任务书、工作条件及设计要求，明确设计任务；通过查阅有关资料，达到对设计对象的性能、结构及基本要求有比较全面的认识和了解；准备好设计所需的资料、图纸等。
给出系统设计的方案。
4、方案实施（4天）
内容：
电路板设计，硬件电路仿真，软件编程，分步制作调试，整体装配、测试。
基本要求：
以个人为单位基本实现全部设计内容，制作出电子文档。
5、撰写设计报告（1天）
内容：
整理成果，写设计报告。
基本要求：
提交规范、完整的设计报告（包括元器件清单、仿真测试结果等）。
6、答辩（1天）
内容：
课程设计的最后一天进行课程设计答辩。
基本要求：
每位学生必须通过答辩才能取得成绩。
五、主要参考资料
共享典型应用电路。
总论
成功建设一个安防系统，其涉及技术、经济、实用等方面众多，但主要体现在设计规划，产品选型，施工质量，培训与售后服务保养等方面。
Ø系统配置规划设计应满足产品开放性、模块化、可靠性、安全性及可持续发展的要求；其实现的方式方法和原理是关键，直接影响到系统的可行性、稳定性和性能价格比，功能应简洁易于操作。
Ø各子系统的有机优化组合应能体现出系统集成后的附加值，并为管理者提供最先进合理的技术手段和所需信息。
Ø系统中各类设备及材料都必须采用具有良好信誉厂家的产品，以保证系统建设成功地实现。
Ø系统应能提供最充分的、现代化的技术安全保障。
1、系统设计依据
为了系统的安防要求达到一个新的标准，本方案采用了目前最先进的数码硬盘录像监控系统，以保证整个系统的安全性，使业主能有一个良好的居住环境。
在设计中为了保证本套数字化录像监控系统达到技术先进，安全可靠，性能稳定，质量优良，经济实用的要求，设计中我们将遵循以下原则：
1.建设部颁布全国智能的标准及要求：
2.设计涉及的计算单位均采用国际单位SI制
3.《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）
4.《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
5.《防盗电视监控系统设计要求》
6.《电气装置安装工程施工及验收规范》
7.《电器设备安装工程施工及验收规范》（GBJ232-90、92）
8.《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
9.《防盗报警控制器通用技术条件》（GB12663-90）
10.《入侵控测器通用技术条件》（GB10408.1-89）
11.《建筑闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-96）
12.《建筑及建筑群综合布红系统工程设计规范》（CECS72-97）
13.《电子计算机安装工程施工及验收规范》（GB50174-93）
14.《中国电器安装工程施工及验收规范》（GBJZ32-90-92）]
15.《信息技术客户通用电缆铺设要求》（ISO/IEC11801）
16.《安全防范工程程序与要求》GA/T75－94；
17.《安全防范系统通用图形符号》GA/T74－94；
18.《智能建筑设计标准》DBJ08－47－95；
19.《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16－92；
20.《商用建筑线缆标准》EIA/TIA－569；
21.《高层民用建筑设计防火规范》GBJ45－82；
22.国家或行业批准的相关产品通用技术条件；
2、系统设计原则
为了使之安防要求达到一个新的标准，本方案采用了目前最先进的数字硬盘录像监控系统。
在设计中为了保证本套数字化录像监控系统达到技术先进，安全可靠，性能稳定，质量优良，经济实用的要求，设计中我们将遵循以下原则：
⑴先进性
充分依靠我们的技术优势，采用国际最先进的数字化视频压缩、解压、存储技术，以及最可靠的CCD摄像机科技成果，使该系统在相当长的时间内与科技发展相适应，并使系统具有强大的发展潜力。
⑵可靠性
所有采用的技术与产品，都是已经被证明为成熟的而且面向工程是稳定的。
在工程方案的设计中也必须考虑工程中所可能遇到的各种情况，避开造成不稳定性的可能。
⑶实用性和便利性
在满足使用环境和使用者功能要求的基础上，采用实用的方案，特别是功能操作方法力求简便，软件界面力求友好，数据处理，管理模式均采用模快化。
所有警情及地点资料能共享，特别方便保卫级人员使用。
⑷可扩充性和经济性
为满足今后发展的需要，系统在使用的产品系列容量及处理能力，未来技术发展方面具有很强的兼容性。
各种终端设备可以直接互换，黑白、彩色兼容，制式兼容。
传输技术可以直接面向计算机网络发展的各种传输媒介及远程信息共享。
在以后升级过程中简便、经济而能不淘汰已有设备，不增加基础设备的成本。
⑸标准化和结构化
该系统是一个整体综合的智能化系统，在系统设计中着重技术的标准化和器材的结构化、模块化。
从整体系统的完善上也体现了标准化的思想，在工程施工中力求简单、快捷、准确度高、成功率高、工程效率高。
第一部分闭路电视监控系统（CCTV）
一、视频监控系统的发展
1、视频监控系统的发展大致经历了三个阶段
随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统（全数字监视系统）。
第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。
2、第三代远程视频监控系统
第三代远程视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，并与报警系统、门禁系统完美的整合到一个使用平台上，引发了视频监控行业的一次技术革命，迅速受到了安防行业和用户的关注。
与第一代传统闭路电视监控系统（CCTV）和第二代数字式监控系统（DVR）相比，第三代监控系统基于TCP/IP网络协议，以分布式的概念出现，将监控模式拓展为分散与集中的相辅相成，无限度的拓展了监控的范围。
第三代系统在硬件设备方面，运用了更为先进的D/A、A/D转换设备视频服务器，或内置处理器的网络摄像机把图像处理（采集、压缩、协议转换、传输）设置在监控点，利用无处不在互联网和局域网，达到全网范围内的即插即用，实现了从图像采集、传输、录像、最终输出的全过程数字化。
特别是在现场环境的恶劣或不便于直接深入现场的效果，可以完美的解决跨地域的监控需求。
利用数字视频远程监控技术可在本系统内建立监控调度中心、对远端现场的图像声音及其他敏感数据进行实时监控以便对敏感事件进行快速反应。
具体实现的方式是：
利用各种数据通信网络如：
DDN、ISDN、El、xDSL，把经过数字化压缩、编码的视频、音频、报警感应数据传输至监控中心，中心的计算机对各种数据进行解压缩、解编码同时回放视频、音频，对报警事件进行告警处理。
3、视频监控发展的最大两个特点
数字化是未来的趋势。
浏览器已成为当今整个软件业界最被接受的前端应用工具，Internet与Intranet环境里最简便与风行的前端应用程序就是Browser，透过Internet的WAN存取更是如此，为了使一个企业的资源可被无远近地分享出来，应用系统应支持Browser接口。
布线本身是一件庞大的硬件工程，管理与扩充的费用也是逐日渐增。
随着资讯工程技术的进步，传统的应用系统如今均已可实现数字化，进而在这一个架构上执行。
因此，在评估引进一个新系统时，是否可以利用现有的IT架构，以节省庞大的布线费用，成为一个重要的考量因素。
前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。
1）、数字化
数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。
视频监控系统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，使视频监控系统与安防系统中其它各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，这也是系统集成化的含义。
2）、网络化
视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总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，具有微内核技术的实时多任务、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，组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，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，系统运行互为热备份，容错可靠等功能。
二、数字视频监控技术原理
通常把防入侵报警、视频监控、出入口控制作为安全防范技术系统的三要素。
而视频监控在其中的地位和作用日渐突出，这是因为图像（视频信号）本身具有信息量大的特点，是报警复核、动态监控、过程控制和信息记录的有效手段。
视频监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台等）直接观看被监视场所的一切情况，可以把被监视场所的情况一目了然。
同时，视频监控系统还可以与防盗报警系统等其它安全技术防范体系联动运行，使其防范能力更加强大。
视频监控系统能在人们无法直接观察的场合，实时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面，并已成为人们在现代化安全技术防范中一种极为有效的工具。
由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域，甚至远距离区域的独特功能，被认为是保安工作之必须手段。
视频监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录5大部分组成。
系统组成原理图
1、前段部分
摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。
由一体化摄像机、固定摄像机、镜头、防护罩（含云台）、解码器等组成。
它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。
有时，被监视场所面积较大，距离较长，为了节省摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，在摄像机上加装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚；
同时还把摄像机安装在电动云台（可遥控的）上，通过控制器的控制，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的旋转，从而使摄像机能覆盖到的角度、面积更大。
或在监视场所照度很低的地方，除选用低照度摄像机外，加装红外射灯等光源，使摄像机所能观察的图像更清晰。
总之，摄像机就象整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图像信号，传送给控制中心的监视器上。
2、传输部分
传输部分就是系统图像信号、声音信号、控制信号等的通道。
由视频信号线、电源线、控制信号线组成。
传输方式：
1）、视频基带传输
此种视频传输方式对摄像头出来的图像不作任何的处理，直接通过75欧姆的同轴电缆传输。
其特点是：
视频信号不作任何改变，省略了视频信号转换电路，降低了相关设备的生产成本，缺点是信号传输距离短，虽经放大，但其传输距离一般不超过1KM，基带传输的视频信号一旦受到干扰，就难以消除。
2）、射频平衡式传输
此种传输方式把视频信号转换成射频信号，经放大后，使用同轴电缆最远距离可达5KM，但其传输设备需要相关的调制和解调电路，成本较高，此种方式被广泛应用到电视信号的传输上。
3）、光纤传输
光纤传输容量大、质量高、传输距离远和不易受干扰等特点，在高速数字传输系统中得到了广泛应用。
通过适当的方式实现长距离、低失真的视频信号传送是保证视频监控系统基本质量和应用范围的关键。
模拟方式的传输要保证宽带信号具有高的S/N和失真是十分困难的，为增加传输距离所采取的补偿又会引入新的失真，而这一点对于宽带视频信号尤为突出。
采用光纤传送视频信号，使无中继传输距离从同轴电缆的几百米增加到几十公里，并能得到很高的图像质量，多路传输和双向传输也很容易实现。
这就大大地扩展了视频监控的应用范围和控制距离，从而产生了一些大型的系统，如公路管理、城市交通和治安管理、大型建筑的安全监控系统等。
但是，目前光纤传输在电视监控中的应用是非常初步的，大多数系统都是采用IM方式的视频基带信号传输，光纤仅是代替同轴电缆作为一个新的宽带、低损耗介质，光纤通信技术的真正优势和潜力并未充分实现和发挥出来。
这主要是由模拟视频信号传输的方式和视频监控系统结构特点所致。
随着光纤双向、频分、波分复用技术的成熟，色散位移光纤和色散平坦光纤、光纤放大器的实用化，光纤传输的无中继距离和传输容量将会有更大的提高。
掺铒光纤放大器（EDFA）不仅能提高增益，增加无中继距离，还具有宽带增益，对多路光载波传输不会引起串扰（路标串扰），结合波分复用技术实现高密度数据传输。
这些都为今后视频监控系统的大型化和远程化提供了技术支持，而只有当视频监控系统中的数据流从模拟转为数字时，光纤通信的这些特点才会充分地发挥出来。
4）、无线传输
在大楼与大楼之间、施工现场、山谷地区等没有架线的地方，或者只是临时设置的地方，无线是非常方便的。
对于实施有线视频监控方案有困难或希望快速扩展有线视频监控系统的区域，无线网络视频监控系统是最理想的选择。
与标准的802.11无线接入点（AP）或以太网视频监控系统系列室外接入点和中继器相结合，可以利用企业局域网实现传统视频监控系统的扩展，一般来说，其费用比铺设新电缆低得多。
无线系统采用的以太网视频服务器是为基于IP网络建设的网络视频监控系统而设计，它是基于无线以太网（802.11b）的网络视频服务器。
它以每秒25帧的传输帧率向局域网络（LANs）传送高质量MPEG4图像。
使用多个无线服务器和多个接入点（AP），可以建立覆盖面积很大的多点视频系统（如整个城市的监控）。
使用相应应用程序或Telnet可以简单易行地进行配置和管理。
目前视频监控系统多半采用视频基带传输方式。
如果在摄像机距离控制中心较远的情况下，也有采用射频传输方式或光纤传输方式。
一般要求传输的距离都比较近，可采用基带传输方式，也就是75欧姆的视频同轴电缆。
对图像信号的传输重点要求在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声、失真（色度信号与亮度信号均不产生明显的失真），保证原始图像信号（从摄像机输出的图像信号）的清晰度和灰度等级没有明显下降等。
3、控制部分
控制部分是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心。
控制部分主要由总控制台（数字硬盘录像机、多媒体计算机、转换器、解码器等），或加分控制台组成。
总控制台中主要的功能有：
视频信号放大与分配、图像信号的校正与补偿、图像信号的切换、图像信号的记录等；对摄像机、电动变焦镜头、云台等进行遥控，以完成对被监视场所全面、详细的监视或跟踪监视；对系统防区进行布防、撤防等功能。
当前端防区有非法入侵时，报警信号传送到总控制台，可以显示报警防区、联动警号、闪灯、前端灯光、录像机等设备。
组合控制台时，遵循的主要原则如下：
◆根据系统中摄像机的台数，选择数字硬盘录像机的最大输入路数。
数字硬盘录像机最大输入路数一般应大于摄像机的台数，以便为今后扩展时留有余地。
◆根据系统所防范的风险等级及区域中要害地点的数目选择监视器的台数。
◆根据系统控制的要求，考虑在总控制台之外是否要设分控制台。
◆根据整个系统供电的要求，考虑电源的设定。
◆当系统有多路远距离信号传输时，还应根据远距离信号传送的方式（视频基带传输、射频平衡式传输、光纤传输等等），考虑在控制台中是否应增设解调装置（对应光纤传输或射频平衡式传输）、补偿装置（对应视频基带传输）、还原装置（对应射频平衡式传输）以及远端切换控制器装置（对应视频基带传输的远端切换方式）等等。
4、显示部分
显示部分一般由屏幕墙、监视器、显示器等组成，它的功能是将传送过来的图像一一显示出来，便于人员观察，使得值班人员足不出户，即可以观全貌。
所有监视器的显示对应的内容如下：
1）、主监视器：
通过数字硬盘录像机或数字视频矩阵的视频输出通道切换显示所有监控点的图像，特别是一些重点防范区的摄像机图像,以便观察,在发现问题时可即时显示、报警和记录。
2）、辅助监视器：
通过数字硬盘录像机或数字视频矩阵的视频输出分段切换显示摄像机的图像，或在一台监视器上进行多画面显示：
四画面、九画面、十六画面等等。
所有摄像点的显示都具有汉字或字符及时间的叠加。
5、记录部分
记录部分由硬盘或磁盘阵列做为记录媒体，使用光盘刻录机备份摄录的图像信息。
记录方式：
1）、实时记录
实时存储高清晰图像，记录详细日志信息。
2）、报警记录
当监控点由于非法侵入，或触动报警探测器，系统即时自动录像，并记录详细日志信息，自动在主监视器上弹出电子地图，显示位置、时间等信息，并即时报警。
详细的记录信息，与计算机检索信息，便于摄录图像的快速查询。
三数字视频监控系统的特点
◆网络化
监控进入计算机网络，领导分控可在办公室网络电脑上实现。
◆数字化
监控图像、控制及报警信息数字化后进入计算机，可以充分利用高科技手段进行系统管理和图像处理。
◆广域化
可以实现全组织机构大范围内的监控报警联网。
◆智能化
通过软件对各种监控及报警信息、检测数据等进行智能化的分类处理，并可根据不同用户的要求确定监控报警操作流程。
四、数字视频监控系统的功能
◆监控功能
图像切换，多画面观看，云台及镜头控制，云台预置（N个预置位），电脑数字录像、管理及回放，图像清晰度（速度）调整。
◆报警功能
报警输入、防火、防盗、环境温湿度、设备运行故障、事故等多种报警源。
报警联动：
一旦发生报警，系统将产生联动即自动录像、发警报、开灯、远程传输至接警控制中心、中心语音提示，电子地图显示。
多路接警：
中心可同时接受多个监控点同时报警。
◆控制功能
视频信号放大与分配、图像信号的校正与补偿、图像信号的切换、图像信号的记录等；
对摄像机、电动变焦镜头、云台等进行遥控，以完成对被监视场所全面、详细的监视或跟踪监视；
对系统防区进行布防、撤防以及联动等功能。
当前端防区有非法入侵时，报警信号传送到总控制台，可以显示报警防区，联动警号、闪灯、前端灯光、录像机等设备。
◆管理功能
●系统提供了完善的用户管理策略，对于不同级别的用户设定了不同的操作权限，保障了系统的安全使用，值班人员及领导分控管理、系统运行日志、警情处理、网上分控优先权管理，确保系统安全运行。
5、系统结构
视频监控结构图如图5-2
系统由控制设备、前端设备、执行设备等通过控制总线和视频线路构成的覆盖全店的一个监视与控制信息网络。
网上传递的信息包括主控中心对各监控现场的控制指令，各监控现场送往主控制中心的图像信号、报警信号等。
前端的CCD摄像机作为系统的图像传感设备，把通过各种镜头进来的现场光信号，由摄像机的光电转换器件转换成数字化的视频信号，经过滤波、调整等数字信号处理、再转换成高质量的复合信号进入控制设备，经处理后传递给监视器，在各控制点可看到高质量的单画面、多画面、切换图像。
还可根据情况安装副控主机，实现远程监控。
第二部分楼宇对讲系统
第一章、集成化设计原则
设计选型方面应同时遵循：
✧集成化原则，应选择高度集成的设备，便于控制、管理和维护；
✧模块化原则，应在软、硬件上都采用商业化、通用化、模块化结构的设备，使系统具有较强的扩展能力；
✧可靠性原则，所选设备应具备抵御环境影响的能力，工作稳定可靠，并能够适应室内外昼夜全天候的工作；
✧高性价比原则，应在满足系统最优化技术指标的条件下选择低价位的优质产品；
✧遵循实事求是、先进、可靠、节约、后期服务体系完善的原则。
第二章系统主要功能与原理
1、可视对讲：
当门口机和室内机接通时，住户与访客可进行双向通话，并能看到访客的图象。
2、遥控开锁：
住户在室内按键可遥控开启门口电锁（只有在室内机被呼叫并接通后才有效，防止住户误操作而开锁）。
3、一卡通门禁
住户在门口可用免接触IC卡开启门口电锁，或用密码开锁。
4、监视：
当室内机空闲时，按键可监视单元门口图像，并可监听单元门口的声音。
5、呼叫：
住户按键可呼叫管理中心，管理中心也可呼叫住户。
6、保密功能：
任何双方进行通话时，第三方均无法窃听。
智能楼宇可视对讲系统主要应用于楼宇内住户与外来访客之间提供双向通话，同时通过摄像头为住户显示访客的图像，为住户是否让访客进入做出判断。
其系统结构图如图所示。
可视对讲系统结构图
可视对讲系统各部分的主要作用
可视对讲系统各部分的主要作用如下：
管理机：
可以与楼内任一住户分机通话，也可以与门口机通话，可以进行全局广播或局部广播，发布各种服务信息等。
当住户分机自带防区功能时，管理机还可以显示楼内任一住户家庭的警情。
门口机：
摄录访客的图像和声音，并通过相应的信号线分配传输至住户分
机或管理机。
住户分机：
可以显示门口机传送来的声音和图像，进行远程控制开锁等。
此外，住户分机还可以与管理中心直接联系，如紧急求救等。
附件如中继器的作用是将传输的音频和视频信号放大，减少信号的衰减和失真。
隔离保护器的作用是当住户分机发生故障时，隔离保护器会自动将该住户分机与系统隔离，保证系统正常运行。
可视对讲系统的工作原理
智能楼宇可视对讲系统的工作过程如下：
来访者在门口机上按下住
升级会员 