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楼宇智能化监控毕业论文
天津城市建设管理职业技术学院
毕业设计说明书
闭路电视监控系统设计
作者:
鲁朝阳
系别：
能源机电系
专业：
楼宇智能化工程技术
学号：
10LY01039
指导教师：
赵运婷
2013年4月
内容摘要
“智能建筑”是将结构、系统、服务、运营及相互联系全面综合，并达到最佳组合,所获得的高效率，高功能与高舒适性的大楼.规定智能大厦必须具备3个条件：
一是具有保安、消防与环境控制等先进的自动化控制系统，以及自动调节大厦内的温度、湿度、灯光等参数的各种设施，以创造舒适安全的环境;二是具有良好的通信网络设施，使数据能在大厦内进行流通;三是能提供足够的对外通信设施与能力.在智能建筑中，电视监控系统的作用非常重要。
它可以对事件发生前后的信息进行记录，以便事后对事件发生经过进行分析，保护各种资产。
目前智能建筑和智能化小区中的闭路电视监控系统，从图像信号的摄录，到图像信号的传输、存储、调用、回放大都采用的是模拟信号;信号的传输是利用同轴电缆这种介质来完成的.尤其是在构建大规模的电视监控系统的时候,图像信号的采集、传输、存储，需要大量的传输介质来组建网络；也需要大量的录像机、录像带来存储图像信息。
这势必带来大量的布线工作、大量的图像存储工作、大量的图像检索工作。
智能建筑中电视监控系统的系统组成结构、系统主要设备的性能特点、技术指标的参数、说明如何在构建CCTV系统中选择性价比优秀的产品以及如何构建性能良好、技术先进、安全可靠的电视监控系统；通过数字电视监控系统的视频采集卡、嵌入式硬盘录像机的系统性能和技术参数、选择指标的比对以及模拟电视监控系统和数字电视监控系统的优缺点的比对,说明了如何建设数字电视监控系统、如何利用现有的模拟电视监控系统改造成数字电视监控系统以及数字电视监控系统在未来的发展趋势；通过比较同轴电缆、双绞线、光纤、射频调制传输的传输距离、传输频带和带宽、信号的衰减程度等的优缺点。
本论文认为以后智能建筑和智能化小区中的闭路电视监控系统将是以数字电视监控系统为主流、以综合布线系统为载体、结合视频会议系统、视频点播系统的综合应用体。
现在的模拟数字电视监控系统,也必将与数字电视监控系统结合，通过对模拟信号的数字化改造，来实现数字化视频信号传输、控制、记录、检索、回放等功能。
关键词：
电视监控系统；嵌入式硬盘录像机；双绞线
闭路电视监控系统设计
随着各类建筑的智能化要求和生产经营管理自动化的要求，也随着安全防范的高标准要求，电视监控系统目前得到了极大的发展，也得到了各行各业广泛的使用。
有些行业、部门，国家有关部门还要求强使用电视监控系统（如银行、三星级以上宾馆等）。
一闭路电视监控系统
闭路电视（又称CCTV）监控系统是安防领域中的重要组成部分，系统通过摄像机及其辅助设备（镜头、云台等），直接观察被监视场所的情况，同时可以把监视场所的情况进行同步录像。
另外，电视监控系统还可以与防盗报警系统等其他安全技术防范体系联动行动，使用户安全防范能力得到整体的提高.
（一）电视监控系统的组成
电视监控系统是在闭路电视系统基础上发展起来的,所以又称闭路监控电视（CCTV）。
现代智能建筑中人们总是设法将关键部位或重要场所实时、形象和不失真地显示出来，从而形成了电视监控系统。
目前电视监控系统已成为现代生产、管理和生活中实施监视和控制的极为有效的工具,同时也成为安全防范的有效工具之一。
闭路监控系统主要实现图像观察、记录等功能,闭路监控系统按功能分为：
前端（摄像）、传输、控制、显示、电源以及副控点设备等几部分组成,其系统组成示意图所图1
图1系统组成示意图
视频监控录制模块不但可以用来实现摄像头的图像预览，以及视频的存储等功能，而且视频监控录制模块中还可以对预览图像的大小、摄像头所采集到的视频信息的存储大小，摄像头的亮度、曝光度和颜色等进行设置。
而且在视频监控录制模块为了不让其他人员随意的更改这些设置和随意的退出本套系统还应在本模块中加入权限设置密码。
而在回放系统中为了不让其他非管理人员随意对历史的视频信息进行浏览，因此，在进入回放系统之前应设置一权限密码，若密码不正确者不能进入到回放系统中。
1摄像部分
摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是系统的“眼睛"，是整个电视监控系统的原始信号源。
它布置在被监视场所的某一位置（或几个位置）上，其视场角能覆盖整个被监视场所的各个部位。
它的功能是通过监视区域摄像获取实时图像信息并将图像信息转换为电信号输出。
图2常见电视监控系统摄像机
（a）半球式摄相机（b）红外一体摄像机（c）枪型摄像机
2摄像机的支撑部分
固定和安装摄像机的设备称为摄像机的支承设备。
常见的摄像机支承设备有三脚架、摄像机托架和云台。
三脚架是最普通的摄像机支承设备，根据支承摄像机的不同有各种规格和型号。
摄像机托架安装在吊顶或墙壁上，用于支承摄像机。
图2（a）是鹅颈管型球型摄像机安装托架。
根据安装的部位和摄像机的不同，托架也有各种规格和型号，也可根据现场环境进行特制。
云台是目前最常用的摄像机支承设备。
它可带动摄像机进行水平方位旋转和垂直方位旋转，从而扩大了摄像机的监视范围。
根据使用环境和监控要求不同，云台可分为室内型和室外型、通用型和特殊型、手动控制旋转型和电动控制旋转型。
图3是常见摄像机托架和云台.
图3摄像机托架和云台
（a）鹅颈管型球型摄像机安装托架;（b）电动云台；（c）室内壁装云台
3传输部分
传输部分用于将监控系统的前端设备与终端设备联系起来.前端设备所产生的图像信息、声音信号、各种报警信号通过传输系统传送到控制中心,并将控制中心的控制指令输送到前端设备。
传输部分是系统图像信号和控制信号的通路，在传输线路上传输的是视频信号和控制信号。
（1）视频信号传输
视频信号传输一般选用同轴电缆、微波传输光纤或双绞线等.
同轴电缆
同轴电缆的结构如图4所示，它由内导体（电缆铜芯）、绝缘层、外导体（铜网和铝箔）和护套四部分组成。
图4同轴电缆结构示意图
电视监控系统一般是中短距离的中小型系统,故大都采用同轴电缆传输视频图像信号。
国产同轴电缆可分为实芯和耦芯两种.芯线一般用铜线,外导体有铝管和铜网加铝箔;绝缘外套有单护套和双护套两种.国产同轴电缆型号和含义如表1-5所示。
选择同轴电缆时，应选用频率特性好、衰减小、传输稳定、防水性能好的电缆。
国产常用同轴电缆的型号、规格和主要参数如表1,2所示。
表1国产同轴电缆型号和含义
表2国产常用同轴电缆型号、规格和主要参数
②光纤
光纤裸纤一般分为三层，中心为高折射率玻璃芯（芯径一般为50μm或62.5μm）,中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外层是加强用的树脂涂层。
图5为光纤结构示意图。
按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
多模光纤的中心玻璃芯较粗（芯径一般为50μm或62.5μm），可传多种模式的光，但其模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，且这种现象随距离的增加会更加严重.
因此，多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。
单模光纤的中心玻璃芯较细（芯径一般为9μm或10μm），只能传一种模式的光,其模间色散很小，适用于远程传输。
常用光纤的规格为:
单模，8/125μm、9/125μm、10/125μm；多模：
50/125μm（欧标）、62。
5/125μm（美标）。
图5光纤结构示意图
③双绞线
双绞线的使用由来已久，特别在电话通信上得到了广泛的应用，但用于电视监控系统的时间不是很久。
双绞线具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等优点。
它克服了同轴电缆传输距离受限的问题，同时也避免了光纤传输技术复杂和造价昂贵的弊端.但是，双绞线对信号存在着较大的衰减，所以视频信号在双绞线上远距离传输时必须进行放大和补偿。
4显示和记录部分
显示和记录部分一般安装在控制室，主要有监视器、录像机和一些视频处理设备。
监视器可以选用黑白或彩色监视器,也可选用液晶显示器或用电视机替代。
录像机在监控系统中作为记录和重放装置,根据需要可选用不同功能和录像时间的专用录像机，专用录像机能提供24～960h的录像时间。
录像机内设有字符信号发生器，可在图像信号上打出“月/日/年/星期/时/分/秒”的录像模式，还能在图像上示出摄像机与报警器的编号及报警方式。
要实现用少量监视器显示多个摄像机输出的视频信号、在同一屏幕上显示多个监控视频信号或多个视频器显示同一视频信号等功能，控制室还需增加相应的设备,这些设备有视频切换器、多画面分割器、视频分配器等。
（二）视频监控系统内容和结构
视频信号处理部分应包括以下主要内容：
在监控点设置视频信号采集用的摄像头；将摄像头摄取的视频信号通过视频电缆联入从事监控活动工作的控制室；在各个控制室利用视频分频设备及信号放大设备将视频信号分频放大处理后,一组信号用于现场的视频监控使用，另外的信号向其它控制室或调度室的信号提供；现场监控用的信号通过画面分割器或矩阵控制器与工业用电视监视器相连，完成现场的视频信息的监控目的。
在调度室利用视频2分频设备将视频信号2分频处理后,一组信号用于调度室的综合视频监控使用，另一组信号提供给数字信号处理部分进行处理。
图6系统结构示例图
视频监控系统是由监控点和监控中心等组成的，它的具体的工作流程如图6所示。
正如下图所示的流程，当监控点的摄像头采集到的视频信息通过电缆线传到监控室，监控室的工作人员可以通过监视屏上的预览图像来了解现场所发生的一切情况，与此同时监控室的控制人员还可以对摄像头所采集到的视频信息进行录制存储，监控室的工作人员还可以控制监控点的每一个摄像头。
并对其进行各种操作，如摄像头的转向、摄像头的取景范围等。
管理人员还可以对摄像头的参数如亮度、曝光度和颜色等进行一系列的设置。
一旦有突发事件发生监控室的工作人员还可以对现场进行实时监控，通过监视器所了解到的情况来指导现场的工作。
与此同时还可以通过局域网或互联网对外界发出警告或报警.如果视频监控系统安装视频服务器之后，还可以为管理人员提供远程监视权限。
而管理人员则可以不受地域限制，只要使用PC机或笔记本电脑通过调制解调器或宽带接入方式接入PSTN电话网或Internet国际互联网,就可以即时观看各个监控点的图像，以便掌握监控点的详细情况。
因此大大提高了管理者的管理水平.当管理人员需要某一天的监控录像时还可以调用监控的历史记录，来进行查找、回放以便于了解当时所发生一系列的情况。
（三）摄像机的布置
1摄像机设计位置、摄像方向及照明条件
（1）摄像机宜安装在监视目标附近不易受外界损伤的地方，安装位置不应影响现场设备运行和人员正常活动；安装高度，室内宜距地面2。
5～5m，室外宜距地面3.5~10m。
（2）电梯轿厢内摄像机应安装在电梯厢顶部，电梯操作盘的对角处，摄像机视角应能覆盖电梯轿厢内全景。
（3）摄像机镜头应避免强光直射，保证摄像管靶面不受损伤;镜头视场内不得有遮挡监视目标的物体。
（4）摄像机镜头应从光源方向对准监视目标,避免逆光安装；当需要逆光安装时，应降低监视区域的对比度.
2摄像机具体位置布置
在电视监控系统中，摄像机的布置直接关系到系统运行的质量和监视的效果。
一般摄像点的布置要求如下：
（1）必须安装摄像机以进行监视的部位有主要出入口、总服务台、电梯（轿厢或电梯厅）、停车场、车库、避难所等.
（2）一般情况下应安装摄像机以进行监视的部位有底层休息大厅、贵重商品柜台、主要通道、自动扶梯等
（3）结合建筑功能管理的需要有选择地安装摄像机，客房通道、酒吧、咖啡茶座、餐厅、多功能厅等需预埋管线，为安装摄像机做准备.
摄像机安装位置的具体布置参见图7和图8。
图7门厅摄像机布置
图8（a）室内布置（b）楼梯及楼道的布置（c）停车场的布置
二闭路电视监控系统的设备
（一）摄像机的选择
在系统中,摄像机处于系统的最前沿，它将被设物体的光图像转变成电信号--视频信号，为系统提供信号源，因此它是系统中最重要的设备之一。
（1）根据监控环境照度选择摄像机
摄像机的选择应根据监控目标环境照度来确定,一般要求监控目标环境最低照度应高于摄像机最低照度的10倍。
（2）一般电视监视系统宜采用黑白摄像机,黑白摄像机比彩色摄像机更容易达到电视监控系统要求的照度和清晰度，对色彩有一定要求的场合可选用彩色摄像机.彩色和黑白摄像机的选择可参见表3。
表3彩色和黑白摄像机的选择
（3）逆光监控摄像时，宜选用具有逆光补偿的摄像机；户内、户外安装的摄像机均应加装防护套,防护套可根据需要设置遥控雨刷和调温控制系统。
（二）摄像机镜头的选择
摄像机光学镜头的作用是把被观察目标的光像聚焦于CCD传感器件上，在传感器件上产生的图像将是物体的倒像，尽管用一个简单的凸透镜就可以实现上述目的,但这时的图像质量不高，不能在中心和边缘都获得清晰的图像,为此往往附加若干透镜元件，组成一道复合透镜,方能得到满意的图像。
（1）摄取固定目标时摄像机选用定焦距镜头；有视角变化要求时，可选用变焦距镜头；镜头焦距的选择可根据视场大小和镜头到监视目标的距离确定。
（2）监视环境目标亮度变化范围高低相差达100倍以上或昼夜使用的摄像机，应选用自动光圈或电动光圈镜头；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。
电梯轿厢内摄像机镜头一般选用水平视场角大于70°的广角镜头.
（3）在景深大、视角范围广的监控区域，宜选用带全景云台的摄像机和大于6倍以上的电动遥控变焦距镜头，或采用2只以上定焦距镜头的摄像机分区覆盖。
（三）云台
云台就是两个交流电机组成的安装平台,可水平和垂直的运动。
但要注意区别于照相器材中的云台概念。
照相器材的云台一般来说只是一个三脚架，只能通过手来调节方位；而监控系统所说云台是通过控制系统在远程可控制其转动及移动方向的。
云台转动速度衡量云台档次高低重要指标。
云台水平和垂直方向是由两个不同的电机驱动的，因此云台的转动速度也分为水平转速和垂直转速。
由于载重的原因，垂直电机在启动和运行保持时的扭矩大于水平方向的扭矩，在加上实际监控时对水平转速的要求要高于垂直转速，因此一般来说云台的垂直转速要低于水平转速。
全方位云台内部有两个电机,分别负责云台的上下和左右各方向的转动。
其工作电压的不同也决定了该云台的整体工作电压，一般有交流24V、交流220V及直流24V。
当接到上、下动作电压时，垂直电机转动，经减速箱带动垂直传动轮盘转动；当接到左、右动作电压时,水平电机转动并经减速箱带动云台底部的水平齿轮盘转动。
需要说明的是云台都有水平、垂直的限位栓，云台分别由两个微动开关实现限位功能。
当转动角度达到预先设定的限位栓时，微动开关动作切断电源,云台停止转动.限位装置可以位于云台外部,调整过程简单，也可以位于云台内部，通过外设的调整机构进行调整，调整过程相对复杂.但外置限位装置的云台密封性不如内置限位装置的云台。
室外云台与室内云台大体一致，只是由于室外防护罩重量较大，使云台的载重能力必须加大。
同时，室外环境的冷热变化大，易遭到雨水或潮湿的侵蚀。
因此室外云台一般都设计成密封防雨型.另外室外云台还具有高转矩和扼流保护电路以防止云台冻结时强行起动而烧毁电机。
在低温的恶劣条件下还可以在云台内部加装温控型加热器。
云台的选择
（1）需要环视整个场景时，摄像机应配置电动遥控云台，表4为固定摄像机与使用云台摄像机的比较。
（2）云台的负荷能力应大于实际负荷重量的10倍。
表4固定摄像机与使用云台摄像机的比较
三监控室设置要求
监控室要求环境噪声较小，有必要的安全和消防设施,面积一般在12～15m2，室内温度宜控制在16~28℃,相对湿度宜控制在40％～65%。
1监控室电源及系统电源要求
（1）电视监控（CCTV）系统应由可靠的交流电源回路单独供电,配电设备应有明显标志。
（2）CCTV系统供电电源应采用220V、50±1Hz单相交流电源，电压允许偏差±10%；超过此范围时，应设电源稳压装置。
（3）摄像机应由监控室专线集中供电。
对离监控室较远的摄像机统一供电确有困难时可就近解决，但必须是与监控室同相的可靠电源，并由监控室操作通断。
2监控室配线要求
（1）电源线与信号传输线应尽量避免平行走线或交叉敷设;无法避免时，应平行相隔1m以上.电源线若采用穿钢管敷设,与信号传输线的间距不得小于0。
3m.
（2）室内线路明敷设一律用线卡固定，同轴电缆屏蔽层必须与机壳或对地接触良好；电缆的弯曲半径应大于电缆外径的15倍。
3接地要求
电视监控系统接地宜采用一点接地方式，接地母线应采用铜芯导线,接地电阻不得大于4Ω。
当系统采用共同接地网时,其接地电阻不得大于1Ω
四、结束语
踉踉跄跄地忙碌了一个月,我的毕业设计也终将告一段落。
打开以后，也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。
但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方,譬设计不够合理、外观粗糙、底层代码的不合理……数不胜数。
可是，我又会有点自恋式地安慰自己：
做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获.以此语言来安抚我尚没平复的心。
闭路电视监控系统设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。
生于斯时，长于斯境，唯有以双倍的努力、十倍的耐心、百倍的豪情和千倍的执着来完成原赋的使命。
就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点,在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好,未来总会是绚烂缤纷。
致谢
大学三年的生活是我人生的转折点，最后的毕业设计培养了我独立思考问题和分析解决实际问题的能力，是对我大专三年里所学知识的总结和应用。
这一期间,我有过辛酸与喜悦.伴随着许许多多的努力与辛劳,论文即将完成。
在此，我想向所有帮助过我的人致以最真诚的谢意：
“谢谢你们"!
首先要感谢的是我的指导老师赵云婷。
在做毕业设计期间，赵老师对我的选题,对我论文的指导，对我的课题研究提出了很多宝贵意见。
赵老师严谨的治学态度、渊博的学识、开拓进取的精神、认真求实的工作作风给我留下了深刻的印象，是学生我永远学习的楷模。
这期间她以身作则、严格要求、不辞辛劳、悉心教诲以及生活上无微不至的关怀使我深受感动，并将激励着我在未来的人生旅途上不断进步。
在次论文完成之际,谨向导师致以诚挚的敬意和衷心的感谢.
接下来要感谢同班的同学们。
有了他们的帮助指点，我一次次从迷茫与困惑中走出，同时学习生活也变得轻松愉快,感谢所有的同学给我提出的许多宝贵意见。
我要感谢我的父母和家人，感谢他们一直以来对我的关心和鼓励,理解与支持。
我今后会更加努力的工作来回报你们！
感谢我的朋友，在这三年里给我的支持和帮助。
最后，对评审论文的各位专家、教授表示衷心的感谢！
参考文献：
1沈瑞珠等主编。
物业智能化管理[M].上海：
同济大学出版社，2004，1.
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机械工业出版社，3003.
3黄河主编。
安防与电视监控系统施工[M].北京:
中国建筑工业出版社，2005，（3）.
4陈龙主编.智能小区及智能大楼系统设计［M］.北京：
中国建筑工业出版社,2001。
5程大张主编.住宅小区智能化系统设计与工程实施[M]。
上海:
同济大学出版，2001.
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