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閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾方法

發(fā)布時間:2011-05-24

中心議題:
  • CCTV干擾的來源及影響方式
  • CCTV抗干擾的方法
解決方案:
  • 數(shù)字信號傳輸中的抗干擾措施
  • 視頻信號的抗干擾
  • 監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式抗干擾

閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)在建筑工程中的應(yīng)用越來越多,由于建筑物內(nèi)的電氣環(huán)境比較復(fù)雜,容易形成各種干擾源,如果施工過程中未采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?,各種干擾就會通過傳輸線纜進入閉路電視監(jiān)控系統(tǒng),造成視頻圖象質(zhì)量下降、系統(tǒng)控制失靈、運行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。因此研究閉路電視監(jiān)控干擾源的性質(zhì)、了解對閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的影響方式,以便采取措施解決干擾問題對提高閉路監(jiān)控系統(tǒng)工程質(zhì)量,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行非常有益。
  
干擾的來源及影響方式
  
閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸信號的類型主要有兩類:一類是模擬視頻信號,傳輸路徑由攝象機到矩陣,從矩陣再到顯示器或錄象機;一類是數(shù)字信號包括矩陣與攝象機之間的控制信息傳輸,矩陣中計算機部分的數(shù)字信號。一般設(shè)備成為干擾源的可能性很小,因此干擾主要通過信號傳輸路徑進入系統(tǒng)。閉路電視監(jiān)擰系統(tǒng)的信號傳輸路徑是,能通過視頻電纜和傳輸控制信號的雙絞線耦合進系統(tǒng)的干擾有:各種高頻噪聲比如大電感負載啟停,地電位不等引入的工頻干擾,平衡傳輸線路失衡使抑噪能力下降將共頻干擾轉(zhuǎn)成了差模干擾,傳輸線上阻抗不匹配造成信號的反射使信號傳輸質(zhì)量下降,靜電放電沿傳輸線進入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。具體表現(xiàn)如下:
  
由于阻抗不匹配造成的影響在視頻圖象上表現(xiàn)為重影。在信號傳輸線上會將在脈沖序列的前后沿形成震蕩。震蕩的存在使高低電平間的閾值差變小,當(dāng)震蕩的幅值再大或有其他干擾引入時就無法正確分辨出脈沖電平值,導(dǎo)致通信時間變長或通信中斷。接地和屏蔽不好會導(dǎo)致傳輸線抑制外部電磁干擾能力的下降,體現(xiàn)在視頻圖象就是雪花噪點、網(wǎng)紋干擾以及橫紋滾動等;在信號傳輸線上形成尖峰干擾,造成通信錯誤。平衡傳輸線路失衡也會在信號傳輸線上形成尖峰干擾。靜電放電除了會造成設(shè)備損壞外,還會影響存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù),使設(shè)備出現(xiàn)些莫名其妙的錯誤。
  
抗干擾的方法
  
從干擾源的分析了解到并沒有特別的干擾源,消除或者減少上述干擾的理論探討也有許多,如何針對閉路電視監(jiān)控工程解決干擾問題,很少有文獻涉及,下面就閉路電視監(jiān)控工種中常見的干擾及解決方法進行些探討。
  
1數(shù)字信號傳輸中的抗干擾措施
  
在弱電系統(tǒng)工程中數(shù)字信號的傳輸通常指長線傳輸,常見的方式有:通過調(diào)制、解調(diào)方法在電力線或視頻線上傳輸數(shù)字信號;通過工業(yè)標準的通信網(wǎng)絡(luò)進行傳輸,比如RS422、RS845、RS485;自行開發(fā)的自動式傳輸。三者相較,常見的還是RS422、RS485,因此重點討論RS485數(shù)字通信抗干擾方法。
  
RS485總線是采用差分平衡電氣接口,具有較強的抗電磁干擾能力,但在實際工程RS485總線并未達到人們期望的效果。問題往往出現(xiàn)在以下幾個方面:第一網(wǎng)絡(luò)拓撲不合理,未按照總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲布線,成為事宜上的星型拓撲;傳輸線與接收和發(fā)送端設(shè)備連接不正確,削弱了平衡線的抗干擾能力;第三公用雙絞線,未進一步采取抗干擾措施,比如采用屏蔽雙絞。雖然在造成干擾的方式上有所不同但在干擾的表現(xiàn)形式上只有兩種:一種是反射增加了信號畸變程度;一種是外部的干擾由于平衡條件被破壞,共模干擾變成了串模信號進入傳輸線。
  
關(guān)于信號反射。根據(jù)電磁理論,減少長線上信號反射的唯一途徑是阻抗匹配,若通信風(fēng)格拓撲為總線型,阻抗匹配比較容易實現(xiàn),但若是星型網(wǎng)絡(luò)拓撲,根據(jù)工程經(jīng)驗則可按圖1方式進行匹配,在發(fā)送端串上與傳輸線特征阻抗相同的電阻RO,在接收端按圖所示進行連接,其中R1>R2,R=(R1*R2)/(R1+R2)=R0。在發(fā)送R0一般是驅(qū)動門輸出內(nèi)阻的5倍以上,可以得到較高的發(fā)送電平,接收的匹配阻抗是經(jīng)5伏電源形成的,在阻抗匹配的同時減少了吸收功耗,這樣既減少了的射,又不會因為增加了匹配電阻吸收過多的信號功率,信號的電平閾值差變小。
  
雙絞線作為RS485傳輸一對電磁感應(yīng)噪聲有較強的抑制能力,但對靜電感應(yīng)引起噪聲的抑制能力較差,因此RS485傳輸線應(yīng)選用屏蔽雙絞線。雙絞線的屏蔽層要正確接地,這里講的“地”應(yīng)是驅(qū)動總線邏輯門的“地”,而非“機殼地”、“保護地”,但在許多實際設(shè)備上往往沒有給出接地連接端,所以在這種情況下就需要引一條線將屏蔽與驅(qū)動邏輯門集成電路的地相連。

2視頻信號的干擾
  
視頻信號的干擾在圖象上表現(xiàn)為地花點和50HZ橫紋滾動,對于雪花點干擾是由于傳輸線上信號衰減以及耦合了高頻干擾所致,這種干擾比較容易消除,在攝象機與控制矩陣之間合理位置增加一個視頻放大器,將信號的售噪比提高,或者改變視頻電纜的路徑避開高頻干擾源,高頻干擾的問題可基本上得到解決。較難解決的是50HZ橫紋滾動及進一步加高頻干擾的情況,比如電梯轎廂內(nèi)攝象機的輸出圖象。為了抑制上述干擾,首先分析一下造成上述問題的原因。

攝象機要求的供電電源一般有三種:直流12V、交流24V或220V,大多數(shù)工程應(yīng)用中不從電梯轎廂的供電電源上取,而是另外布設(shè)供電電源給攝象機供電,攝象機輸出圖象經(jīng)過一條軟性的視頻電纜從井道的止方或下方送出,視頻電纜和供電電纜與轎廂的動力線捆綁在一起,當(dāng)電梯運行時牽引電機運行產(chǎn)生的電磁場沿照明動力線傳播,顯然會影響攝象機供電電纜和視頻電纜,當(dāng)視頻電纜的屏蔽層不夠嚴密時,高頻干擾就經(jīng)視頻電纜傳回監(jiān)視器。而對于50HZ的橫紋滾動根據(jù)電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除50HZ工頻干擾。由此可以推斷這部分干擾不是通過視頻電纜耦合過來,而是來自電源線和不合理的視頻線聯(lián)結(jié)。
  
對于圖象中的高頻干擾,因它的頻帶仍在8MHZ以內(nèi),采用空隙率為50%左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾,但要達到50%的空隙率屏蔽網(wǎng)根數(shù)需每個波長長度有60根以上,這樣高的密度又會使電纜的柔韌性下降,比較好的方法是采用帶有雙層屏蔽的視頻電纜。
  
視頻電纜屏蔽層是接地的,如果視頻信號“地”與顯示器的“地”相對“電網(wǎng)地”的電位不同,即如圖3所示兩處接地點相對電網(wǎng)“地”的電壓差不同,那么通過電源在攝象機與顯示器之間形成電源回路,這樣50HZ的工頻干擾進入顯示器中,從圖中的電氣聯(lián)接可以看出消除50HZ工頻干擾方法有兩種,一是想辦法使各處的“地”電位與“電網(wǎng)地”的電位差完全相同,或者切斷形成地環(huán)流的路徑。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜,使各處“地”完全等電位比較困難,只能通過加大攝象機供電線纜的線徑,盡可能降低地回路的電阻?;蛘卟捎们袛嗟丨h(huán)流回路的方法,在攝象機或顯示器端有一端不接地,通常在顯示器端不接供電電源的地,這樣雖不能完全消除干擾但可大減少50HZ的干擾。
  
從上面的分析中看到,如果電源線上耦合上高頻噪聲,即使視頻電纜的屏蔽電纜的屏蔽再好,也會將噪聲送至顯示器,因此攝象機的供電電源線最好也要屏蔽,上述措施需要在工程設(shè)計和施工時就要全面考慮才能實現(xiàn),若到了系統(tǒng)調(diào)試時發(fā)現(xiàn)干擾存在可采用調(diào)制和解調(diào)的方法將噪聲濾除,在攝象機端設(shè)一調(diào)制器將視頻信號搬移到幾十兆赫茲的頻度段上,在顯示器端設(shè)一低通濾波器將低于8NHZ的信號全部濾除,再經(jīng)過解調(diào)將視頻圖象還原。

3監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式
  
監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式只有兩種:一種是集中供電方式即電源都引自一處,另一種是分布式供電,攝象機在安裝位置附近取電源,從抗干擾效果的角度講,集中供電方式更好一些,可以基本消除各處參考電位不等的情況。

監(jiān)控系統(tǒng)中干擾主要體現(xiàn)在數(shù)字通信通訊線和視頻圖象的干擾上,解決干擾的關(guān)鍵在于工程開始施工時就要全盤考慮上抗干擾措施,這樣才能從根本上解決干擾問題,而不要等到工程后期再采取亡羊補牢的措施。
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