毕业设计（论文）校园自动监控与报警系统设计

（2011 届）届）专科毕业设计（论文）专科毕业设计（论文）题题 目目 名名 称：称：校园自动监控与报警系统设计校园自动监控与报警系统设计 学学 院（部）：院（部）： 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 专专 业：业： 电气自动化电气自动化 学学 生生 姓姓 名：名： 班班 级：级： 学号学号 指导教师姓名：指导教师姓名： 最终评定成绩：最终评定成绩： 2011 年 6 月湖南工业大学专科毕业设计（论文）I摘 要论文详细介绍了学校监控与报警系统的原理、设计原则、设计思想、解决方案等。解决了人力巡逻、单纯视频监控而无报警系统等传统监控报警的缺陷。基于数字图像处理的监控报警系统是利用先进技术、采用数字图像处理技术、红外报警技术、自动拨号技术实现时监控现场的自动监控管理。保安人员通过监控系统随时掌握监控区域内的人员活动情况，检查各个重点部位的安全状况，防祸患于未然。夜间静场后，可自动布防，一旦有人员出入防范区或出现其它异常情况，红外报警系统会自动发出警报，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。同时配合前端摄像机、可实现人防、技防的统一协调，及时制止破坏发生，同时为今后取证提供有力证据。使校园安全管理实现人防、物防、技防相结合的安全防范系统。可以大大提高工作效率、节省费用及提高信息自动化水平。关键词：视频监控、报警、红外探测、自动拨号、信息湖南工业大学专科毕业设计（论文）IIABSTRACTPaper introduces the monitoring and alarm system the school principle, design principles, design ideas, solutions. Solve the manpower to patrol alone video surveillance without the traditional alarm monitoring alarm system defects. Monitoring based on digital image processing system is the use of advanced technology, using digital image processing technology, multimedia technology and network technology, monitoring the scene when the automatic monitoring and management. Security staff to keep up through the monitoring system of personnel monitoring the activities within the region, check the security situation in various key positions, anti-scourge in the first place. After the silence and the night can be automatically deployed, once the officers to prevent access to areas or other abnormal situation occurs, infrared alarm system will automatically send an alert and prompt the regional alarm attendant position, the display may take countermeasures system. At the same time with the front of the camera, enabling air defense, the harmonization of anti-technology, timely and stop the destruction occurred at the same time provide strong evidence for further evidence. The campus security management to achieve air defense, physical defense, the combination of anti-technology security systems. Can greatly improve efficiency, save costs and improve the information level of automation.Key words: video monitoring, alarm, front-end, automatic dial-up, information湖南工业大学专科毕业设计（论文）III目 录第一章 绪论.11.1 课题背景及意义.11.2 校园监控报警现状.21.3 系统设计思想及原则.31.4 研究内容及论文结构.5第二章 系统设备组成.62.1 前端结构.62.1.1 摄像机.62.1.2 防护罩.82.1.3 云台.92.1.4 解码器.102.2 传输设备.112.3 显示记录设备.112.3.1 监视器.112.3.2 字硬盘录像机.122.4 控制设备.132.4.1 视频切换器.142.4.2 画面分割器.142.4.3 系统控制键盘.162.5 本章小结.16第三章 控制管理.173.1 切换控制部份.173.2 显示与记录部分.173.3 报警联动.173.4 本章小结.18第四章 红外自动报警系统.194.1 热释电型红外探测器.194.2 所用 CPU（AT89S51）简介.214.2.1 主要性能特点.214.2.2 管脚说明.224.3 基本工作原理及硬件.244.3.1 声光报警部分.244.3.2 自动拨号部分.244.3.3 语音录放部分.254.3.4 串口通信部分.27湖南工业大学专科毕业设计（论文）IV4.4 软件部分.294.4.1 程序流程图.304.4.2 声光报警程序.314.4.3 自动拨号程序.324.4.4 串口通信程序.334.5 本章小结.34第五章 总结与展望.35参考文献.36致 谢.37湖南工业大学专科毕业设计（论文）1第一章 绪 论1.1 课题背景及意义对于某些敏感场景，如学校机房、银行、商店、停车场、军事基地等，出于管理和安全的需要，人们必须知道该区域内发生的事件，于是采用某种特定方法来监视该场景，并且及时地对发生的异常事件做出适当的反应，这就是所谓的监控报警。现代社会是一个人口密集、高度复杂的社会，人类的活动范围越来越大，面临的突发事件和异常事件越来越复杂，监控的难度和重要性也越来越突出。从监控技术的发展来看，大致可分为三个阶段：人力现场监控、人力视频监控和自动监控与报警。所谓人力现场监控，即安排专人在现场对场景监控，人力现场监控的应用可以追溯到原始社会，一直延续至今。所谓人力视频监控，即用摄像机对场景拍摄，视频信号被采集到中央控制部门并被显示到监视器上，由人对视频图像进行分析，得出恰当的判断。视频监控又分为两种，一种是早期采用的模拟视频监控，一种是数字视频监控，这种监控技术引入了大量的计算机技术来协助人采集和管理所有视频信息，监控系统的性能得到了有效的提高。目前，市场上已经有比较成熟的数字视频监控系统出现。随着数字信息时代的到来，数字化高新技术产品日益增加和完善。各行业为了提高和完善生产管理水平和增加竞争力，都争先采用完善的高新技术产品。监控报警系统是管理人员实现高质量管理的理想工具；也是保障公共安全、提高防范能力必不可少的得力助手。由于人工本身固有的不足，人力越来越难以胜任分析和理解采集到的数量惊人的视频数据。所以有必要将视频监控与报警联动起来，形成了自动监控与报警系统，对重要安全地点和敏感的公共场合进行全天候、自动的、实时的监控。 数字监控系统与报警系统的结合即组成数字视频监控与报警系统。数字监控系统主要由摄像部分、传输部分、控制部分、显示记录部分四大部分组成 1。在摄像部分包含摄像一体机、室内全方位云台、监听器、防尘罩等等；传输部分主要由线材组成；控制部分中包含有图像切换、控制设备等等；显示记录部分中包含电脑控制主机、矩阵主机、硬盘录像机、显示器墙等等。可通过控制软件中心来管理所有分布于不同位置嵌入式系统主机及摄像部分设备，可以通过用户端软件及国际互联网实时查看校园环境动态，实现协助学校等部门管理人员维护生活秩序。湖南工业大学专科毕业设计（论文）2视频监控与报警系统效率高、可靠性高、便于记录、反应速度快、集成化管理等优点，使管理者坐在控制室中就能控制前端的设备，观察到控制范围内所有重要地点的情况与反应，为管理、保安系统提供了临场视觉效果，为监控范围内各种设备的运行和人员活动提供了较为直观的监视手段。因此，视频监控与报警系统已成为现代化管理和智能安防系统中不可缺少的组成部分。目前，学校公共设施及师生的私人物品被盗事件、校门口恶性人身侵害事件、楼梯垮塌践踏事件、社会流氓滋扰在校师生事件等，都是屡见不鲜，而这些事件造成的负面影响非常恶劣。面对如此错综复杂的校园治安形势, 必须利用有效的科技手段和管理方法对其进行稳定的、长期的实时监控，保证校园的安全，积极寻求改变学校的安全防范手段和途径，使校园的安全防范模式不断向信息化、综合化、网络化和主动化方向发展，才能适应日益发展的社会要求。如何有效解决当前校园安全存在的问题，确保校园安全，已经成为目前安防领域研究的一个重要命题。所以，为加强学校安全防范整体力量, 有效保护学校及师生的财产安全, 监控公共场合秩序, 维护校园公共安全, 很有必要建立一套功能完善、覆盖范围广泛的监控报警系统。在一定区域范围内警戒可能发生的入侵行为，对发生的报警事件及时捕获、处理和记录相关影像，对重要的部门进出情况进行自动记录，对重要区域提供有效的保护。1.2 校园监控报警现状现在院校一般都有以下特点：面积大、建筑分散、人数多、管理人员少、许多学校存在分校，再一个就是很多学校建筑年久失修，加上学生自我保护意思差，存在极大安全隐患。目前一些恶性事件的频发导致了家长对学校校园管理的不信任，对教育部门管理的问责。学校由于监控的局限性，使得其对学校的监控缺位，达不到监管的目的，更加走入了监控的怪圈。对于校园安防监控报警系统，一些学校多采用传统的模拟视频监控系统。某些学校甚至没有监控报警系统，而是完全采用人工巡逻的方式来作为学校的安全防范措施。目前广泛使用的闭路监控系统大多为模拟系统，目前各个学校基本上采用的是传统的模拟信号监控，具有极强的地域性，监控不可以随着管理者的移动进行随时的监控，限制了管理者的活动，使得监控成为了一对一的“死”监控，灵活性不足。其主要特点是：采用矩阵主机控制，通过电视墙监视前端目标，采用长延时模拟录像机进行录像和回放；其主要缺点是：当录像资料需要长时间备份时，需要大量的录像带，消耗大量的人力和物力，并且在录像回放、检索时操作不方便。因此，基于数字存储技术的数字视频监控系统应运而生，经过几年的发展，湖南工业大学专科毕业设计（论文）3至今技术已经完全成熟，很好地解决了传统图像存储及回放等技术难题。数字视频监控系统不仅存储费用低、效率高，而且还具有网络传输、远程传输和循环存储等优点。与此同时，数字视频监控系统的数字化和传输网络化等先进技术可以实现与防盗报警等系统联网联动，及时准确地反馈现场信息，为报警事件提供充分可靠的依据。虽然数字视频监控系统解决了模拟系统的很多缺点，但数字视频监控系统也不是完美无缺的，针对某些监控点数非常多的情况（或需要通过电视墙来显示现场情况的） ，靠单一的数字视频监控系统就不能很好地解决，而需数字系统和模拟系统结合来实现，因此对不同的实际状况应区别对待，以求得最优化的系统解决方案。为了适应教育信息化的需要，按照视频监控与报警系统的技术规范，并结合现代教育教学需求的特点，学校需采取人性化的、先进科学的设计思想和完善的设备对校园进行数字视频监控与报警。在学校应用数字视频监控与报警系统。首先, 其成本较低，可以利用现有的校园局域网来进行图像的传输；其次 ，适合远距离实时传输，数字信号抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响；再次系统扩展能力强，还可以实现报警联动及电子巡逻等。1.3 系统设计思想及原则学校人口密集，具有一定的流动性，有一定数量的实实训设备和其它固定资产，也有许多无形资产的积累，为保证校园的安全是每个监控系统研究人员义不容辞的责任和务。为此，利用现代化管理技术，在校园内设计、安装数字视频监控系统，完成对校园主要地点和出入口进行实时录像监控。其所产生的图像传输到电视监控中心，通过硬盘录象机的控制在监视器上分别显示，并在情况发生时产生响铃报警。可根据需求对其进行操作、录像。监控中心的工作人员根据图象显示进行图象切换、跟踪监视，从而达到及时发现情况和问题，及时采取相应措施或在事后可通过录像对事件进行排查以发现问题。协助保卫部门完成校园安全保卫工作，为师生提供一良好、稳定、安全的学习生活空间。方案设计时教充分考虑到校园课室的各项需求，体现先进实用、人性化、操作方便、自动化程度高、性价比突出的总体设计思想。本着架构合理、安全可靠、产品主流、低成本、低维护量等作为出发点，并依此为学校提供先进、安全、可靠、高效的系统解决方案。详细如下：合理性采用先进合理的技术来架构系统，使整个系统安全平稳的运行，并具备未来良好的扩展条件。湖南工业大学专科毕业设计（论文）4先进性系统的技术先进性是系统高性能的保证和基础，同时可有效地减少使用人员和系统维护人员的麻烦。在投资费用许可的情况下，系统采用较先进的技术和设备，一方面能反映系统所具有的先进水平，另一方面又使系统具有强大的发展潜力，以便该系统在尽可能的时间内与社会发展相适应。稳定可靠性只有稳定运行的系统，才能确保贵单位闭路监控系统平稳运行。高可靠度是保障系统运行的基本要求，也是易维护性的保障。系统最重要的就是可靠性，系统一旦瘫痪的后果将是难以想象的，因此系统必须可靠地、能连续地运行，在成本接受的条件下，从系统结构、设备选择、产品供应商的技术服务及维修响应能力等各方面均应严格要求，使得故障发生的可能性尽可能少。即便是出现故障时，影响面也要尽可能小。易操作维护性系统的易操作和易维护性是保证非专业人员使用好一个系统的条件。经济性力争有良好的性能价格比，所采用的产品应是简单，易操作，易维护，高可靠度的。系统是否具有优良的性能价格比是判断一个系统优劣条件的重要依据。扩展性良好的可扩展性则是为了以后的发展考虑。随着学校安防系统应用时间的增长，未来对安防系统的要求会更高。可扩展性保证当系统有更多的要求时，引入的新设备可以顺利地与本次配备的设备共同工作，进一步扩展与提高系统的性能。系统设计时应充分考虑今后的发展需要，系统应具有预备容量的扩充与升级换代的可能。所以系统中控制部件（软、硬件）采用集中式结构、嵌入式等技术措施，可以方便灵活的进行扩充，充分保证系统在将来的适应性。安全性对于安全防范系统，其本身的安全性能不可忽视，系统设计时，必须采取多种手段防止本系统各种形式与途径的非法破坏。完善性需具有强大的视频、音频和数据告警功能。当某台摄像机发生移动侦测报警时，系统可实时启动录像，当发生报警时，及时处理报警信息并显示到特定的设备。系统可选用手动、移动侦测、告警、定时录像四种录像方式；提供指定周期的滚动删除功能，有效防止存储空间耗尽。人性化湖南工业大学专科毕业设计（论文）5注意场合、时间等设置监控，以免影响到学校师生的个人生活。1.4 研究内容及论文结构全文共分为以下五章：第一章为绪论，首先介绍了视频监控与报警的应用背景及应用现状，说明了在学校安装视频监控与报警系统的现实意义，接着对视频监控与报警系统的设计思想、设计原则以及设计内容进行了一个概括性的阐述。第二章介绍了本自动监控与报警系统所涉及的主要组成设备，详细介绍了摄像机、解码器等前端设备，数字硬盘录像机、画面分割器等显示记录设备。同时介绍了它们的部分选择参数。第三章论述了本系统是如何进行切换控制、显示记录，对视频监控与报警联动的控制也作了分析。第四章详细分析了红外自动报警系统。详细介绍了热释电型红外探测器的结构、原理等。对声光报警、自动拨号、语音录制等模块的结构及原理作了详细的介绍分析。根据 PC 机需与单片机进行串口通信对系统所用的 AT89S51 单片机的功能及原理等作了介绍。介绍完硬件需求后给出了报警系统的框图及控制思想，分析并给出了具体实现方法。根据报警系统的流程给出了报警的系统流程图、中断流程图，同时给出了相应的声光报警主程序、中断子程序、自动拨号程序、串口通信程序等软件程序。第五章对本文所做的设计工作进行了总结，并阐述了该系统存在的优点及可作的进一步设计研究。湖南工业大学专科毕业设计（论文）6第二章 系统设备组成2.1 前端结构前端的任务是对被摄体进行摄像，并把摄得的光信号转换成电信号 2。前端设备在注重实用性的同时，兼顾装饰性和隐蔽性。针对各建筑单体的一层出入口、楼梯口、走廊、重要房间、财务室、机房等重要部位，由于监视目标一般固定地对准某个角度，轻易不会变化，结合建筑特办公装修情况，选用适当的摄像机。由前端摄像机及其辅助部件（如镜头、云台、防护罩、支架等）组成。2.1.1 摄像机摄像机作为电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”,把它监视的内容变为图像信号，以使之传送给控制中心的监视器上。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。摄像机的图像质量直接影响着整个监控系统的图像质量。监控摄像机宜选用 CCD 黑白、彩色摄像机。黑白摄像机水平清晰度400线，彩色摄像机水平清晰度270 线。信噪比要求46dB3。应根据监视目标的照度选择不同灵敏度的摄像机。监视目标的最低环境照度应高于摄像机最低照度的 10 倍。3当需要遥控时，可选用具有光对焦、光圈开度、变焦距的遥控镜头装置。摄像机可选用体积小、重量轻、便于现场安装与检修的电荷耦合器件（CCD）型摄像机。根据工作环境应选配相应的摄像机防护套。防护套可根据需要设置调温控制系统和遥控雨刷等。固定摄像机在特定部位上的支承装置，可采用摄像机托架或云台。当一台摄像机需要监视多个不同方向的场景时，应配置自动调焦装置和遥控电动云台。摄像机需要隐蔽时，可设置在天花板或墙壁内，镜头可采用针孔或棱镜镜头。对防盗用的系统，可装设附加的外部传感器与系统组合，进行联动报警。（1）摄像机的设置位置、摄像方向及照明条件应符合下列规定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。安装的高度，室内宜距地面 2.55m；室外应距地面 3.510m，并不得低于 3.5m。电梯厢内的摄像机应安装在电梯厢顶部、电梯操作器的对角处，并应能监视电梯厢内全景。湖南工业大学专科毕业设计（论文）7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。摄像机镜头应从光源方向对准监视目标，并应避免逆光安装；当需要逆光安装时，应降低监视区域的对比度。摄像机按颜色划分有彩色摄像机和黑白摄像机两种。摄像机靶面规格有：1 英寸、1/2 英寸、2/3 英寸、1/3 英寸等。（2）镜头的选择摄取静态目标的摄像机，可选用固定焦距镜头，当有视角变化要求的动态目标摄像场合，可选用变焦距镜头。镜头焦距的选择要根据视场大小和镜头到监视目标的距离而定。F=A L/B式中 F焦距(mm)；A像场、宽(mm)；L镜头到监视目标的距离；B视场高(L、B 采用相同的度量单位)。选择镜头焦距时，必须考虑摄像机图像敏感器画面的尺寸，有 2/3” 、1/2” 、1/3” 、1/4”四种型式，这四种模式都具有垂直 X 水平尺寸为 3X4 的方位比，而四种模式摄像机对应于某一个镜头，则下一个模式正好与它上一个模式摄像机相差一个镜头焦距的档次。如专 1/2”摄像机使用 16mm 镜头的视角范围正好与 1/3摄像机使用 12mm 焦距的镜头相同。以此类推。对景深大、视场范围广的监视区域及需要监视变化的动态场景，一般对应采用带全景云台的摄像机，并配置 6 倍以上的电动变焦距带自动光圈镜头。使用电荷耦合器件(CCD)时，一般均应选择自动光圈镜头，对于室内照度恒定或变化很小的时可选择手动可变光圈镜头，电梯轿箱内的摄像机镜头应根据轿箱体积的大小选用水平视场角大于 70的广角镜头。随着小型化需要，镜头尺寸需缩小，除通常摄像机镜头的标准 C 接口外，引入了 Cs 接口。由于 Cs 接口比 C 接口短 5mm，减小了镜头与敏感件的间距，故 Cs 接口系统体积小、轻，且 Cs 接口镜头价格较便宜。Cs 接口摄像机可配用Cs 接口镜头，也可使用 C 接口镜头再加上引入 5mm 隔条环。而 C 接口摄像机只能配用 C 接口镜头，不能使用 Cs 接口的镜头。摄像机镜头应从光源方向对准监视目标，避免逆光。镜头的焦距和摄像机靶面的大小决定了视角，焦距越小，视野越大，焦距越大，视野越小4。若要考虑清晰度，可采用电动变焦距镜头，根据需要随时调整。通光量：镜头的通光量是用镜头的焦距和通光孔径的比值(光圈)来衡量湖南工业大学专科毕业设计（论文）8的，一般用 F 表示。在光线变化不大的场合，光圈调到合适的大小后不必改动，用手动光圈镜头即可。在光圈线变化大的场合，如在室外，一般均需要自动光圈镜头。 （3）以智能高速彩色球形摄像机为例摄像机内置 SONY 高品质摄像机，5 寸球体，室内/外全天候设计.内置万向云台 0.5-240 度/秒无级变速，360 度连续旋转, 100 个预置位，自带标准RS485 接口解码板，先进的可编程漫游。内置 460 线彩色摄像机，黑白/彩色自动转换，18 倍光学变焦镜头,4 倍电子放大,自动聚焦/光圈,手动优先。其基本参数：信号格式：2：1 隔行扫描分辨率：460 线最低照度：彩色，1Lux/F1.2；黑白，0.1Lux/F1.2同步系统：内同步光学变焦:18 倍,4.1-73.8mm数码变焦倍数: 4信噪比：大于 50dB视频输出：复合视频（1.0Vp-p）/75 欧云台水平转速:0.5140 度/秒,预置位速度 240 度/秒云台垂直转速:0.590 度/秒,预置位速度 140 度/秒水平转角: 360连续垂直转角: 90控制方式:双绞线预置位数量：100聚焦 & 光圈控制：自动/手动优先电源电压: 24V，AC温度: -40C+60C安装方式：墙装/角装/柱装可选2.1.2 防护罩防护罩分为室内型和室外型两种。室内的防护罩主要是防尘，有的也有作隐蔽作用，使监视场合和对象不易察觉受监视。摄像机工作温度为-545，而最合适的温度是 030，否则会影响图像质量，甚至损坏摄像机。室外防护罩的功能主要有防晒、防雨、防尘和防冻等作用。一般的室外防护罩都配有温度继电器，在温度高时自动打开风扇冷却，温度低时自动加热；下雨时可以人工控制雨刷器刷雨；有的室外防护罩湖南工业大学专科毕业设计（论文）9的玻璃还可以加热，当防护罩上有结霜时，可以加热除霜。室外型防护罩会因使用地点的不同配置如遮阳罩、内装/外装风扇、加热器/除霜器、雨刷器、清洗器等辅助设备。监控系统中的防护罩种类繁多，一般可按照其形状分为矩形护罩、墙壁或天花板用护罩、球型护罩、角装护罩、坡形护罩等。2.1.3 云台云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为水平和全方位云台两种5。水平云台适用于监视范围不大的情况，在水平云台上安装好摄像机后可调整摄像机俯仰的角度，达到最好的监视角度后可遥控水平旋转。全方位云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以大大增加摄像机的监视范围。云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。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。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。一般来说，水平旋转角度为 0350，垂直旋转角度为+90。恒速云台的水平旋转速度一般在 310/s，垂直速度为 4/s 左右。变速云台的水平旋转速度一般在 032/s，垂直旋转速度在 016/s 左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达 480/s 以上，垂直旋转速度在120/s 以上。云台的转动角度尤其是垂直转动角度与负载（防护罩/摄像机/镜头总成）安装方式有很大关系。云台的水平转动角度一般都能达到 355，因为限位栓会占用一定的角度，但会出现少许的监控死角。当前的云台都改进了限位装置使其可以达到 360甚至 365（有 5的覆盖角度） ，以消除监控死角。顶装式云台的垂直转动角度一般为+30至-90，侧装的垂直转动角度可以达到180，不过正常使用时垂直转动角度在+20至-90即可。湖南工业大学专科毕业设计（论文）102.1.4 解码器解码器是一个重要前端控制设备。在主机的控制下，可使前端设备产生相应的动作。是为带有云台、变焦镜头等可控设备提供驱动电源并与控制设备如矩阵进行通讯的前端设备。解码器一般与矩阵控制主机配套使用，主要作用为通过数据线缆接收来自矩阵主机的控制信号，对主机的控制码进行解码，放大输出，驱动云台的旋转，以及变焦镜头的变焦和聚焦。通常，解码器可以控制云台的上、下、左、右旋转，变焦镜头的变焦、聚焦、光圈以及对防护罩雨刷器、摄像机电源、灯光等设备的控制，还可以提供若干个辅助功能开关，以满足不同用户的实际需要。解码器按照云台供电电压分为交流解码器和直流解码器。交流解码器为交流云台提供交流 23V 或 24V 电压驱动云台转动；直流云台为直流云台提供直流12V 或 24V 电源，如果云台是变速控制的还要要求直流解码器为云台提供 033或 36V 直流电压信号，来控制直流云台的变速转动。按照通讯方式分为单向通讯解码器和双向通讯解码器。单向通讯解码器只接收来自控制器的通讯信号并将其翻译为对应动作的电压/电流信号驱动前端设备；双向通讯的解码器除了具有单向通讯解码器的性能外还向控制器发送通讯信号，因此可以实时将解码器的工作状态传送给控制器进行分析，另外可以将报警探测器等前端设备信号直接输入到解码器中由双向通讯来传诵现场的报警探测信号，减少线缆的使用。按照通讯信号的传输方式可分为同轴传输和双绞线传输。一般的解码器都支持双绞线传输的通讯信号，而有些解码器还支持或者同时支持同轴电缆传输方式，也就是将通讯信号经过调制与视频信号以不同的频率共同传输在同一条视频电缆上。解码器的电路是以单片机为核心，由电源电路、通讯接口电路、自检及地址输入电路、输出驱动电路、报警输入接口等电路组成。解码器一般不能单独使用，需要与系统主机配合使用。解码器到云台、镜头的连接线不要太长，因为控制镜头的电压为直流 12V左右，传输太远则压降太大，会导致镜头不能控制。另外由于多芯控制电缆比屏蔽双绞线要贵，所以成本也会增加。室外解码器要做好防水处理，在进线口处用防水胶封好是一种不错的方法，而且操作简单。从主机到解码器通常采用屏蔽双绞线，一条线上可以并联多台解码器，总长度不超过 1500 米（视现场情况而定） 。如果解码器数量太大，需要增加一些湖南工业大学专科毕业设计（论文）11辅助设备，如增加控制码分配器或在最后一台解码器上并联一个匹配电阻。2.2 传输设备把现场摄像机发出的电信号传送到控制室，它一般包括线缆、线路驱动设备等。作为系统信号通路。传输部分主要传输的内容是视频、控制、电源等信号，另外还包含数据信号的传输。虽然从表面上看，传输部分好像只是一些线路，但实际上这部分的好坏也是影响整个系统运行质量的重要组成部分。传输部分要求在前端摄象机摄录的图象进行实时传输，同时要求传输具有损耗小，可靠的传输质量，图象在录象控制中心能够清晰还原显示。监控系统一般处在一个比较特殊的环境中，电器设备林立，电磁辐射十分强，而且视频信号在传输过程中又易于受到干扰，因此，视频信号的传输就需要特别加以注意，在设计方案中传输设备选用优质的视频传送电缆，根据现场需要再在视频电缆外套上金属软管，力争让视频信号达到应有的清晰度。传输设备有：视频传输线缆、控制传输线缆、接线箱等。2.3 显示记录设备该部分完成在系统显示器或监视器屏幕上的实时监视信号显示和录像内容的回放及检索。系统支持多画面回放，所有通道同时录像，系统报警屏幕、声音提示等功能。它既兼容了传统电视监视墙一览无余的监控功能，又大大降低了值守人员的工作强度且提高了安全防卫的可靠性。用户只需在操作桌面上用鼠标点击系统相应图像化按钮即可完成日常工作；即使是系统维护人员，也只需按说明书键入简单设置便可完成日常维护。把现场传来的电信号转换成图像在监视设备上显示，并且可以把图像用录像机保存下来；所以，它主要包括监视器、硬盘录像机等设备。2.3.1 监视器监视器是闭路监控系统组成部分，是监控系统的显示部分，是监控系统的标准输出，有了监视器的显示我们才能观看前端送过来的图像。作为视频监控不可缺的终端设备，充当着监控人员的“眼睛” ，同时也为事后调查起到关键性作用。监视器作为闭路监控系统的显示终端，是除了摄像头外监控系统中不可或缺的一环。在功能上要比电视机简单但在性能上，却要求比电视机要求高，其主要区别反映在三个“度” 。即图像清晰度、色彩还原度、整机稳定度等。如果使用电视机作为监控系统的终端监视器，除了可能感觉到图像较为模糊（清晰度较低、色彩还原度较差）之外，电视机使用的元器件也不适合无间断连续使湖南工业大学专科毕业设计（论文）12用的要求。如果强行使用电视机作为监视器。轻则易于产生故障，严重时可能会由于电视机的工作温度过高而引起意外事故。2.3.2 字硬盘录像机硬盘录像机的基本功能是将模拟的音视频信号转变为 MPEG 数字信号存储在硬盘（HDD）上，并提供与录制、播放和管理节目相对应的功能。前端所有摄像机信号进入数字硬盘录像机。数字硬盘录像机具有全面的输入输出接口、大容量长时间节目存储，可扩展性强、系统本身稳定性强相比传统录像机，具有长时间录像无需维护特点。由于带有报警输入接口，可实现报警联动、报警录像，可与安防系统紧密结合。相对于传统的模拟视频录像机，采用硬盘录像，故常常被称为硬盘录像机，也被称为 DVR。它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，DVR 集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能。数字硬盘录像机采用的是数字记录技术，在图像处理、图像储存、检索、备份、以及网络传递、远程控制等方面也远远优于模拟监控设备，DVR 代表了电视监控系统的发展方向，是目前市面上电视监控系统的首选产品。 目前市面上主流的 DVR 采用的压缩技术有 MPEG-2、MPEG-4、H.264、M-JPEG，而 MPEG-4、H.264 是国内最常见的压缩方式；从压缩卡上分有软压缩和硬压缩两种，软压受到 CPU 的影响较大，多半做不到全实时显示和录像，故逐渐被应压缩淘汰；从摄像机输入路数上分为 1 路、2 路、4 路、6 路、9 路、12 路、16 路、32 路，甚至更多路数。（1）视频参数视频输入：复合视频输入 PAL 制（25 帧/秒） NTSC 制（30 帧/秒） （BNC 接口，1V P-P ,75）视频输出：一路复合视频输出（BNC 接口，1VP-P,75）PAL 制（625 线） NTSC 制（525 线）一路 VGA 模拟或 DVI 数字显示方式输出(频率：60HZ，分辨率：800X600)（2）音频参数音频输入：4 路音频输入（BNC 接口，输入阻抗：10K，输入幅度：Vp-p=2.0V LINE）语音对讲：一路音频输入（3.5MM 接口，输入阻抗：10K，输入幅度：Vp-p=50mV MIC in）音频输出：一路音频输出（BNC 接口，输出阻抗：10K，输出幅度：Vp-湖南工业大学专科毕业设计（论文）13p=2.0V LINE）（3）数字硬盘录像机 DS-8016HT 及性能指标视频压缩标准 H.264实时监视图像分辨率 PAL：704*576 NTSC：704*480回放分辨率 QCIF/CIF/2CIF/DCIF视频输入路数 2/4/6/8/10/12/16视频输入接口 BNC（电平：1.0Vp-p，阻抗：75） ，支持 PAL、NTSC 制视频输出 1 路，BNC（电平：1.0Vp-p，阻抗：75）视频帧率 PAL：1/16-25 帧/秒，NTSC：1/16-30 帧/秒码流类型视频流 压缩输出码率 32K-2M 可调，也可自定义（上限 8M，单位：bps）音频输入路数 2/4/6/8/10/12/16音频输入接口 BNC（电平：2Vp-p，阻抗：1k）音频输出 1 路，BNC（线性电平，阻抗：600）音频压缩标准 OggVorbis 音频压缩码率 16Kbps语音对讲输入 1 路，BNC（电平：2p-p，阻抗：1k）通讯接口1 个 RJ45 10M/100M 自适应以太网口，1 个 RS232 口，1 个 RS485 口键盘接口 2 个（支持级联，DS-8002HT 无此接口）硬盘 IDE 接口 2/4 个，支持 4/8 个 IDE 硬盘，支持每个硬盘容量达2000GBUSB 接口 1 个，支持 U 盘，USB 硬盘，USB 刻录机VGA 接口 1 个，分辨率：800600/60Hz，800600/75Hz，1024768/60Hz报警输入 4/8/16 路报警输出 2/4 路电源 90-135VAC 或者 180-265VAC，47-63 HZ功耗（不含硬盘） 2042W工作温度-10-55工作湿度 10-90尺寸（mm） 90mm(高)441mm(宽)470mm(深)2.4 控制设备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。该部分是安防监控系统的核心，它完成模拟视频监视信号的数字采集、湖南工业大学专科毕业设计（论文）14MPEG 压缩、监控数据记录和检索、硬盘录像等功能。它的核心单元是采集、压缩单元，它的通道可靠性、运算处理能力、录像检索的便利性直接影响到整个系统的性能。控制部分是实现报警和录像记录进行联动的关键部分。主要负责所有设备的控制与图像信号的处理以及整个系统视频信号切换输出和控制。在输入与输出之间加上视频切换设备（视频矩阵） ，负责视频信号的切换。2.4.1 视频切换器多路视频信号要送到同一处监控，可以一路视频对应一台监视器，但监视器占地大，价格贵，如果不要求时时刻刻监控，可以在监控室增设一台切换器，把摄像机输出信号接到切换器的输入端，切换器的输出端接监视器，切换器的输入端分为 2、4、 6、8、12、16 路，输出端分为单路和双路，而且还可以同步切换音频（视型号而定） 。视频切换器是组成控制中心中主控制台上的一个关键设备，是选择视频图像信号的设备。视频切换器的作用是对系统传输的图像信号进行切换、重复、加工和复制。它可以对多路视频信号进行自动或手动控制，使一个监视器能监视多台摄像机信号。简单地说，将几路视频信号输入，通过对其控制，选择其中任一路视频信号输出。在多路摄像机组成的视频监控系统中，一般没必要用同摄像机数量一样的监视器一一对应显示各路摄像机的图像信号。如果那样，则成本高，操作不方便，容易造成混乱，所以一般都是按一定的比例用一台监视器轮流切换显示几台摄像机的图像信号。一般都做成矩阵切换形式，可根据系统中摄像机的多少以及摄像机对监视器的比例来选用视频切换器的输入输出路数及任意组成切换比例。视频切换器目前多采用由集成电路做成的模拟开关。这种形式切换控制方便，便于组成矩阵切换形式。切换的控制信号可采用编码方式。切换器有手动切换、自动切换两种工作方式，手动方式是想看哪一路就把开关拨到哪一路；自动方式是让预设的视频按顺序延时切换，切换时间通过一个旋钮可以调节，一般在 1 秒到 35 秒之间。 切换器的价格便宜，连接简单，操作方便，但在一个时间段内只能看输入中的一个图像。要在一台监视器上同时观看多个摄像机图像，就需要用画面分割器。2.4.2 画面分割器为了实现全景监视，即让所有的摄像机信号都能显示在监视器屏幕上，就需要用多画面分割器。这种设备能够把多路视频信号合成为一路输出，输入一台监视器，这样就可在屏幕上同时显示多个画面。分割方式常有 4 画面、9 画湖南工业大学专科毕业设计（论文）15面及 16 画面。使用多画面分割器可在一台监视器上同时观看多路摄像机信号，而且它还可以用一台录像机同时录制多路视频信号。有些较好的多画面分割器还具有单路回放功能，即能选择同时录下的多路信号视频信号的任意一路在监视器上满屏放。采用图像压缩和数字化处理的方法，把几个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕上。有的还带有内置顺序切换器的功能，此功能可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时间轮流输出显示在监视器上(如同切换主机轮流切换画面那样)，并可用录像机按上述的顺序和时间间隔记录下来。其间隔时间一般是可调的。画面分割器用模块化的功能单元设计，采用最新图像处理专用技术和专用器件，运用微电脑控制技术和数字图像处理技术,信号通道输入输出的数量按需定制，具有非常强大的系统灵活性和扩展性。内置可调校时间的顺序切换器和独立的切换输出。根据摄像机的编号对全屏画面按顺序切换显示，敏路画面的显示时间可由用户自己进行优化编程调整；有报警输入/输出接口，可与报警系统联动。报警时可调用全屏画面并产生报警输出信号启动录像机或其它相关设备。也就是说，当报警信号产生时，与该警报相关区域的场景将以全屏画面显示出来，并可自动录像。用户可自行设定警报的持续时间和录像的持续时间。报警输入接口数目与画面输入数目相同。画面分割器用模块化的功能单元设计，采用最新图像处理专用技术和专用器件，运用微电脑控制技术和数字图像处理技术,信号通道输入输出的数量按需定制，具有非常强大的系统灵活性和扩展性。VGA 画面分割器又称 VGA 分割器、多窗口控制器、视频分割器、VGA 分屏器等，是专业的视频画面处理与控制设备,其作用是在高分辨率的显示设备(投影机、大屏幕液晶电视或者 DLP 大屏)上以全屏或多窗口模式显示多路 VGA 或视频图像；也就是将多路(一般为 4 路)VGA 或者视频的画面,每一个全画面缩小成任意大小并放置于不同位置从而在屏幕上组合成多画面分割显示。VGA 画面分割器可接受高分辨率 RGB/VGA、Svideo 及复合视频等多种格式的视频信号，并将输入信号组合成多窗口形式,统一输出一路 VGA/RGB 信号。画面分割器的基本技术参数为：视频标准 PAL：50 场/秒/路 NTSC：60 场/秒/路解像度 PAL：720576 NTSC：720480视频输入：9 路 BNC 带环通 1.0Vp-p 75 或高阻视频输出：主监视器 1 路 1.0Vp-p 75录像输入：BNC 1.0Vp-p 75/S-VHS湖南工业大学专科毕业设计（论文）16录像输出：BNC 1.0Vp-p 75/S-VHS报警输入：4 路 TTL 高低电平输入，每一路摄像机配一个输入端子报警输出：1 路可编程常开或常闭报警持续时间：可编程 2-999 秒，初始化值为 4 秒报警方式：视频丢失报警，视频移动报警，外部报警画面显示格式：顺序切换，单画面，画中画，画面冻结功能，电子放大控制接口：RS232/RS485电源功耗：DC12V 18W环境温度：-30602.4.3 系统控制键盘可非常方便的对前端摄像机进行云台及镜头控制，变速操纵杆能控制多种类型的智能高速球，能控制画面分割器、数字录像机。它能完成矩阵系统的全部操作和编程设置功能。同时也可对硬盘录像机的所有面板功能进行操作和管理，大大方便了操作人员的操作使用。能实时显示解码器和矩阵的工作状态、具有对报警器布/撤防设置、状态查询显示等功能，报警设备报警时键盘能发出蜂鸣进行警示和报警区域显示等。2.5 本章小结本章介绍了监控报警系统中的一些必不可少的重要设备，分前端设备、传输设备、显示设备、控制设备等四部分。对每一部分所用到的设备分情况作了一个或简明或详细的介绍。着重介绍了前端设备中的摄像机、解码器，显示设备中的数字硬盘录像机以及控制设备中的画面分割器等。详细介绍了他们的功能应用、重要参数等。湖南工业大学专科毕业设计（论文）17第三章 控制管理控制中心分为切换控制、显示记录和报警联动三部份组成，具有数字和模拟两种控制手段。控制部分显示报警部分传输部分摄像感应部分图3-1 控制框图3.1 切换控制部份负责所有设备的控制与图像信号的处理。在输入与输出之间加上视频切换设备（视频矩阵） ，负责视频信号的切换。通过光端机将前端摄像机的视频、控制信号送到中心监控室，中心监控室采用硬盘录像机进行画面处理，利用硬盘录像机自带的矩阵切换功能实现前端摄像机的多画面（一画面、四画面、九画面、十六画面）及轮巡显示功能。同时利过硬盘录像机的视频环接输出功能，将所有图像分配一路至 64 路的矩阵主机控制系统，通过矩阵主机的主控键盘可直接对任一图像进行调用、显示、切换输出。3.2 显示与记录部分把现场传来的电信号转换成图像在监视设备上显示，并且可以把图像用录像机保存下来；所以，它主要包括监视器、硬盘录像机、存储硬盘等设备。监控系统视频信号送至中心监控室，共设置 9 台 16 路数字硬盘录像机对彩色视频信号进行处理、记录和显示，每台硬盘录像机配置 4 块 250G 大容量硬盘可满足一个月的存储时间，每台硬盘录像机配置 2 台 21 寸纯平高线监视器，一路显示多画面，另一路显示轮巡画面。矩阵主机直接输出至 18 台监视器，同时配置一套 42 寸等离子显示器，用于重点、特殊监控画面显示。湖南工业大学专科毕业设计（论文）183.3 报警联动在重要出入口、楼梯口安装主动式红外探头，进行布防，在监控中心值班室（监控室）安装报警主机，一旦某处有人越入，探头即自动感应，触发报警，主机显示报警部位，同时联动相应的探照灯和摄像机，当报警时，与报警联动的监视点视频信号将自动切换到程序设定的监视器上，并充分利用矩阵切换主机的成组切换功能，将报警联动监视点相关的监视点预先编为一组，在报警时与联动监视点相关的画面一同显示。即报警时显示画面自动切换成报警点摄像画面，报警中心监控用计算机弹出电子地图并作报警记录，提示值班人员处理，大大加强了保安力度。监控报警系统是利用主动红外移动探测器将重要通道控制起来，并连接到管理中心的报警中心，当在非工作时间内有人员从非正常入口进入时，探测器会立即将报警信号发送到管理中心，同时启动联动装置和设备，对入侵者进行阻吓，可以进行联动摄像及录像。防盗报警系统通过报警输出开关信号送入 DVR 的报警输入接口，进行报警联动显示。从摄像机来的视频信号一方面进行视频压缩，压缩的码流输出到缓冲区中；另一方面进行运动检测，当运动条件满足时发出报警信号，存储设备开始工作。存储设备一接到启动信号就将缓冲区的压缩码流全部保存下来，接着连续存储视频压缩输出的码流，直到存储控制指示停止存盘为止。运动方向的估计可以实现监控系统中的警戒线报警功能。在图像画面上设定警戒线以及方向，相应地产生一个预警区域。围绕边界线产生边界区域或边缘点集，监测是否有运动越过警戒线进入警戒区。3.4 本章小结控制管理是监控报警的目的所在，本章简明扼要的从视频切换、视频显示、联动报警三方面论述了其简单的控制管理。在前段摄像以及探测到信号输入监控中心后，监控人员对视频以及音频、报警信号作出应有的反应动作。湖南工业大学专科毕业设计（论文）19第四章 红外自动报警系统本红外自动报警系统以 AT89S51 单片机为基础，以热释电红外线探测器作探测器件，包括声光报警系统、自动拨号系统、 、语音录放、串口通信等。4.1 热释电型红外探测器由于红外线是一种人眼不可见的光波，有很强的隐蔽性和保密性，因此利用红外线的原理制成的红外线报警器在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。红外线报警器分主动式和被动式两种。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。被动红外感应技术是利用自然界中一切温度高于绝对零度（-273）以上都有红外线辐射（即热辐射）6。即当物体的温度高于（-273）的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。无论白天黑夜，物体都会辐射红外线，物体的温度越高，辐射出的红外线越多，因此，只要能探测出物体所发出的红外线，就可以感知物体的存在。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警。热释电红外线探测器是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的探测器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外探测器或被动红外探测器。与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电湖南工业大学专科毕业设计（论文）20梯、 自动照明。及非接触温度测量等领域应用最广泛的探测器.被动式热释电型红外探测器价格低廉、技术性能稳定。因此本系统具有无辐射，器件功耗小、隐蔽性好、价格低廉、性能稳定等特点，有很高的实用价值。其优点为：被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；大气对226lLm、35lLm、8141lm 三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。热释电红外线探测器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2*1mm 的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大 70 分贝以上，这样就可以测出1020 米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区” ，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区