智能弱电系统的工程设计理论和集成的方法

1、2022/7/261智能弱电系统的工程设计理论和集成的方法2022/7/262思考问题1.下述系统的设计应由谁来完成，可能涉及OSI 7层的哪一层，主要内容如何展开设计？（1）校园(园区)的车辆进出场控制收费系统，可扩展哪些功能？（2）据你观察，一个路口的电子警察系统会有哪些子系统、设备系统？（3）据你观察，一个高速收费口会有哪些子系统、设备系统？（4）电子车牌系统的构成有哪些？2. 一个良好的舒适的写字楼或家居系统，会有哪些智能弱电子系统？怎么连？怎么用？或者说：你现在所用的（居住）办公楼、家居，有什么智能方面的不足？结合上述思考，会引出哪些设备系统的设计或可能的技术趋势（衣食住行、安全防范

2、、随处可用的通信服务、绿色环保）。3.一个现代化的候机大楼，会有哪些弱电设备或智能系统。4.一个现代化的指挥中心，会有哪些弱电设备或智能系统。5. 新盖一个体育场，会有哪些弱电设备或智能系统。6. 一个现代化的会议中心，会有哪些弱电设备或智能系统。7. 新的地铁线，主要会有哪些弱电系统，你了解哪些？8. 一条功能和服务完备的高速公路，会有哪些弱电系统？9. 自适应的路灯控制系统是怎样实现的？10. 你了解有哪些弱电系统，是由云平台管理的？2022/7/2632.1 弱电系统的定义及技术特点弱电 (Low Voltage): 相对于建筑物的电力、照明用电及输、变、配系统而言的低电压信号。用于传输

3、信号、进行信息交换的电能称为弱电。弱电系统(Low Voltage System)：建筑电子工程系统。即在建筑和土木工程内应用的电子工程，是应用电子学、计算机、激光、通信和各种遥控、遥感技术，为建筑物提供控制、信息交换和服务功能的智能系统。建筑弱电工程：是指从弱电系统的规划、设计、采购与制造、安装调试、维护保养、技术服务一体化的综合工程。弱电系统的主要技术趋势：1. 强调以结构化综合布线系统为基础来传输和连接各弱电系统2. 系统双向流动、结构化和标准化3. 数字化(采集、传输、处理、控制)4. 由总线连接、矩阵连接向网络化，特别是IP化方向发展5. 信息共享、交换和联动工程设计难点：整体性布置

4、和连接：分布式系统及综合布线 智能化数字化和IP网络化（物联网）2022/7/264弱电集成最该关心的问题总线形式：485，CAN，专用，以太？心脏：什么样的工控机、单片机、嵌入式计算机通信方式：有线、无线(微波,很多种)、移动通信接口与接头（干接点，有源/无源，USB/232/RJ45，距离（3m,10m,100m等）协议：点对点、点对多点？供电：12V或220V接地、防雷密封、散热；防盗、防毁感知、采集（检测、识别）、控制（声、光、电）、发布（LED等）2022/7/265最需要关心的一些弱电技术（或集成系统）物联网/车联网；ETC，DSRC；ITS，AFC，一卡通智能家居：未来的舒适服务

5、有哪些？绿色如何体现？问题：1. 从最熟悉的视频监控开始（1）你所熟悉的视频监控类型、技术标准、行业？（2）你知道国内谁是视频监控产品最主要的供应商，有哪些？（3）安防、电子警察，听说过吗？有什么差别？（4）了解每年的高考监考吗？有什么特点？（5）北航自己的监控或识别研究 2. 智能车牌涉及：RFID？ETC？ 3. 你所了解的“一卡通”有哪些？能进一步干什么？最关键的问题？2022/7/266物联网（Internet of things ）物联网：把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、传感器等信息传感设备通过无线网络（ZigBee、专用微波、移动通信网、W

6、LAN等）与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。就是把感应器嵌入和装备到电网、设施/设备、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。 2022/7/267智慧的地球 （Smarter Planet）2022/7/268物联网-智慧地球-三维交通了解高德、四维、武汉大学的测绘车组成吗？2022/7/269轨道交通AFC系统2022/7/2610ETC(中国最新的ETC标准GB/T 20851-2007 )2022/7/2611公交优先-检测与识别2022/7/2612公交优先-检测与识别（2）202

7、2/7/2613安全驾驶支援系统先进的导航系统道路高效管理系统ETC系统交通管理最优化支持系统VICS汽车信息和通讯系统 （1）日本 智能交通系统研究领域主要包括9大方面智能交通：弱电系统之集大成公交支持系统商用车辆运营管理系统行人支持系统紧急车辆支援系统 通过车载设备及网站等提供路线导航及目的地信息实现不停车收费及采集车辆OD出行数据提供道路和驾驶信息、警告信息、辅助驾驶和自动驾驶提供人行道线路诱导、避免车辆和行人发生事故提供商用车辆运营管理及商用车辆自动排列行驶服务提供公共交通信息以及公共交通运行管理支持通过信号控制系统优化交通流；提供交通管制信息防止交通事故连锁反应对道路设施维护的高效管

8、理，对特许车辆的管理以及道路危险信息提供提供紧急事件自动报警、紧急车辆诱导及救援行动支援2022/7/2614智能家居红外控制、有线控制、声控；未来的绿色（太阳能利用，节能控制）综合布线与互联（WLAN，LTE，FTTH）2022/7/26152.2 弱电系统的类型按照应用场所分：大楼、建筑群、园区、城域、广域如：办公楼、车站、小区、高速公路、矿山(野外)、停车场、CBD按照建筑物内类型分： 楼宇自控系统 消防自动报警与联动有线电视及视频点播 公共广播、会议系统智能门禁系统 三表自动抄送停车场收费管理与停车诱导 闭路电视监控与自动报警周界安全、巡查巡更与安防报警 内部通信系统 数据采集、自动识

9、别与生产自动监控: 进出场识别, 管网监控、瓦斯监控按照行业类型分：智能交通系统，煤矿安全生产监控，三防指挥调度，森林防火指挥调度，运营生产指挥调度，物业自动化管理按照设备技术分：控制类、采集类(传感器)、显示类(LED)、音频类(电话、广播)、视频类(采集、播送)、近距无线通信类、智能卡类通信系统：内通(电话、局域网、WLAN、2G信号放大、HFC)新的技术趋势：无线传感器网络2022/7/26162.3 火灾自动报警与消防联动标准: 火灾自动报警系统设计规范 GB50116-98 参考网站：消防人设计要素：1. 火灾探测器：温、烟、光、气、复合；点型、线型；离子 感烟火灾探测器、光电感烟火

10、灾探测器、电子感温火灾探测器、复合 探测器2. 报警控制器：编址式、智能模拟编码 普通手动报警器、电话手工报警器、消防栓报警开关、自动 报警控制器3. 警报系统：警报系统、消防广播系统、消防电话系统4. 消防联动：联动控制中心、直接接通输入输出开关矩阵、延时断开 湿式自动喷淋控制器，通风、空凋、防、排烟及电动防火 阀控制器，防火卷帘门、防火门控制器，气体灭火控制器设计中的问题：消防自动广播与公共广播的联动 消防自动报警布线与综合布线 供电与接地设计2022/7/2617火灾报警系统报警控制器2022/7/26182.4 楼宇自动控制系统英国傲华尔集团（Novar plc）： 美国艾顿楼控（Al

11、erton）： 英国卓灵楼控（TREND）： 多灵传感器（DURA）： 霍尼韦尔楼控（Honeywell）： 美国江森自控楼控(JOHNSON):西门子楼宇科技楼控(SIEMENS)： 美国埃施朗楼控资料（Echelon） 英维思楼宇系统资料（Invensys） 美国奥莱斯楼控资料（ALC公司） 加拿大Delta控制公司 瑞典泰克 TAC 美国KMC 2022/7/2619BACnet楼宇自动控制网络数据通讯协议ISO 16485 2003年标准ISO 16484标准共有7个部分:1、建筑自动控制系统（building automation and control system (BACS)）

12、，2、硬件（hardware），3、功能（functions），4、应用（applications），5、 通信协议（BACnet），6、协议测试（protocol testing(采纳建议)），7、工程实施（project implementation.） 2022/7/2620楼宇自控-案例BACnet2022/7/2621楼宇自控：常见的控制单元DDC:监控单元冷源系统：冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔空调系统：空调机组、新风机组、送排风系统变配电系统：变压器、低压配电系统给排水系统：生活水系统、污水系统、消防水池电梯系统中央站功能：控制功能、报警功能、综合管理功能、通信优化运行功能

13、平台功能：可视化展示、对外编程接口、数据管理、展现、回放2022/7/2622三表抄送2022/7/2623三表抄送2022/7/2624电子巡更2022/7/26252.5 CATV与CCTV系统CATV：共用天线电视系统(Community Antenna Television)，或Cable Television（CATV）通过天线接收（或其他共用信号源），以同轴电缆为主的分配网络（单向或双向），向终端电视机提供信号的系统。CCTV：以有线闭路形式将电视信号传送到电视机输入端，成为闭路电视系统（Closed Circuit Televison）HFC：光纤干线与同轴电缆分配相结合的闭路电

14、视信号传播网络，近年来也用于城域网的接入网（需要在HFC的终端、汇接点加入调制解调设备及光传输设备+交换机、路由器）CATV与CCTV系统集成要点：同轴电缆的线缆综合布线、信号源的融合设备、用户端的分配/解调设备2022/7/2626CATV早期的接入分配网络楼内网络组成:放大器分配器用户盒终端子用户端分配器信号源（前端设备）2022/7/2627CATV的接入分配网无源集中分配，由光缆将信号传输至楼下2022/7/2628HFC网络的组成示例HFC的频谱分配2022/7/2629HFC系统的基本组成数字局端设备：Modem,混合器（混合数字类信号）、光调制设备光传输系统（网络）：由光节点（发

15、送/接收 光端机）、交换网络用户综合服务单元：网络接口单元+用户终端（电话、数字广播、因特网数字终端、电视机）2022/7/26302.6 电视（视频）监控系统模拟视频监控系统视频信号从采集、传输、存储、切换播放，均为模拟信号。数字视频监控系统采集、传输、存储播放的一部分或全部是压缩的视频数字信息移动视频监控系统基于公众移动网络CDMA/GPRS传输的数字视频视频监控系统的基本组成2022/7/2631最常见的视频监控系统模拟数字相结合2022/7/2632模拟视频系统的组成组成:摄像机控制云台切换矩阵画面分割器录像机监视墙控制台2022/7/2633数字视频监控系统的基本组成数字视频系统的接

16、入端组成：摄像头、MPEG编码器视频服务器、播放终端（解码）要素：带宽、服务器软件、数字存储阵列2022/7/2634模拟视频监控的主要特点对来自模拟摄像机的模拟视频信号进行录像，其保存介质一般为模拟磁带（录像带） 通过电视监视器实时监看监控现场情况 通过多画面（4/9/16画面）分割器实现对多个监控现场的实时监看与录像，每路视频画面缩小为原尺寸的4/9/16分之一 使用面板按钮或遥控器对录像机进行常规操作 使用控制键盘（操纵杆）实现对监控现场云台、镜头等的实时控制 通过录像带的前后倒带实现对监控现场录像的顺序检索和回放，但回放和录像不可同时进行 鉴于录像带录制时间长度的限制，通常必须安排专人

17、定时更换、淘汰录像带，并为存放大量录像带安排专用房间为了实现运动检测和联动报警功能，必须在监控现场安装检测、报警装置 难以完成视频信号的后期处理（如图像剪切、缩放等）和打印、备份2022/7/2635数字视频监控的主要特点对来自模拟摄像机的模拟视频信号进行数字化转换、压缩和录像，其保存介质一般为数据磁盘 通过计算机显示器或电视监视器实时（25帧/秒）监看监控现场情况 使用鼠标（一体机采用面板按钮、遥控器）进行常规操作 使用人机交互界面实现对监控现场云台、镜头等的实时控制 以日期、时间、视频通道、报警事件为索引，实现对监控现场录像的快速、随机检索和任意比例回放 由于系统可自动循环录像、定期自动备

18、份，且硬盘使用寿命较长，因此毋需安排专人更换、淘汰录像带，也毋需为存放录像带安排专用房间 可通过视频运动检测技术实现“动则录、不动则不录”功能和联动报警功能，不必在监控现场安装检测、报警装置易于对数字化的视频信号进行后期处理（如图像剪切、缩放等）和打印、备份 系统的录像与回放工作可同时进行，互不干扰 可通过计算机网络传输：电话线、ISDN、局域网、宽带网2022/7/26362.7 电视（视频）会议系统本质：基于IP的多媒体流媒体系统基于IP网络的多媒体通信信令协议：ITU-T提出的协议、IETF提出的SIP协议视频会议系统四个主要组件：终端（terminal）分组网络中能提供实时、双向通信的

19、节点设备网关（gateway）提供传输格式和通信协议的转换关守（gatekeeper）向节点提供呼叫控制服务多点控制单元（MCU）提供对三个以上多方会议的支持多媒体功能：数字白板、字幕、会议内容同步演示IP数据网络：防火墙、QoS、组播的配置和管理产品：H3C等2022/7/2637基于的IP视频会议系统MCU(内置关 守)IP数据网络: QoS, 组播会议终端2022/7/2638H3C视频会议系统2022/7/2639H3C华为视频会议系统(2）2022/7/2640视频技术的综合应用视频监控（含录像、控制）、采集与上传、视频抓拍、视频会议、VOD（视频点播）ITS（智能交通系统中）：路况

20、监控（含人工抓拍）、闯红灯抓拍、移动电子警察、超速抓拍、电子卡口、路况发布指挥监控中心：大屏幕系统、视频监控控制器（抓拍器）、视频切换矩阵、控制键盘（控制杆）物联网：感知设备终端场景识别（监所、大厅、逆行）、事件识别（丢弃、遗撒）、客流识别2022/7/26412.8 自动广播系统广播系统：信号源、前级放大（矩阵）、功放、终端信号源：话筒、自动音频、数字卡座（录音机等） 拨入电话矩阵：音频矩阵、分区器自动广播：多路实现方式（同时、同步与异步）主要厂家：日本TOA,飞利浦，SONY等2022/7/2642自动广播系统逻辑组成中央数据库网络主控计算机内通接口专用电话 1专用电话 n.切换矩阵广播分

21、区 1广播分区 n.功放 1功放 n广播机房来自AMS自动信息主控计算机切换矩阵广播分区接线面板喇叭漏电监测系统功放热备份切换系统背静音乐音源数字录放机来自内部通讯系统输入1背静音乐音源消防报警信号输入5.输入1输入13.功放热备份切换系统功放热备份切换系统功放热备份切换系统输出1输出8.输出9输出13.控制输出启动消防数字录放机喇叭漏电监测系统广播分区接线面板输出1输出8.输出9输出13.输出1输出8.输出9输出13.输出1区输出8区.输出9区输出13区功放1备份功放功放8.功放1备份功放功放8.自动广播系统物理组成2022/7/2644校园级广播系统2022/7/26452.9 时钟系统（

22、子母钟系统）组成：时钟接收机（GPS接收机，电视信号分解） 母钟 子钟 时钟服务器（含与母钟的接口）设计要点：接收器、连接方式、母钟的接口及协议、分配网络主要厂家：烟台北极星北京 BEIJING香港 HONGKONG东京 TOKYO悉尼 SYDNEY开罗 CAIRO莫斯科 MOSCOW巴黎 PARIS伦敦 LONDON圣保罗 SAOPAULO纽约 NEWYORK世 界 十 大 城 市 时 间数字时钟日历时钟世界钟多路切换器母钟主机母钟备机GPS接收机卫星信号世界钟及时钟系统图综合布线系统与其他系统的接口(NTP服务器)2022/7/26472.10 弱电系统的集成技术集成方式：1。系统间直接点

23、对点通信（通过接口计算机的串口） 应用：智能化设备（如子母钟、LED显示控制主机、自动广播控制机 各种切换矩阵） 要点：定义接口协议（通信参数、数据定义、接口原语） 常见的集成：业务系统与专业电子设备系统（停车场设备、收费、广播、显示、时钟、自动门） 2。系统间通过网络连接（基于IP连接），但采用专门通信协议或接口方 法，如DDE/RPC/Socket常见的集成：管理系统与楼控系统、交通信号控制系统与其他系统、生产监控系统与管理系统 3。基于数据（应用）共享或互操作的集成（应用集成） 如：数据交换平台、应用集成中间件常见的集成：带有本地数据存储及软件的监控/采集系统2022/7/2648接口数

24、据定义举例数据包分段举例类型说明起始Chr(2)（0 x02）1 byte数据包的开始字数据类型050：char不同的车台，类型不通分隔符“,”char半角字符“,”监控端IP监控端IP地址varchar分隔符“,”char半角字符“,”操作员ID操作员IDvarchar分隔符“,”char半角字符“,”车台ID车号varchar分隔符“,”char半角字符“,”指令类型关闭定时发送varchar分隔符“,”char半角字符“,”指令内容“000101,220314,024”varchar根据不同类型的车台和不同的指令，有不同的数据封装结束Chr(3)（0 x03）1 byte数据包的结束字弱

25、电系统接口举例要点:(1)描述基本过程(流程) (2)定义每一个过程的协议 (3)描述该协议执行的时序 (4)描述接口数据格式 (5)举例 (6)编写接口手册2022/7/2650集成接口：时序举例2022/7/2651接口举例：数据编码数据包类型的编码定义 序号数据包类型名称数据包类型1未定义0 x002ACC交易数据0 x013一卡通交易数据0 x024内部交易数据0 x035业务数据0 x046事件数据0 x057调试数据0 x09下步可进一步分解2022/7/26522.11 弱电系统的运行监控技术设备管理、网络管理、系统管理基于分布式的智能设备运行监控系统技术监控台-服务器-本地代理

26、 体系结构基本分层展示、报警、分发、统计、分析数据存储/应用服务器可靠性数据传输/配置管理（消息转发/协议转换/队列管理/通信管理） 采集/本地配置（如SNMP/MIB）策略、协议、同步/异步设备管理规范：XFS规范（分布式金融类设备的管理规范 J/XFS及WOSA/XFS）网络管理规范：SNMP/MIB系统管理规范（传输：.net/Remote)2022/7/2653防雷（1）根据建筑物的重要性、功能、发生雷击事故的可能性及后果，按防雷要求，将建筑物的防雷分为三类。对各类建筑物的避雷措施，防雷规范GB5005794中已规定了相应要求（2）天线防雷设施：天线装设在建筑物屋顶，须与屋面上的防雷接

27、地装置连在一起，且连接点不得少于两处。如天线的突出部分超出大楼的防雷防护范围之外，应装设独立的避雷针，并应与天线避雷接地装置可靠连接。为综合防雷，天线宜装设天线馈线系统避雷器（3）进出建筑物管、线、缆的防雷：进出建筑物的各种金属管、电缆、引入线应在进出处与大楼防雷接地装置相连；电缆进出线应在进出口处，将电源金属外皮、钢套管等与电气设备接地相连。如电缆转换成架空线，应在转换处装置避雷器（4）对于信息系统的保护：应分级保护，根据电子设备的敏感性及不同部位分别对待，妥善处理（5）对电源系统的保护：应用电子避雷器进行分级保护，从高压柜、低压柜、主配电箱、分配电箱逐级保护，把雷电过电压降到设备能够承受的水平（6）对电子设备的保护：对系统设备实行等电位联结；实行穿金属管敷线，加强屏蔽、减少感应效应；实行设备屏蔽、机房屏蔽、建筑物屏蔽；加装电子避雷器，限制侵入电子设备的雷电过电压的幅值 2022/7/2654接地接地问题是强电、弱电、智能化系统带有普遍性的问题。接地按作用可分为功能性接地和