宽带电力线通信技术在户外视频监控网络改造中的应用

宽带电力线通信技术在户外视频监控网络改造中的应用

0数字视频监控阶段随着计算机多媒体技术、编译技术、网络传输技术、存储技术和视频监控应的不断整合，视频监控的发展经历了模拟视频监控、数字视源监控和网络视频监控的几个阶段。模拟视频监控阶段主要利用模拟摄像机采集视频信号,通过同轴电缆传输给矩阵主机和磁带式录像机等记录设备数字视频监控阶段的特点是利用视频压缩板卡把模拟摄像机采集到的视频信号进行AD转换并编码压缩后在本地计算机硬盘中存储网络视频监控主要是利用嵌入式网络硬盘录像机(DVR)或者嵌入式视频服务器(DVS)把经过编码压缩后的视频信号IP化,接入网络,实现视频监控联网随着平安城市建设的广泛开展,交通、金融、商场和物业等行业视频监控规模不断扩大,视频监控的联网需求日趋显著,现有的模拟视频监控系统和数字视频监控系统急需升级改造。为最大限度地保护用户前期投资,节约成本,宽带电力线通信技术是一个不错的选择1宽带电力线信系统电力线通信技术(PowerLineCommunication,PLC)是利用电力线传输数据和语音信号的一种通信方式。发送时利用OFDM调制技术将用户数据调制,在电力线上进行传输,接收端经过滤波解调得到原信号早期PLC主要利用高压输电线路作为高频信号的传输通道,局限于传输话音、远程控制信号等,应用范围窄,传输速率低。近年来PLC快速发展,传输速率大幅提高,被称为宽带电力线通信(BroadbandoverPowerLine,BPL),同时转向采用低压配电网进行载波通信,可以实现计算机联网、Internet接入、小区安全监控、自动抄表和组建家庭局域网络等。电力线通信技术利用现有电力线传输信号,无需布线,组网快速简单便捷,成本低廉,同时数据可以加密,保障信息安全2电力猫视频监控系统传统的模拟视频监控系统和数字视频监控系统设备陈旧,技术落后,急需升级改造。摄像头可直接更换成市场主流使用的网络摄像头,监控中心设备更换成高性能计算机,按照实际需求存储设备可选用磁盘阵列或者网络存储(NAS)。PLC主要解决的是传输问题,使用的设备是电力线调制解调器(俗称电力猫),前期铺设的供电电源线路可以继续使用。现在主流电力猫产品传输速率可达500Mbps,配合千兆以太网网络设备,传输高分辨率监控视频信号毫无压力。各个网络摄像头通过电力猫与电源线路连接,监控中心也使用一个电力猫把信号转换成网络接口信号,通过以太网交换机或者路由器等网络设备与监控中心计算机连接。整个系统连接示意如图1所示。经过升级改造的视频监控系统完全网络化,数字化,便于对采集到的监控视频做进一步分析处理,完成更多应用功能,提高系统的整体性能视频监控系统本身的应用特性决定了必然有部分监控点布置在户外,环境条件恶劣,在北方冬季气温达到-20℃以下并不罕见,这个数值已经超出了商业级产品芯片的正常工作温度范围,很有可能导致设备无法正常启动工作。同时,普通电力猫产品入网、退网,产生随机密钥等操作都是使用一个按键,通过按键按下的时间不同来区分,使用起来颇为不便。3预加热加热设计实现针对上述问题,对普通电力猫产品进行改造,加入温度监测电路和加热电路,在低温时对芯片进行预加热,芯片温度上升至正常范围后停止加热,从而实现设备低温条件下正常工作设计3个独立按键分别完成3种不同操作,如表1所示,而且无需默数按键时间,只要按一下对应按键即可完成相应操作经过改造的电力猫不仅在低温条件下可以正常工作,而且大大提高了用户使用的便利性。4加热方法的选择按键的设计很实用,但实现并不复杂,不做赘述。常见加热方式有功率电阻加热、印制板敷铜加热等,电阻加热功率较小且导热不便,印制板敷铜导热良好,但加热功率更小。这里采用一种特殊的方法,场效应管(MOSFET)加热。通常情况下MOSFET用于小信号的开关控制,或者电源信号的开关控制,对应有不同的封装,比如SOT23、TO252等。为了获得较大的发热功率和较好的导热效果,选用TO252封装的大功率MOSFET。一般MOSFET的用法是利用它的开关特性,用栅极Gate(G)和源极Source(S)间的电压控制源极S和漏极Drain(D)的通断,源极S和漏极D导通时,导通电阻很小,一般为几十mΩ,这样消耗在场效应管上的功耗基本可以忽略。而这里恰恰相反,是为了让场效应管产生尽可能多的热量,所以要设法让场效应管工作在非开关特性区域。这个区域的特性曲线在场效应管的数据手册中是没有的,只能实验测试得出选取内置温度传感器、模数转换(ADC)和数模转换(DAC)的处理器C8051F330,加热用MOS管选择N沟道场效应管FQD5N15。利用DAC在一个电阻上产生电压可以变化的信号,把这个信号加到场效应管的栅极G和源极S之间,通过调整电压大小,可以控制源极S和漏极D的导通程度,通过大小变化的电流,从而得到加热需要的功率。采用这种方法加热,优点是可以获得较大的发热功率和较好的导热效果,而且发热功率连续可调,不是突变的。DAC精度为10bit,档位选择1mA,电阻选择2.49kΩ,那么控制电压调整精度为:通过实测,这个精度可以满足设计需要。图2中,51mΩ的电阻可以用来检测电流大小。实测结果显示,常温条件下栅极G和源极S之间电压Vgs=1.9V时,流过漏极D和源极S的电流Id大约为160mA,加热电源电压为12V的话,加热功率为2W。5加热功率控制电压加热时间是一个很重要的参数,设备必须能在较短的时间内完成预加热,然后启动开始工作。该设计中加热电路的控制采用模糊控制技术,把用户设定的芯片能正常工作的温度下限值与电力猫芯片温度的检测值相减得到一个偏差值,将这个差值按照百分比分成5个范围,定义成5个模糊量,对应大小不同的5种加热功率。温度低于设定值越多,加热功率越大,使加热时间尽量缩短需要注意的是开始加热后,随着MOS管本身温度的升高,流过同样大小的电流需要的控制电压Vgs减小,为此,引入加热电流检测值作为反馈控制Vgs电压,使当前加热功率尽量保持稳定可控。软件的主要工作是这个部分的程序设计主要流程如图3所示。6热阻的调整另外热传导设计也不容忽略,通过安装导热胶垫,并配合紧固螺柱,使加热器件(场效应管)、测温器件(内置温度传感器的处理器)和受热器件(电力猫模块上的芯片)紧密接触,尽量减小热阻需要注意的是紧固螺柱的尺寸应尽量精确,避免电路板和模块变形