视频监控系统中报警分接器的主要功能及设计方法介绍

 

　1 前言

　　近年来，视频监控系统已广泛应用于工业、交通、商场、银行、公安及智能住宅小区等领域，是现代化管理、监控的重要手段之一，极大地提高了管理效率和自动化水平。一般说来，视频监控系统由以下几个部分组成：控制矩阵、解码器、摄像机、云台、报警分接器、监视器；有些系统还包含有硬盘录像机及多画面处理器。通常，视频监控系统要设置许多报警点，一旦报警点有异常情况发生时，监控系统主机能自动将监控画面切换到该报警点，并存储报警记录。由于报警点通常离监控系统主机较远，且有些监控系统要设置几百、甚至几千个报警点，因而如采用报警传感器与监控系统主机直接相连是不现实的，中间必须通过报警分接器。报警分接器的主要功能是接收报警传感器送来的报警输入信号，并将该报警信息以及报警分接器本身的地址码按照一定的协议和波特率传送给监控系统主机。通常一个报警分接器控制几个报警点（如8个或16个），将许多报警分接器串接起来便可控制许多报警点。每个报警分接器有唯一的地址码，监控系统主机通过收到的地址码便可知道报警点的具体位置，报警分接器本身并不报警。下面具体介绍报警分接器的设计方法。

　　2报警分接器的组成及主要功能

　　2.1 组成

　　图1所示为报警分接器的组成方框图，主要由六个部分组成：CPU、发送接收电路、地址编码电路、光耦、报警模拟开关和开关电源。

　　2.2 主要功能

　　（1） 通过报警传感器，报警分接器可控制8个报警点（C口的每个I/O控制一个报警点）；

　　（2）可通过触发报警模拟开关检验报警分接器是否正常工作及系统能否报警；

　　（3） 最多可串接64个报警分接器，总共可控制512个报警点；

　　（4） 报警分接器可与控制矩阵、硬盘录像机或多画面处理器相连。

　　3 硬件结构

　　3.1 CPU

　　由于PIC系列单片机具有实用、低价、省电、小巧和高速等优点，且PIC系列单片机内含看门狗定时器；另外报警分接器的软件较简单，程序量不大，因而CPU选PIC16C57。该芯片内含2k EPROM，不需要外部ROM，因此硬件简单、调试方便。PIC16C57的主要特点如下：（1）采用精简指令集，仅33条指令，指令字长12位，全部指令都是单周期指令；（2）系统为哈佛结构，数据总线和指令总线各自独立分开；（3）带内部自振式看门狗（WDT）；（4）具有低功耗模式（Standby Mode），耗电小于10mA；（5）具备保密位，保密熔丝可在程序烧写时选择将其熔断，则程序不能被读出拷贝；（6）工作频率为DC～20MHz；（7）有20根双向可独立编程I/O 口，每根I/O口线都可由程序来编程决定其输入/输出方向。

　　3.2 地址编码电路

　　由于一个视频监控系统需要控制许多报警分接器以控制许多不同的报警点，因此必须给每个报警分接器一个唯一的地址码。地址编码电路由拨码开关及上拉电阻组成，每次上电前，通过拨码开关确定报警分接器的地址。CPU每次复位后，首先将报警分接器的地址码读入至CPU的RAM中。CPU的 PB0～PB5与六位拨码开关相连，因而系统主机可串接64个相同的报警分接器；系统主机与多个报警分接器之间可按任意树形通过RS-485总线连接。

　　3.3 发送接收电路

　　发送接收电路主要用来实现CPU与系统主机之间的串行通信，该发送接收电路主要由MAX483芯片组成，它的作用是将输入信号的RS-485电平转换成与CPU相适用的TTL电平；将CPU输出信号的TTL电平转换成适合长距离传输的RS-485电平。 MAX483芯片主要特点是：（1）该芯片是一低功耗、最高转换速率为25kbps的RS-485通信用发送接收器；（2）可通过降低转换速率来减少EMI和由于不合适终端所引起的反射干扰。（3）通信方式为半双工方式；（4）单5V供电，静态电流为120mA；（5）它有关闭模式（Shutdown Mode），当RE和DE脚为低电平时，此时芯片处于关闭模式，功耗最低，耗电流只有0.1 mA。

　　MAX483与CPU的接口电路如图2所示。CPU 的PA0脚设定为数据接收脚（RXD），PA2脚设定为数据发送脚（TXD），PA1为控制脚。当PA1 为低电平时，允许CPU发送数据给系统主机；当PA1为高电平时，CPU可接收系统主机发来的数据。为了保证数据的正确传送，防止误报警，除采用奇偶校验外，还发送数据的累加和，系统主机接收完数据后，必须检查接收到数据的累加和与发送的累加和是否相等，如不相等，则表示传输出错。另外，CPU发送完所有数据后，要接收系统主机的应答信息，此应答信息即为数据的累加和，只有当发送与接收的累加和一样时，才表示传输正确。通信的波特率设为4800。

　　3.4 光耦及报警模拟开关

　　为了提高报警分接器的抗干扰能力，防止误报警，在CPU与报警传感器之间加光耦电路，共需8个光耦。报警模拟开关由八位拨动开关及上拉电阻组成，用来检验报警分接器是否正常工作及系统主机能否报警。当拨动开关与地相连时，CPU对应的脚输入低电平，表示有报警信号输入，此时，系统主机应能报警并存储相应的报警记录。

　　3.5 开关电源

　　由于开关电源不需要沉重的电源变压器，具有体积小、重量轻、效率高的优点，因而报警分接器的电源采用开关电源，该开关电源提供+5V电压。在设计时要注意开关电源的抗干扰性能，尽量减少开关电源产生的干扰。本设计中采取了以下措施：（1）在开关管的C、E极间加RC吸收电路；在二次整流回路中整流二极管两端加RC吸收电路，抑制浪涌电压；（2）在二次整流回路中与整流二极管串接带可抗饱和磁芯的线圈，抑制整流二极管的反向浪涌电压；（3）加厚开关管与散热片之间绝缘垫片的厚度，以减少开关管与散热片之间的藕合电容；（4）采用屏蔽措施进一步减少开关电源的干扰。

　　4报警分接器工作的软件流程

　　图3所示为报警分接器工作的软件流程，软件程序采用PIC16C57汇编语言编写。需注意看门狗（WDT）程序的编写，WDT有一个基本的溢出周期18ms（无预设倍数），如果需更长的WDT周期，可以把Prescaler分配给WDT。最大分频比为 1﹕128，这时WDT的溢出周期为2.5s，本设计的分频比选为1﹕16，即溢出周期为288ms。

　　在烧写PIC16C57时要特别注意“配置EPROM （Configuration EPROM）”。该EPROM 包含三项内容：程序保密熔丝、看门狗定时器设置和振荡类型（RC/XT/HS/LP）设置。

　　由于PIC16C57没有专用的波特率发生器，因而必须编写软件延时子程序，每发送1个bit 延时约0.2ms，可通过示波器调整延时时间使波特率等

　　于4800。

　　鉴于篇幅的限制，这里未列出程序的详细清单，只给出了发送及接收一字节的子程序如下：

　　STATUS EQU 03H

　　RA EQU 05H

　　DATA EQU 08H

　　ODD EQU 09H ；奇偶校验标志位

　　DELAY EQU 0AH ；驱动延时标志位

　　CT EQU 0BH

　　（1） PIC单片机接收一字节子程序

　　RECE BCF RA，1 ；MAX483处于接收状态

　　BTFSC RA，0

　　GOTO WORK

　　CALL DLY_0.1MS ；延时1/2 BIT

　　BTFSC RA，0 ；是否仍然是低电平？

　　GOTO RECE

　　CALL DLY_0.2MS

　　MOVLW 8 ；读入字符

　　MOVWF CT

　　CLRF ODD

　　RECELO CALL DLY_0.2MS

　　BCF STATUS，C

　　RRF DATA，1

　　BTFSC RA，0

　　BSF DATA，7

　　MOVF DATA，0

　　XORWF ODD，1 ；求奇偶属性

　　DECFSZ CT，1

　　GOTO RECELO

　　CALL DLY_0.2MS

　　CLRW

　　BTFSC RA，0 ；判断校验位是否为1

　　MOVLW 80H

　　XORWF ODD，1

　　BTFSS ODD，7

　　GOTO RECE_OK

　　GOTO REC_ERR ；不符合奇偶属性

　　RECE_OK ；符合奇偶属性

　　RETLW 0

　　RECE_ERR

　　RETLW 0

　　（2） PIC单片机发送一字节子程序

　　BSF RA，1 ；MAX483处于发送状态

　　CALL DLY_1MS

　　MOVLW 8 ；发送字符

　　MOVWF CT

　　CLRF ODD

　　BCF RA，2 ；发送起始位

　　SENDLO CALL DLY_0.2MS

　　MOVF DATA，0

　　XORWF ODD，1 ；求奇偶属性

　　BCF STATUS，C

　　RRF DATA，1

　　BCF RA，2

　　BCF STATUS，C

　　BSF RA，2

　　DECFSZ CT，1

　　GOTO SENDLO

　　CALL DLY_0.2MS

　　MOVLW 01H

　　XORWF ODD，1

　　BCF RA，2

　　BTFSC ODD，1 ；发送奇偶标志

　　BSF RA，2

　　CALL DLY_0.2MS

　　BSF RA，2 ；发送停止位

　　RETLW 0

　　DLY_1MS

　　MOVLW 250 ；延时1毫秒

　　CALL DLY_LO

　　RETLW 0

　　DLY_0.1MS

　　MOVLW 24 ；延时0.1毫秒

　　CALL DLY_LO

　　RETLW 0

　　DLY_0.2MS

　　MOVLW 48 ；延时0.2毫秒

　　MOVWF DELAY

　　DLY_LO

　　NOP

　　DECFSZ DELAY，1

　　GOTO DLY_LO

　　RETLW 0

　　5 结束语

　　本文介绍了视频监控系统中报警分接器的设计，由于报警分接器的工作原理较简单，因而无需复杂的硬件设计及软件编程。该报警分接器在使用过程中性能稳定，未发现误报警、死机及干扰现象。