POE技術(shù)的船用視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 POE技術(shù)的船用視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 摘 要：簡(jiǎn)要介紹了POE技術(shù)的原理及應(yīng)用，然后根據(jù)視頻信號(hào)傳輸?shù)闹剖降牟煌?，?duì)目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)做了分類(lèi)并分別對(duì)其特點(diǎn)開(kāi)展了簡(jiǎn)要介紹.提出了一種基于POE技術(shù)的船用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案.該方案按功能將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)劃分成三大部分，并對(duì)各部分的組成及設(shè)計(jì)原理開(kāi)展了詳細(xì)闡述，對(duì)該視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及其在后期的推廣應(yīng)用作了相應(yīng)的評(píng)估. 0 引言 POE（Power Over Ethernet） 也被稱(chēng)為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)或有源以太網(wǎng)（ Active Ethernet），有時(shí)也被簡(jiǎn)稱(chēng)為以太網(wǎng)供電.這是利用現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)

2、以太網(wǎng)傳輸電纜的同時(shí)傳送數(shù)據(jù)和電功率的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并保持了與現(xiàn)存以太網(wǎng)系統(tǒng)和用戶(hù)的兼容性.POE 技術(shù)在為一些基于IP 的終端（ 如IP 電話(huà)機(jī).無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP.網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等） 傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類(lèi)設(shè)備提供直流供電的技術(shù). 在確?，F(xiàn)有構(gòu)造化布線(xiàn)安全的同時(shí)，保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作，限度地降低成本.一個(gè)完整的POE 系統(tǒng)包括供電端設(shè)備（Power Sourcing Equipment,PSE） 和受電端設(shè)備（Powered Device,PD） 兩部分.PSE 設(shè)備是為以太網(wǎng)客戶(hù)端設(shè)備供電的設(shè)備，同時(shí)也是整個(gè)POE 以太網(wǎng)供電過(guò)程的管理者；而PD 設(shè)備是承受供電的PSE 負(fù)載，即PO

3、E 系統(tǒng)的客戶(hù)端設(shè)備. 1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 視頻監(jiān)控系統(tǒng)按照視頻信號(hào)傳輸?shù)闹剖讲煌?，可分為模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩大類(lèi).其中，模擬制式視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示. 圖1 所示的模擬制式視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端設(shè)備（ 攝像機(jī).鏡頭.云臺(tái).解碼器等）.視頻矩陣及監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)三部分組成.其中，視頻矩陣一般與主機(jī)在同一安裝位置，視頻矩陣至前端設(shè)備之間傳輸?shù)氖悄M復(fù)合視頻信號(hào).模擬復(fù)合視頻信號(hào)為前端設(shè)備采集的現(xiàn)場(chǎng)信息，經(jīng)視頻矩陣傳送至監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)串口傳送至解碼器，經(jīng)解碼器解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)前端設(shè)備的控制.目前，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是電纜和部件數(shù)量多，不適

4、宜遠(yuǎn)距離傳輸，遇到故障時(shí)排除效率低；二是可擴(kuò)容性差；三是兼容性差，不利于與其他設(shè)備開(kāi)展資源融合. 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī).網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理.傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)有了較快的發(fā)展，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸被網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)所替代，其系統(tǒng)組成如圖2 所示. 圖2 中的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由用戶(hù)顯示控制終端.接入/ 交換設(shè)備.網(wǎng)絡(luò)編解碼器.前端設(shè)備（ 攝像機(jī).鏡頭.云臺(tái)等） 四部分組成.攝像機(jī)采集的現(xiàn)場(chǎng)視頻信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編解碼器數(shù)字化后輸出至接入/ 交換設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口板，然后再經(jīng)接入/ 交換設(shè)備進(jìn)入干線(xiàn)網(wǎng)傳輸.用戶(hù)終端經(jīng)授權(quán)后可開(kāi)展查看，控制終端的控制信號(hào)經(jīng)接入/ 交換設(shè)備.網(wǎng)絡(luò)編解碼器

5、送至解碼前端設(shè)備解碼器，經(jīng)解碼器解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)前端設(shè)備的控制. 因監(jiān)視前端設(shè)備采用的是分布化接入.分布式處理，故大大降低了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)的工作量.同時(shí)，因?yàn)橄到y(tǒng)的開(kāi)放性，交換子網(wǎng)和資源子網(wǎng)相互獨(dú)立，交換子網(wǎng)為資源子網(wǎng)提供開(kāi)放的接口，這也為后期監(jiān)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性提供了無(wú)限的可能性. 2 基于POE 技術(shù)的船用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 針對(duì)目前傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，結(jié)合目前成熟的POE 技術(shù)應(yīng)用，下面提出了一種面向船用的新型的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案. 系統(tǒng)硬件設(shè)備主要包含前端設(shè)備（ 室內(nèi)一體機(jī).室外云臺(tái).室外攝像機(jī).防護(hù)罩等）.接入/ 交換設(shè)備.系統(tǒng)主機(jī)和多用戶(hù)終端四大部分；系統(tǒng)組

6、成如圖3 所示. 根據(jù)圖3 所示，室外攝像云臺(tái)一體機(jī)以及室內(nèi)攝像云臺(tái)一體機(jī)的供電由帶POE 功能的接入/ 交換設(shè)備提供，云臺(tái)及攝像機(jī)的控制由用戶(hù)顯示控制終端或主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口送至接入/ 交換設(shè)備，進(jìn)入干線(xiàn)，然后經(jīng)交換設(shè)備內(nèi)的路由選擇.傳輸后輸出至相應(yīng)的接入/ 交換設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口板，再經(jīng)對(duì)應(yīng)前端設(shè)備識(shí)別后輸出至相應(yīng)前端設(shè)備.由室內(nèi)外攝像機(jī)采集的視頻信息經(jīng)前端設(shè)備編解碼器數(shù)字化后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口輸出至接入/ 交換設(shè)備，然后再經(jīng)接入/ 交換設(shè)備入干線(xiàn)，用戶(hù)顯示控制終端經(jīng)授權(quán)后可開(kāi)展查看.下面簡(jiǎn)要描述系統(tǒng)各主要分機(jī)的設(shè)計(jì)原理. 2.1 前端設(shè)備設(shè)計(jì)原理 前端設(shè)備主要分為室內(nèi)和室外兩種類(lèi)型：室內(nèi)型前端設(shè)備主要由

7、攝像云臺(tái)一體機(jī)和前端設(shè)備編解碼器組成；室外型的前端設(shè)備主要由前端設(shè)備編解碼器.攝像機(jī).鏡頭.云臺(tái).護(hù)罩幾部分組成.其中，除去前端設(shè)備編解碼器需要自行設(shè)計(jì)外，其余部件可直接采購(gòu).前端設(shè)備編解碼器為帶PD 功能的編解碼器，為了兼容，室內(nèi)外前端設(shè)備采用同一型號(hào)的編解碼器.考慮到室外設(shè)備的防風(fēng)性，云臺(tái)的載重設(shè)計(jì)為5 kg,功率為30 W;攝像機(jī)和鏡頭功率約為15 W,因此供電端功率45 W即可滿(mǎn)足要求.本設(shè)計(jì)采用MAX5986 作為以太網(wǎng)供電的控制器，其可提供單端70 W的功率輸出，可滿(mǎn)足室內(nèi)外前端設(shè)備的供電需求.圖4 所示是前端設(shè)備編解碼器的設(shè)計(jì)原理圖. 如圖4 所示， 前端設(shè)備編解碼器主要由視頻A

8、D（TVP5158）.DSP 視頻處理芯片TMS320DM6467.PD 取電電路（MAX5986 電路） 以及DC-DC 電路幾部分組成. 來(lái)自攝像機(jī)的復(fù)合視頻信號(hào)經(jīng)視頻AD（TVP5158） 采樣變換后經(jīng)總線(xiàn)輸出至DSP（ 本設(shè)計(jì)采用的TMS320DM6467 為DSP+ARM9 架構(gòu)的數(shù)字媒體片上系統(tǒng)，是TI 公司的一款新型達(dá)芬奇技術(shù)數(shù)字媒體處理器），經(jīng)其開(kāi)展相應(yīng)格式的壓縮編碼后輸出，然后經(jīng)DSP 片上系統(tǒng)集成的以太網(wǎng)外設(shè)發(fā)往接入/交換設(shè)備，經(jīng)其進(jìn)入干線(xiàn)傳輸.用戶(hù)顯示及控制終端的控制信息經(jīng)接入/ 交換設(shè)備的帶POE 功能的網(wǎng)絡(luò)接口板發(fā)送至前端設(shè)備的物理網(wǎng)絡(luò)接口，一路由MAX5986 開(kāi)展

9、取電.DC-DC變換為編解碼器.攝像機(jī).鏡頭.云臺(tái)等設(shè)備供電；一路進(jìn)入DSP,由其片上集成的ARM9 處理器開(kāi)展控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī).云臺(tái).鏡頭的控制.其中，調(diào)試鍵盤(pán)為前端設(shè)備單獨(dú)調(diào)試時(shí)使用. 2.2 監(jiān)視系統(tǒng)主機(jī)原理 監(jiān)視系統(tǒng)主機(jī)主要完成前端設(shè)備的錄像.其他設(shè)備視頻信號(hào)的接入.整個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視及管理等工作.主要由一臺(tái)工控機(jī).視頻采集及處理卡.大屏幕監(jiān)視電視墻和硬盤(pán)陣列式長(zhǎng)時(shí)錄像機(jī)等幾部分組成.均可通過(guò)采購(gòu)部件解決，主機(jī)通過(guò)安裝視頻監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的控制及管理. 2.3 接入/ 交換設(shè)備POE 供電網(wǎng)絡(luò)接口板設(shè)計(jì)原理 接入/ 交換設(shè)備POE 供電網(wǎng)絡(luò)接口板原理圖如圖5 所示.

10、 如圖5 所示，網(wǎng)絡(luò)接入/ 交換設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口板主要實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入及用戶(hù)終端和前端設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)交換功能.網(wǎng)絡(luò)接口板主要由交換控制芯片VT6510.2M 的SGRAM 緩存.POE 供電控制芯片MAX5982.微控制器STM32F103 及相關(guān)外圍器件組成.其中，VT6510 交換芯片整合了8 個(gè)10/100 Mb/s 交換口及 2 個(gè) Gigabit 交換口為單一控制芯片，符合的 IEEE 網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，包括 802.3x 流量控制.VLAN 功能.高效能交換引擎及 IP 多點(diǎn)傳送功能，可完成8 口的10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)阻塞交換.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā). E2PROM 主要用于保存交換設(shè)備的配置數(shù)據(jù)，在設(shè)備開(kāi)機(jī)或者復(fù)位時(shí)，設(shè)備將從E2PROM 讀出這些數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)初始化.微控制器采用ARM7 架構(gòu)的STM32F103,主要完成對(duì)存放器的讀寫(xiě)和與PC 之間的通信，可以將網(wǎng)絡(luò)接口板配成各種工作模式，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求.MAX5982 為POE供電控制芯片，其與整流穩(wěn)壓電路配合完成PS