闭路电视监控系统在建筑工程中的应用越来越多。由于建筑物内复杂的电气环境,容易形成各种干扰源。施工中如果不采取适当的预防措施,各种干扰将通过传输电缆进入闭路电视监控系统,导致视频图像质量下降、系统控制失败、运行不稳定等现象。因此,研究闭路电视监控干扰源的性质,了解其对闭路电视监控系统的影响模式,有助于采取措施解决干扰问题,提高闭路电视监控系统的工程质量,保证系统的稳定运行。
干扰源和干扰方法
闭路电视监控系统主要有两种传输信号:一种是模拟视频信号,传输路径是从摄像机到矩阵,从矩阵到显示器或录像机;一是数字信号包括矩阵和摄像机之间的控制信息传输,以及矩阵中计算机部分的数字信号。一般设备成为干扰源的可能性很小,因此干扰主要通过信号传输路径进入系统。
闭路电视监控系统的信号传输路径是,通过视频电缆和双绞线传输控制信号可以耦合到系统中的干扰包括:各种高频噪声,如大电感负载的启停、不相等地电位引起的工频干扰、降低噪声抑制能力的平衡传输线不平衡、转换成差模干扰的共模干扰、传输线阻抗失配引起的信号反射,降低信号传输质量,以及沿传输线进入设备造成接口芯片损坏或损坏的静电放电。具体表现如下:
阻抗失配引起的影响在视频图像上表现为双像。振荡将在信号传输线的脉冲序列的前边缘和后边缘形成。振荡的存在使得高电平和低电平之间的阈值差变小。当振荡幅度较大或引入其他干扰时,无法正确区分脉冲电平值,导致通信时间较长或通信中断。接地和屏蔽不良将导致传输线抑制外部电磁干扰的能力降低,这种干扰反映在雪花噪声、网状干扰和水平滚动等视频图像中。尖峰干扰在信号传输线路上形成,导致通信错误。平衡的传输线不平衡也会对信号传输线造成尖峰干扰。静电放电不仅会对设备造成损坏,还会影响内存中的数据,给设备造成一些莫名其妙的错误。
抗干扰方法
通过对干扰源的分析,我们知道没有特殊的干扰源,关于消除或减少上述干扰也有很多理论上的讨论。如何解决闭路电视监控项目中的干扰问题,参考文献很少。以下是对闭路电视监控工作中常见干扰及解决方法的探讨。
(1)数字信号传输中的抗干扰措施
在弱电系统工程中,数字信号的传输通常指长线传输。常见的方法包括:通过调制和解调方法在电力线或视频线上传输数字信号;通过工业标准通信网络传输,如RS422、RS845、RS485;自行开发的自动变速器。与三者相比,RS422和RS485仍然很常见。因此,主要讨论RS485数字通信的抗干扰方法。
RS485总线是一种差动平衡电气接口,具有很强的抗电磁干扰能力,但在实际工程中RS485总线并没有达到预期的效果。问题往往出现在以下几个方面:第一个网络拓扑不合理,没有按照总线网络拓扑布线,成为一个星型拓扑;传输线与收发设备之间的不正确连接削弱了平衡线的抗干扰能力。对于第三个公共双绞线,如屏蔽双绞线,没有采取进一步的抗干扰措施。虽然有不同的干扰方式,但只有两种形式的干扰:一种是反射增加了信号失真的程度;一是由于平衡条件,外部干扰被破坏,共模干扰成为进入传输线的串行信号。
关于信号反射。根据电磁理论,减少长线路上信号反射的唯一方法是阻抗匹配。如果通信型拓扑为总线型,阻抗匹配相对容易实现,但如果拓扑为星形网络,根据工程经验,与传输线具有相同特性阻抗的电阻R0可以连接在发射端串和接收端,如图所示,其中R1>R2,R0=(R1*R2)/(R1+R2)。当传输R0通常大于驱动门的输出内阻的5倍时,可以获得更高的传输电平,并且接收的匹配阻抗由5V电源形成,从而在进行阻抗匹配的同时降低吸收功耗,从而减少发射,并且信号电平阈值差不会因为匹配电阻增加而吸收太多信号功率而减小。
双绞线电缆作为一对RS485传输线,具有很强的抑制电磁感应噪声的能力,但抑制静电感应噪声的能力较差。因此,RS485传输线应选用屏蔽双绞线。双绞线的屏蔽层应正确接地。这里提到的“地”应该是驱动总线逻辑门的“地”,而不是“机箱地”或“保护地”。然而,在许多实际设备中,通常没有接地连接端子。因此,在这种情况下,需要导线来连接驱动逻辑门集成电路的屏蔽和接地。
(2)视频信号的干扰
视频信号的干扰表现为图像上滚动的地面斑点和50Hz水平条纹。对于雪花点干扰,它是由信号衰减和传输线路上高频干扰的耦合引起的。这种干扰相对容易消除。通过在摄像机和控制矩阵之间的合理位置增加视频放大器以增加信噪比或者改变视频电缆的路径以避免高频干扰源,可以基本上解决高频干扰的问题。更难解决的是50Hz水平滚动和进一步高频干扰的情况,例如电梯轿厢中摄像机的输出图像。为了抑制上述干扰,首先分析上述问题的原因。
摄像机通常需要三种电源:DC12V、交流24V或220V。在大多数工程应用中,电源不是从电梯轿厢的电源获得的,而是另一个电源被布置为向摄像机供电。摄像机的输出图像通过软视频电缆从电梯井的停止点或下部发出。视频电缆和电源电缆与汽车的电源线捆绑在一起。电梯运行时,牵引电机产生的电磁场沿照明电源线运行,明显影响摄像机供电电缆和视频电缆。当视频电缆的屏蔽层不够紧密时,高频干扰通过视频电缆返回到监视器。根据电磁理论,视频电缆的屏蔽层可以完全消除50Hz水平滚动时的50Hz工频干扰。由此可以推断,这部分干扰不是通过视频电缆耦合的,而是来自电源线和不合理的视频线连接。
对于图像中的高频干扰,由于其频带仍在8MHz以内,孔隙率约为50%的屏蔽网基本上可以防止高频干扰。然而,为了达到50%的孔隙率,屏蔽网的数量需要超过每波长60个。如此高的密度也会降低电缆的灵活性。更好的方法是使用双层屏蔽的视频电缆。
视频电缆的屏蔽层接地。如果视频信号“地”和显示器“地”的电位不同于“电网地”的电位,则通过电源在摄像机和显示器之间形成电源回路,使得50Hz的工频干扰进入显示器。消除50Hz工频干扰有两种方法。一种是找到一种方法,使各地的“地”和“网格地”之间的电位差完全相同,或者切断形成地面环流的路径。由于工程环境复杂,很难在各处完全等电位“接地”。只有增加摄像机电源电缆的线径,接地回路的电阻才能尽可能减小。或者通过切断接地循环电路,存在一端在相机或显示端不接地,通常在显示端不连接电源的接地,这不能完全消除干扰,但可以大大降低50Hz的干扰。
从以上分析可以看出,如果高频噪声耦合到电源线,即使视频电缆的屏蔽电缆被更好地屏蔽,噪声也会被发送到显示器。因此,摄像机的电源线也应该屏蔽。上述措施在工程设计和施工中需要充分考虑。如果在系统调试期间发现干扰,可以通过调制和解调来过滤噪声。在摄像机端设置一个调制器,将视频信号移动到几十兆赫的频率段。在显示端设置一个低通滤波器,对8MHz以下的所有信号进行滤波,然后对视频图像进行解调。
(3)监控系统的供电方式
监控系统只有两种供电方式:一种是集中供电,即所有电源从一个地方引出,另一种是分布式供电。摄像机在安装位置附近通电。从抗干扰效果来看,集中供电方式更好,可以从根本上消除各地不相等的参考电位。