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安防知識(shí)：電視監(jiān)控抗干擾設(shè)計(jì)及方法

        閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（ CCTV）在建筑工程中的應(yīng)用越來(lái)越多，由于建筑物內(nèi)的電氣環(huán)境比較復(fù)雜，容易形成各種干擾源，如果施工過(guò)程中未采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧鞣N干擾就會(huì)通過(guò)傳輸線(xiàn)纜進(jìn)入閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，造成視頻圖像質(zhì)量下降、系統(tǒng)控制失靈、運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)像。因此研究閉路 電視監(jiān)控干擾源的性質(zhì)、了解對(duì)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的影響方式，以便采取措施解決干擾問(wèn)題對(duì)提高閉路監(jiān)控系統(tǒng)工程質(zhì)量，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常有益。
        干擾的來(lái)源及影響方式
        閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸信號(hào)的類(lèi)型主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是模擬視頻信號(hào)，傳輸路徑由攝像機(jī)到矩陣，從矩陣再到顯示器或錄像機(jī)；一類(lèi)是數(shù)字 信號(hào)包括矩陣與攝像機(jī)之間的控制信息傳輸，矩陣中計(jì)算機(jī)部分的數(shù)字信號(hào)。一般設(shè)備成為干擾源的可能性很小，因此干擾主要通過(guò)信號(hào)傳輸路徑進(jìn)入系統(tǒng)。閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)傳輸路徑是，能通過(guò)視頻電纜和傳輸控制信號(hào)的雙絞線(xiàn)耦合進(jìn)系統(tǒng)的干擾有：各種高頻噪聲比如大電感負(fù)載啟停， 接地電位不等引入的工頻干擾，平衡傳輸線(xiàn)路失衡使抑噪能力下降將共頻干擾轉(zhuǎn)成了差模干擾，傳輸線(xiàn)上阻抗不匹配造成信號(hào)的反射使信號(hào)傳輸質(zhì)量下降，靜電放電沿傳輸線(xiàn)進(jìn)入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。具體表現(xiàn)如下：
        由于阻抗不匹配造成的影響在視頻圖像上表現(xiàn)為重影。在信號(hào)傳輸線(xiàn)上會(huì)將在脈沖序列的前后沿形成震蕩。震蕩的存在使高低電平間的閾值差變小，當(dāng)震蕩的幅值再大或有其他干擾引入時(shí)就無(wú)法正確分辨出脈沖電平值，導(dǎo)致通信時(shí)間變長(zhǎng)或通信中斷。接地和屏蔽不好會(huì)導(dǎo)致傳輸線(xiàn)抑制外部電磁干擾能力的下降，體現(xiàn)在視頻圖像就是雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋干擾以及橫紋滾動(dòng)等；在信號(hào)傳輸線(xiàn)上形成尖峰干擾，造成通信錯(cuò)誤。平衡傳輸線(xiàn)路失衡 也會(huì)在信號(hào)傳輸線(xiàn)上形成尖峰干擾。靜電放電除了會(huì)造成設(shè)備損壞外，還會(huì)影響存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，使設(shè)備出現(xiàn)些莫名其妙的錯(cuò)誤。
        抗干擾的方法
        從干擾源的分析了解到并沒(méi)有特別的干擾源，消除或者減少上述干擾的理論探討也有許多，如何針對(duì)閉路電視監(jiān)控工程解決干擾問(wèn)題，很少有文獻(xiàn)涉及，下面就閉路電視監(jiān)控工種中常見(jiàn)的干擾及解決方法進(jìn)行些探討。
        1 數(shù)字信號(hào)傳輸中的抗干擾措施
        在弱電系統(tǒng)工程中數(shù)字信號(hào)的傳輸通常指長(zhǎng)線(xiàn)傳輸，常見(jiàn)的方式有：通過(guò)調(diào)制、解調(diào)方法在電力線(xiàn)或視頻線(xiàn)上傳輸數(shù)字信號(hào)；通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，比如 RS422、RS845、RS485；自行開(kāi)發(fā)的自動(dòng)式傳輸。三者相較，常見(jiàn)的還是RS422、RS485,因此重點(diǎn)討論RS485數(shù)字通信抗干擾方法。
        S485總線(xiàn)是采用差分平衡電氣接口，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，但在實(shí)際工程RS485總線(xiàn)并未達(dá)到人們期望的效果。問(wèn)題往往出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓侠恚窗凑湛偩€(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季€(xiàn)，成為事宜上的星型拓?fù)洌粋鬏斁€(xiàn)與接收和發(fā)送端設(shè)備連接不正確，削弱了平衡線(xiàn)的抗干擾能力；第三公用雙絞線(xiàn)，未進(jìn)一步采取抗干擾措施，比如采用屏蔽雙絞線(xiàn)。雖然在造成干擾的方式上有所不同但在干擾的表現(xiàn)形式上只有兩種：一種是反射增加了信號(hào)畸變程度；一種是外部的干擾由于平衡條件被破壞，共模干擾變成了串模信號(hào)進(jìn)入傳輸線(xiàn)。
        關(guān)于信號(hào)反射。根據(jù)電磁理論，減少長(zhǎng)線(xiàn)上信號(hào)反射的唯一途徑是阻抗匹配，若通信風(fēng)格拓?fù)錇榭偩€(xiàn)型，阻抗匹配比較容易實(shí)現(xiàn)，但若是星型網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)洌鶕?jù)工程經(jīng)驗(yàn)則可按圖 1方式進(jìn)行匹配，在發(fā)送端串上與傳輸線(xiàn)特征阻抗相同的電阻RO，在接收端按圖所示進(jìn)行連接，其中R1＞R2，R＝（R1＊ R２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｒ０。在發(fā)送Ｒ０一般是驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出內(nèi)阻的５倍以上，可以得到較高的發(fā)送電平，接收的匹配阻抗是經(jīng)５伏電源形成的，在阻抗匹配的同時(shí)減少了吸收功耗，這樣既減少了的射，又不會(huì)因?yàn)樵黾恿似ヅ潆娮栉者^(guò)多的信號(hào)功率，信號(hào)的電平閾值差變小。
        雙絞線(xiàn)作為ＲＳ４８５傳輸一對(duì)電磁感應(yīng)噪聲有較強(qiáng)的抑制能力，但對(duì)靜電感應(yīng)引起噪聲的抑制能力較差，因此ＲＳ４８５傳輸線(xiàn)應(yīng)選用屏蔽雙 絞線(xiàn)。雙絞線(xiàn)的屏蔽層要正確接地，這里講的 “地”應(yīng)是驅(qū)動(dòng)總線(xiàn)邏輯門(mén)的“地”，而非“機(jī)殼地”、“保護(hù)地”，但在許多實(shí)際設(shè)備上往往沒(méi)有給出 接地連接端，所以在這種情況下就需要引一條線(xiàn)將屏蔽與驅(qū)動(dòng)邏輯門(mén)集成電路的地相連。
        2 視頻信號(hào)的干擾
        視頻信號(hào)的干擾在圖像上表現(xiàn)為地花點(diǎn)和５０ＨＺ橫紋滾動(dòng)，對(duì)于雪花點(diǎn)干擾是由于傳輸線(xiàn)上信號(hào)衰減以及耦合了高頻干擾所致，這種干擾比較容易消除，在攝像機(jī)與控制矩陣之間合理位置增加一個(gè)視頻放大器，將信號(hào)的售噪比提高，或者改變視頻電纜的路徑避開(kāi)高頻干擾源，高頻干擾的問(wèn)題可基本上得到解決。較難解決的是５０ＨＺ橫紋滾動(dòng)及進(jìn)一步加高頻干擾的情況，比如電梯轎廂內(nèi)攝像機(jī)的輸出圖像。為了抑制上述干擾，首先分析一 下造成上述問(wèn)題的原因。
        攝像機(jī)要求的供電電源一般有三種：直流１２Ｖ、交流２４Ｖ或２２０Ｖ，大多數(shù)工程應(yīng)用中不從電梯轎廂的供電電源上取，而是另外布設(shè)供電電源給攝像機(jī)供電，攝像機(jī)輸出圖像經(jīng)過(guò)一條軟性的視頻電纜從井道的上方或下方送出，視頻電纜和供電電纜與轎廂的動(dòng)力線(xiàn)捆綁在一起，當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)牽引電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的電磁場(chǎng)沿照明動(dòng)力線(xiàn)傳播，顯然會(huì)影響攝像機(jī)供電電纜和視頻電纜，當(dāng)視頻電纜的屏蔽層不夠嚴(yán)密時(shí)，高頻干擾就經(jīng)視頻電纜傳回監(jiān)視器。而對(duì)于５０ＨＺ的橫紋滾動(dòng)根據(jù)電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除５０ＨＺ工頻干擾。由此可以推斷這部分干擾不是通過(guò)視頻電纜耦合過(guò)來(lái)，而是來(lái)自電源線(xiàn)和不合理的視頻線(xiàn)聯(lián)結(jié)。
        對(duì)于圖像中的高頻干擾，因它的頻帶仍在８ＭＨＺ以?xún)?nèi)，采用空隙率為５０％左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾，但要達(dá)到５０％的空隙率屏蔽網(wǎng)根數(shù)需每個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度有６０根以上，這樣高的密度又會(huì)使電纜的柔韌性下降，比較好的方法是采用帶有雙層屏蔽的視頻電纜。
        視頻電纜屏蔽層是接地的，如果視頻信號(hào) “地”與顯示器的“地”相對(duì)“電網(wǎng)地”的電位不同，即如圖３所示兩處接地點(diǎn)相對(duì)電網(wǎng)“地”的電壓差不同，那么通過(guò)電源在攝像機(jī)與顯示器之間形成電源回路，這樣５０ＨＺ的工頻干擾進(jìn)入顯示器中，從圖中的電氣聯(lián)接可以看出消除５０ＨＺ工頻干擾 方法有兩種，一是想辦法使各處的“地”電位與“電網(wǎng)地”的電位差完全相同，或者切斷形成地環(huán)流的路徑。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜，使各處“地”完全等電位比較困難，只能通過(guò)加大攝像機(jī)供電線(xiàn)纜的線(xiàn)徑，盡可能降低地回路的電阻。或者采用切斷地環(huán)流回路的方法，在攝像機(jī)或顯示器端有一端不接地，通常在顯示器端不接供電電源的地，這樣雖不能完全消除干擾但可大減少５０ＨＺ的干擾。
        從上面的分析中看到，如果電源線(xiàn)上耦合上高頻噪聲，即使視頻電纜的屏蔽電纜的屏蔽再好，也會(huì)將噪聲送至顯示器，因此攝像機(jī)的供電電源線(xiàn) 最好也要屏蔽，上述措施需要在工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)就要全面考慮才能實(shí)現(xiàn)，若到了系統(tǒng)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾存在可采用調(diào)制和解調(diào)的方法將噪聲濾除，在攝像機(jī)端設(shè)一調(diào)制器將視頻信號(hào)搬移到幾十兆赫茲的頻度段上，在顯示器端設(shè)一低通濾波器將低于８ＮＨＺ的信號(hào)全部濾除，再經(jīng)過(guò)解調(diào)將視頻圖像還原。
        3 監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式
        監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式只有兩種：一種是集中供電方式即電源都引自一處，另一種是分布式供電，攝像機(jī)在安裝位置附近取電源，從抗干擾效果的角度講，集中供電方式更好一些，可以基本消除各處參考電位不等的情況。
        監(jiān)控系統(tǒng)中干擾主要體現(xiàn)在數(shù)字通信通訊線(xiàn)和視頻圖像的干擾上，解決干擾的關(guān)鍵在于工程開(kāi)始施工時(shí)就要全盤(pán)考慮上抗干擾措施，這樣才能從根 本上解決干擾問(wèn)題，而不要等到工程后期再采取亡羊補(bǔ)牢的措施。
        1、干擾源種類(lèi)及干擾方式
        在多媒體系統(tǒng)中，影響視頻和音頻系統(tǒng)的噪聲干擾除設(shè)備和傳輸線(xiàn)路本身的熱噪聲和疊加在其上的連續(xù)性“白噪聲”干擾外，根據(jù)干擾源種類(lèi)主要可分為兩大類(lèi)，脈沖干擾及交流聲干擾。脈沖干擾是由于脈沖器件產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)耦合進(jìn)入信道所致：馬達(dá)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞點(diǎn)火，開(kāi)關(guān)電源均會(huì)產(chǎn)生60Hz－2MHz的干擾，這些干擾的諧波分量會(huì)落入音、視頻頻帶內(nèi)；閃電、宇宙噪聲還會(huì)產(chǎn)生2KHz－100MHz的脈沖噪聲。交流聲干擾主要是由于地線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，不同接地點(diǎn)間存在電位差，使得地電流形成回路所造成的；高壓輸電線(xiàn)路和交流電氣化鐵路也會(huì)引起交流聲干擾，如交流電氣化鐵路產(chǎn)生的干擾除50Hz基頻外、還有(2N＋1)×50Hz等奇次諧波。
        另外，根據(jù)外界干擾源電磁能量的傳播途徑和對(duì)音、視頻設(shè)備的耦合方式又可分成輻射方式干擾和傳導(dǎo)方式干擾。傳導(dǎo)方式干擾是經(jīng)過(guò)電路(包括雜散電容和互感等可以用集總參數(shù)表示的電路元件)傳到受影響設(shè)備上，如脈沖干擾、交流聲干擾，主要通過(guò)傳導(dǎo)方式作用于受擾設(shè)備；輻射方式干擾是通過(guò)天線(xiàn)的作用，由空間傳到受影響的設(shè)備上，如高壓輸電線(xiàn)對(duì)受擾設(shè)備的干擾。
　    多媒體系統(tǒng)的音頻信號(hào)的頻率范圍為300Hz－3.4KHz，視頻信號(hào)帶寬為6MHz。音頻信號(hào)通常都采用平衡方式傳輸，由于雙線(xiàn)上的感應(yīng)噪聲有相互抵消作用，干擾要輕得多，甚至于測(cè)不出來(lái)。而視頻信號(hào)通常采用不平衡方式傳輸，干擾就要嚴(yán)重得多。所以音頻干擾分析與視頻干擾分析有所區(qū)別：對(duì)于視頻干擾，主要從干擾方式出發(fā)進(jìn)行探討；音頻信號(hào)由于波長(zhǎng)較大，通信大樓的屏蔽作用更為明顯，相比而言，輻射方式干擾可忽略不計(jì)。通過(guò)電源等整流器件所產(chǎn)生脈沖干擾對(duì)音、視頻信號(hào)機(jī)理相同，解決辦法也一致，因此，音頻干擾討論的重點(diǎn)放在交流聲干擾上。
        2　視頻干擾分析及解決辦法
　    在實(shí)際工程中，視頻電纜通常敷設(shè)在通信大樓內(nèi)的金屬管中。盡管金屬管外皮與大樓的建筑地連在一起，有時(shí)仍可能受到干擾，在監(jiān)視器上會(huì)看到不規(guī)則的細(xì)線(xiàn)由上至下滾動(dòng)，該干擾是由可控硅整流器點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的脈沖干擾所造成的。UPS電源產(chǎn)生的脈沖干擾波形更為復(fù)雜，它除了整流器點(diǎn)火產(chǎn)生的干擾外還有逆變器產(chǎn)生的脈沖干擾及其諧波。電源整流器和UPS電源所產(chǎn)生的脈沖干擾的輻射雖到處都有，但主要是通過(guò)分布在會(huì)議室內(nèi)的交流供電線(xiàn)路傳播的，為傳導(dǎo)方式干擾。
        每個(gè)專(zhuān)家都說(shuō)的很專(zhuān)業(yè),但是理論上的東西太多了!在施工所發(fā)現(xiàn)的干擾,基本上都是由工程人員處理,但處理的結(jié)果都很不理想,有時(shí)候把設(shè)備廠(chǎng)家的技術(shù)人員叫到現(xiàn)場(chǎng),相互之間推脫責(zé)任,處理的結(jié)果更不理想!
        其實(shí)在實(shí)際使用是所產(chǎn)生的干擾,并沒(méi)有各位專(zhuān)家說(shuō)的那么嚴(yán)重(簡(jiǎn)直就是在把一個(gè)建筑體設(shè)計(jì)到了監(jiān)控系統(tǒng)里面,而不是把監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)到建筑體里面),其實(shí)干擾主要有三個(gè)方面:
        1.電源干擾
        2.電磁干擾
        3.回路電位不相等
        電源干擾可以用替換法處理,如果懷疑是引入的強(qiáng)電干擾,家個(gè)電源凈化器就可以了.如果是電磁干擾,就先把所有涉及到的大功率電器關(guān)掉,如電梯,噴水池電機(jī),路燈等等;是不是電磁干擾馬上就會(huì)判斷出來(lái).回路電位不相等造成的干擾最難處理,也不容易發(fā)覺(jué),這就需要點(diǎn)耐心,也要分幾個(gè)步驟:前期在線(xiàn)路鋪設(shè)完畢的時(shí)候,沒(méi)條線(xiàn)都要對(duì)等電位端子做絕緣測(cè)試,應(yīng)該為無(wú)窮大;裝完以后出現(xiàn)的干擾,把所有攝象機(jī)的視頻線(xiàn)都斷開(kāi),一條一條的接上,肯定接到有干擾的那條線(xiàn),還有監(jiān)控室的所有主機(jī)設(shè)備最好把它們的外殼都連在一起,每組機(jī)柜的連接處一定要把油漆刮干凈然后相互連接再接到等電位端子上;
        電梯攝象機(jī)的干擾是很?chē)?yán)重,但也很好處理:攝象機(jī)不要用金屬外殼的(是金屬外殼的里面的電路板和外殼也必須絕緣),有些攝象機(jī)不是金屬外殼的也有干擾,這有兩個(gè)原因:1.攝象機(jī)不好,換個(gè)好的,2.電磁干擾,可以這樣處理:找個(gè)金屬盒,在找個(gè)好點(diǎn)的放大器放在里面然后接上就可以了,在監(jiān)控室用衰減器條效果就可以了,供電可以用電梯里面的照明電是沒(méi)有問(wèn)題的!如果是外部大功率設(shè)備的電磁干擾也可以用這種方法處理,但是效果不理想,最好是重新變更線(xiàn)路位置!485信號(hào)的干擾,也好處理,不用屏蔽線(xiàn),外界的干擾每那么嚴(yán)重,如果有那么嚴(yán)重的話(huà),人也會(huì)受到電磁輻射。