Разработка конструкции системы видеонаблюдения "Циклоп"

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время широко используются разнообразные охранные системы, системы видеонаблюдения и сигнализации, как на предприятиях, так и в быту. Практически в каждом подъезде установлены домофоны, во многих квартирах установлена сигнализация. На предприятиях охранные системы более сложные и надежные. Но в обоих случаях охранная система должна иметь высокое быстродействие, по возможности, обеспечивать возможность фиксации незаконного проникновения на охраняемую территорию злоумышленника на видеопленку либо на цифровой носитель информации, быть экономичной при потреблении ресурсов и дешевой. Автоматическая система видеонаблюдения «Циклоп» отвечает вышеперечисленным требованиям. При этом требование экономичности выполняется не только с точки зрения экономии электроэнергии. Данная система способна экономично использовать носитель информации, на который будет производиться запись, а так же она предусматривает полное отсутствие оператора. Обычные универсальные запоминающие пульты для радиоаппаратуры малопригодны, так как требуется определенная последовательность действий, которая зависит от внешнего управляющего сигнала.

«Циклоп» - устройство, предназначенное для дистанционного управления теле- и видеоаппаратурой в составе систем наблюдения. С помощью этого устройства можно автоматически включать видеоаппаратуру по заданной пользователем программе. На рисунке 1 представлена система видеонаблюдения, в состав которой входит устройство «Циклоп».

Рисунок 1 - Автоматическая система видеонаблюдения «Циклоп»:

а) - устройство «Циклоп»; б) – управляющий орган (датчик); в) – видеокамера; г) – видеомагнитофон; д) – телевизор

На рисунке показан один из способов включения «Циклопа» в систему видеонаблюдения. Данная система может быть упрощена или наоборот, содержать большее количество элементов. Управляющим органом может быть датчик движения или присутствия, квартирный звонок и т. д. Данная система может применяться как в жилых домах, так и в охранных системах на предприятиях.

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ И СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ, ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

«ЦИКЛОП» представляет собой не­большой прибор с цифровым табло, тремя кнопками управления, имеющий окно ИК приемника и выносной ИК излучатель. Прибор можно размес­тить в любом удобном для пользовате­ля месте, а ИК излучатель крепят к сте­не или мебели напротив управляемого объекта.

Существует несколько способов кодирования информации для передачи по ИК каналу. Первый — высокочастотная модуляция. Сравни­тельно низкочастотной информацион­ной посылкой модулируют несущую ча­стоту, близкую к 43,5 кГц. Это позволяет отвязаться от постоянной составляю­щей инфракрасного фона помещения. Второй способ — команду представля­ют в виде кода "МАНЧЕСТЕР", который не имеет продолжительных нулевых или единичных состояний и поэтому хорошо защищен от помехи. Некоторые произ­водители для более экономного расхо­дования ресурса батареи питания пуль­та ДУ применяют способ однократной передачи кода. При нажатии на клавишу пульта сначала передается посылка с кодом команды, а затем следуют от­носительно короткие посылки с кодом удержания нажатой клавиши.

Задача устройства — принять и де­кодировать команды, записать их в энер­гонезависимую память, а затем, полу­чив сигнал извне, транслировать эти команды в определенной последова­тельности. Качество работы во многом зависит от точности приема команд.

С выхода модуля BL1 очищенная от постоянной составляю­щей инвертированная цифровая после­довательность поступает на вход Р3.2 микроконтроллера DD2.

Обработанная информация о приня­тых командах в специальной форме по­ступает на хранение в ПЗУ DS1. Сфор­мированная кодовая последователь­ность с выхода Р1.0 контроллера DD2 поступает на вход элемента DD1.4, ко­торый в паре с DD1.3 образует генера­тор импульсов с периодом повторения 27,2 мкс. Этот параметр необходимо выдерживать как можно точнее, по­скольку большинство однокристальных фотоприемников, бытовой аппаратуры для приема команд с пультов ДУ унифи­цированы и имеют одинаковые параме­тры несущей частоты.

С выхода элемента DD1.4 кодовая по­следовательность поступает на усили­тель тока — транзистор VT2. Нагрузкой транзистора служат два ИК диода - из­лучателя VD2 и VD3. Они и управляют самой видеоаппаратурой.

Устройство «ЦИКЛОП» имеет два универсальных входа. Вход 1 — с галь­ванической развязкой на оптроне U1 — рассчитан на входное постоян­ное напряжение 12 В, но если его под­ключить через гасящий конденсатор, то можно работать и от сети ~220 В (например, подключить квар­тирный звонок). Вход 2 — это вход триггера Шмитта, собранного на тран­зисторе VT1 и элементе DD1.2.

На этот вход можно подавать и 12 В, и какой-либо аналоговый сигнал с микро­фонного усилителя или аудиодомофона.

Сигналы с обоих входов проходят че­рез цифровой фильтр, коэффициент пе­редачи которого устанавливают про­граммно. Оба входа способны срабаты­вать от любого фронта импульса, что позволяет использовать устройство с различными датчиками.

Устройство собирается на печатной плате из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита толщи­ной 1,5 мм.

Программа написана с учетом того, что частота задающего генератора — 24 МГц. Можно использовать кварцевый резонатор на другую часто­ту — от 10 МГц и более. Микроконтроллер DD2 (фирмы ATMEL) установлен в при­паянную к плате панель.

При программировании устройства соединительные проводники должны быть возможно короче, чтобы уменьшить влияние наводок. Пульт дистан­ционного управления следует разместить на расстоянии 10...60 см от устройства. В память устройства заносят команды с пульта управления телевизора или маг­нитофона. По команде с внешнего датчи­ка устройство выполнит заданную программу.

На панели управления расположены три кнопки и дисплей. Кнопками поль­зователь может выбирать разные вари­анты работы. Память устройства разби­та на 16 разделов (программ), каждая из которых может состоять из 16-ти ша­гов (команд управления аппаратурой).

Для нормальной и эффективной работы устройства в системе видео­наблюдения необходимо правильно ввести программу в память.

В устройстве предусмотрено пять режимов работы.

РЕЖИМ "PROGRAM" - ПРОГРАММИ­РОВАНИЕ.

Режим "PROGRAM" включают нажатием на кнопку SB1 "Mode". Дисплей высветит '00 (точка, стоящая впереди, указывает на включение программиро­вания). Если программы уже были вве­дены и какую-то из них надо откоррек­тировать, ее выбирают кнопками SB2 "<<" или SB3 ">>".

Символ в первом знакоместе таб­ло — номер набираемой программы в шестнадцатиричном коде (0 — первая, F — шестнадцатая), а во втором — поряд­ковый номер шага (команды) в програм­ме, также в шестнадцатиричном коде.

Обращаем внимание на тип используемого пульта управления. Дело в том, что в системах ДУ используют несколь­ко видов команд. Отличий в работе с те­левизором или видеомагнитофоном может быть совершенно не видно, од­нако в устройство «ЦИКЛОП» эти коман­ды вводятся по-разному. Для простых команд (без энергосбережения) все просто: одно нажатие — одна команда. При вводе команд другого вида нужно будет сделать три нажатия на одну и ту же кнопку пульта, чтобы «ЦИКЛОП» по­нял переданную команду. Разницу будет видно сразу по работе устройства. Пока команда достоверно не определена, пе­рехода на следующий шаг не будет!

Определив команду, устройство пере­ходит на следующий шаг программирова­ния — номер на дисплее увеличится на единицу. Сейчас можно ввести в програм­му время паузы между командами или следующую команду. Время паузы наби­рают кнопками "<<" или ">>", его мож­но изменять от 1 до 256 с. Каждое нажатие добавляет задержку на 1 с, общее время в секундах дисплей показывает в шест­надцатиричном коде. После каждого на­жатия на эти кнопки дисплей в течение приблизительно одной секунды индици­рует длительность задержки, которая бу­дет выполнена после только что задан­ной команды. По умолчанию она имеет минимально возможное значение — 1с.

После задания всех шагов програм­мы нажатием на кнопку SB1  "Mode" можно прервать программирование и кнопками SB2 и SB3 выбрать для ввода следующую программу. По­вторное нажатие на кнопку "Mode" вызовет переход устройства в режим "WORK" (об этом будет сказано ниже). Если при программировании вво­дится команда, уже введенная ранее, ей не отводится отдельное место в па­мяти, а в программу помещается лишь ее номер. Различить первичное и по­вторное введение какой-либо коман­ды можно следующим образом: при первичном вводе, когда устройст­во не идентифицирует ее ни с одной из команд, уже имеющихся в памяти, на индикаторе появляется точка во втором знакоместе дисплея ('0'0) и ос­тается до отпускания кнопки пульта; в том же случае, если вводимую ко­манду устройство находит среди уже сохраненных в памяти, точка во вто­ром знакоместе не появляется.

Эту особенность удобно использо­вать для определения достоверности захвата кода устройством. Если вы многократно вводите одну и ту же ко­манду и все попытки или некоторые из них, кроме первой, сопровождаются появлением точки во втором знакомес­те, значит, код определяется неуверен­но. Следует подобрать расстояние между устройством и пультом либо из­бавиться от излишнего инфракрасного фона (задернуть шторы, если на дворе ярко светит солнце).

РЕЖИМ "TEST".

Режим "TEST" предназначен для от­ладки и проверки программы. Он состо­ит из двух разделов: проверки команд и программ. Войти в эти режимы можно из режима программирования.

При нажатии одновременно на кнопки SB2 и SB1 дисплей покажет L0. Символ L означает проверку команды, а цифра 0 указывает ее номер — пер­вый. Выбрать проверяемую команду можно кнопками SB2 и SB3. При нажа­тии на кнопку SB1 устройство воспро­изведет выбранную команду.

При нажатии одновременно на кноп­ки SB3 и SB1 дисплей покажет НО. В этом режиме можно проверить целую программу. Выбрать проверяемую про­грамму можно кнопками SB2 и SB3. При нажатии на кнопку SB1 устройство воспроизведет выбранную программу. Таким образом можно проверить работу каждой отдельной команды и програм­мы в целом. В случае неработоспособ­ности хотя бы одной команды необходи­мо более внимательно перепрограмми­ровать устройство.

При нахождении ошибки в выполне­нии программы можно будет вернуться в режим "PROGRAM" и перепрограмми­ровать только ее.

Выйти из режима "TEST" можно, если снова нажать на те же кнопки, которые были нажаты при входе.

РЕЖИМ "WORK".

Режим "WORK" является основным. Пользователь может сам выбрать но­мер программы, записанной в память, по которой устройство будет работать.

Примеры показаний дисплея в режи­ме "WORK": мигающие символы 10 или 3- или 04. Это — режим ожидания им­пульса от любого входа. Первая цифра показывает номер программы, которая будет запускаться от входа 1, а вторая цифра — номер программы, которая бу­дет запускаться от входа 2. Если вместо цифры дисплей высвечивает прочерк, это значит, что соответствующий вход отключен и устройство не будет реагиро­вать на импульс. Когда на дисплее мига­ют два прочерка — отключены оба входа и «ЦИКЛОП» не будет выполнять ни одну программу. Выбрать программу для каж­дого входа можно кнопками SB2 и SB3.

Если в течение определенного вре­мени импульс на вход не поступает, дисплей выключается, а устройство продолжает работать в режиме "WORK" без индикации. Эта функция нужна для того, чтобы дисплей не привлекал из­лишнего внимания. Включение дисплея можно вызвать нажатием на кнопку SB2 или SB3. Временной интервал до вы­ключения дисплея устанавливается в параметрах устройства.

РЕЖИМ "ACTIVE".

Если устройство находится в режиме "WORK" и на любой из его входов, для ко­торого определена программа, поступа­ет импульс, оно переходит в режим "ACTIVE". Длительность импульса должна превышать некоторое значение (пара­метр Р0 или Р1 в разделе параметров). Это нужно для предотвращения ложных срабатываний устройства от коротких импульсов, которые могут появиться в результате проникновения помех. Сра­зу после перехода в режим "ACTIVE" ЦИК­ЛОП начинает выполнять программу, оп­ределенную для данного входа. Дисплей высвечивает специальный символ в виде трех горизонтальных линий и номер ко­манды, которая передается. В это время устройство не способно воспринимать нажатия на кнопки или повторные им­пульсы на вход. Закончив выполнять про­грамму, устройство вернется в режим "WORK".

РЕЖИМ "PARAMETER".

Этот режим необходим только в про­цессе программирования устройства. Войти в него можно из режима програм­мирования, нажав одновременно на кнопки SB2 и SB3.

Перечислим параметры, которые можно устанавливать в этом режиме:

Р0 — защитный интервал 1 -го канала (0 — FF) (1/100 с).

Р1 — защитный интервал 2-го канала (0 —FF) (1/100 с).

Р2 — число посылок в пачке (2—32).

РЗ — интервал между посылками (40—95 %).

Р4 — частота кварцевого резонато­ра, МГц.

Р5 — <зарезервировано>.

Р6 — номер программы 1-го входа.

Р7 — номер программы 2-го входа.

Р8 — время до гашения индикато­ров, с.

Lx — каждая команда.

Нх — каждая программа.

Параметры РО и Р1 задаются в со­тых долях секунды и, соответственно, могут принимать значения от 0,01 до 2,56 с. Задание параметров РО или Р1 равными нулю обеспечивает срабаты­вание устройства по первому измене­нию уровня сигнала. Активным уров­нем для входов является уровень, про­тивоположный тому, который имелся на входе в момент перехода устройст­ва в режим "WORK". Если необходимо на вход 2 подать переменное напряже­ние частотой 50 Гц, тогда параметр Р1 необходимо выставить равным нулю, так как при этом на входе будет пульси­рующее напряжение частотой 50 Гц и длительностью менее 0,01 с.

Параметр Р2 задает число посылок кода команды при выполнении уст­ройством каждого шага программы. Этот параметр нужен в ситуациях, ког­да управляемый объект неуверенно воспринимает посылаемые команды. Обычно бывает достаточно значения, равного 2—3.

Смысл параметра РЗ — интервал между посылками команд в пачке, вы­раженный в процентах от длины ко­манды (ее продолжительности во вре­мени). Введен он на всякий случай, так как "фирменный" интервал между командами с пульта не измеряется и не фиксируется в памяти.

Параметр Р4 изменяют в случае ис­пользования кварцевого резонатора с частотой, отличающейся от указанной на схеме. Используется этот параметр исключительно для корректной генера­ции временных интервалов между коман­дами и защитных интервалов. Не нужно забывать, что чем ниже тактовая частота, тем хуже точность записи и воспроизве­дения команд. По умолчанию задана час­тота кварцевого резонатора 24 МГц.

Параметры Р6 и Р7 — справочные, они отражают номера программ, привя­занных ко входам 1 и 2 соответственно. В режиме "PARAMETER" они не могут быть изменены.

Параметр Р8 определяет время в се­кундах между последним нажатием на кнопки и выключением дисплея.

В процессе программирования "ЦИКЛОП" может индицировать ошиб­ки. Почти все ошибки сбрасываются ав­томатически. Вот их описание:

Е1 — ошибка приема кода.

Е2 — слишком длинный код.

ЕЗ — слишком короткий код.

Е5 — переполнение памяти.

Е6 — неисправность памяти.

В случае переполнения памяти уст­ройства необходимо произвести операцию стирания. Для этого нужно войти в режим "PROGRAM" и нажать сразу все три кнопки. На дисплее появятся мигаю­щие символы в виде трех горизонтальных линий. Не отпуская кнопок, нужно дож­даться появления прочерков, при этом вся информация в памяти команд и про­грамм будет стерта. Параметры устрой­ства остаются без изменения [1].

Выбор элементной базы

В современных устройствах необходимо стараться применять элементную базу, характеризующуюся высокими функциональными возможностями, гибкостью использования, высокой надежностью и массогабаритными показателями. По возможности следует использовать технологию поверхностного монтажа, так как она способствует уменьшению габаритов печатных плат, а также упрощает технологию производства.

Инфракрасные диоды выбраны различных типов (АЛ156А и АЛ145А), так как длинна волны излучения пультов дистанционного управления различной радиоаппаратуры может различаться. Их основные характеристики: длинна волны излучения – от 820 до 900 нм у диода АЛ156А и от 900 до 1050 нм у диода АЛ145А; максимальный прямой ток - 100 мА; максимальный ток при работе в импульсном режиме – 1500 мА; прямое напряжение – 1,8 В; обратное напряжение – 1В; диапазон рабочих температур – от минус 60 до плюс 70°С. На рисунке 1.1 изображены диоды.

Страницы: 1, 2, 3, 4