基于工业电视摄像系统的设计与方案讨论.docx

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基于工业电视摄像系统的设计与方案讨论

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何依璘

【摘要】工业电视用于监视工业生产过程及其环境的电视系统。该系统主要由摄像机、传输通道、控制器和监视器组成。我国矿井下用的工业电视监控系统，一般采用固定式安装方式。本文试制了一套地面可控、可移动摄像仪，可以远距离地移动，近距离观察机电设备及井下皮带的运行状态，能及时视察设备的运行状态，提前预防机电设备事故的发生。

【关键词】摄像系统工业电视设计方案

一工程概况

工业电视用于监视工业生产过程及其环境的电视系统。该系统主要由摄像机、传输通道、控制器和监视器组成。基于此，某矿井下一变电所硐室内试制安装一套长100m跑道的可控、可移动摄像仪。设想用小型防爆步进电机来做驱动动力，推（拉）动摄像头做往复运动，带动摄像仪做前或后移动。其特点是：步进电机的体积小、重量轻、精度高、运行平稳、噪音低、控制灵活可靠，可实现多级保护。安全系数高，广泛应用于各种自动化的控制。首先，在地面上安装固定滑道（长约50m）做实验，摄像仪距地面2m，将监视摄像仪安设在能用步进电机带动行走的小车上，再把小车装进特制的跑道里，步进防爆电机通过地面工业电视主控箱的不同功能的操纵，编码器发出的控制信号来控制步进电机的正转、反转，需用不同的转速，带动小车向前或向后行走，而使摄像仪移动。摄像仪的运行速度可控制在3-20m/min之间，根据实际情况即可设置自动循环监控和人工手动控制调整，以适合不同场合的工作需要，达到最佳的图像传输效果。

二系统主成

系统主要由地面部分和井下部分构成。地面部分主要由电视墙、控制系统、地面光端机等组成；井下主要由井下光端机、防爆步进电机、PLC控制箱、防爆摄像仪、防爆电源、滑道及小跑车组成。系统简图如图1。

三系统设计与实现

1图像采集与传输。井下摄像仪所拍摄的视频图像的电信号传输到井下光端机处理，转换为光信号，再经过光缆传输到井口光端机处理，变换回视频信号后传到图像显示终端。图像采集与传输如图2所示。

2地面与井下控制实现与信号传输。考虑摄像仪数据信息量比较大，因而地面与井下的信号采用光纤传输。当操纵地面工业电视主机上控制键左（右）键或操纵摆杆时，系统主机通过控制编码器发出左（右）控制电信号，将此信号传输到地面光端机处理，使电信号转换成光信号，通过光缆传输到井下光端机。井下光端机把光信号再转换成控制电信号，经过解码控制器处理成所需的控制信号传输到防爆控制箱处理，最后将处理后的信息经PLC进入步进电机驱动电路，来控制步进电机的运行。地面与井下传输框图如图3所示。

3摄像仪移动控制的实现。制器发送来的控制，经接口电路转换成光电隔离后，由控制板电路来接收、处理控制信息，處理后经驱动电路到继电器电路控制板，来控制多功能电源箱，以便控制步进电机的反正转。步进电机变速后带动驱动齿轮转动传速来带动小车前后行走，以达到左（右）拉动摄像仪的目的。另外，通过变速箱来提高驱动扭矩力。控制步进电机的脉冲发送频率就能改变摄像仪的移动速度，左（右）键松开后，摄像仪就停止移动运行。为防止摄像仪在移动至滑道两端停止点时出现失控现象，在滑道两端的临界停止点，各安装两套电控和磁控两级保护限位开关，使摄像仪在到达设定的指定位置时，能及时停止步进电机的运转，以防损坏摄像仪的设备。其原理如图4所示。

4整体实现步骤。（1）可控可移动摄像仪选择彩色防爆摄像仪。光圈、焦距可控可调小型万能云台与一体的高清晰摄像仪。该摄像仪应选择全方位变速云台和多功能解码控制器于一体的防爆监控产品，适用于煤矿等爆炸环境的井下。（2）双向ASI-TS流数字视频光端机。ASI-TS是高可靠、高性能的串行数字光传输设备，用于数字传输业务的延伸，可实现2点之间TS流信号的双向互传。可以将一路最大输入数据速率达到270Mbps的TS流经过高精度PCR校正后调制成一路光信号高速码流在光纤中实现远距离传输，基于单芯光纤传输双向270M标准的MPEG-2/DVBASI码流。ASI-TS光端机完全兼容HDTV的高清晰度数字电视信号。（3）单相混式步进电机。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点。（4）跑道及小车部分。跑道与滑车部分的制作有某矿机械厂加工。跑道用阻燃防静电耐磨高强度塑料注塑而成。做成10m一段，两个跑道之间的连接用5mm厚的钢板缝合起来，接缝处要平滑，缝隙的间隙不大于2mm为