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摘要：本文提供了一種基于3G網(wǎng)絡的電梯無線監(jiān)控系統(tǒng)設計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了無線通信網(wǎng)絡技術的基本知識，描述了無線傳輸應用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。通過實際應用，獲得了理想的效果.
關鍵詞：3G ；DTU；工業(yè)路由器;Internet；視頻監(jiān)控；無線數(shù)傳.
一 概述
電梯運行的安全問題逐漸成為人們?nèi)粘ｊP注的話題，影響電梯的安全運行有兩方面因素，一是電梯系統(tǒng)自身品質(zhì)和可靠性;二是人為因素引發(fā)電梯轎箱內(nèi)的人身安全。
隨著房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國家倡導的節(jié)能省地型住宅建設政策廣泛落實，高層住宅建設逐漸成為房地產(chǎn)開發(fā)和消費的主體。同時也給售后物業(yè)管理帶來了很多新的問題和困難，電梯設備的使用、維修、管理成本高和物業(yè)收費困難等問題也較為突出。
針對電梯這一現(xiàn)代化交通工具的性能和特點，還要實行科學化管理。據(jù)悉，一些發(fā)達國家在十幾年前就開發(fā)應用了智能化電梯安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
所謂智能化電梯安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)，集地理信息、計算機控制和遠程通訊技術于一體，通過設定的電梯數(shù)據(jù)采集器和信息網(wǎng)絡系統(tǒng)，將分布在各處的電梯運行狀況和故障信息及時傳遞到監(jiān)控中心的監(jiān)視終端，從而實現(xiàn)對各處電梯進行遠程監(jiān)視和控制。
長期以來電梯主要采用總線制的報警系統(tǒng)，是電梯安全運行強制要求之一，但隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的普及，新安裝的電梯開始加裝視頻監(jiān)控，提高了電梯運行的安全性。
本文介紹的電梯視頻報警綜合系統(tǒng)，在新老系統(tǒng)的實際應用中得到工程商和用戶的好評。它通過3G無線網(wǎng)絡實現(xiàn)視頻監(jiān)控圖像的傳輸和報警信號傳輸。這種穩(wěn)定可靠的傳輸結構，可靠的報警方式，大大提高了電梯安全運行，減少了電纜材料，縮短了施工工時，降低了系統(tǒng)造價。
二 系統(tǒng)組網(wǎng)方案
1、系統(tǒng)拓撲結構
2、系統(tǒng)結構說明
電梯的轎廂內(nèi)安裝攝像頭，通過以太網(wǎng)接口連接才茂3G路由器，通過3G路由器將視頻信號傳送到監(jiān)控中心；同時電梯信息采集器采集電梯樓層信號、方向、滿員、司機以及故障等狀態(tài)信號數(shù)據(jù)，通過RS232串口連接才茂3G路由器，然后通過3G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。
3、系統(tǒng)組成
a、 網(wǎng)絡攝像頭（IP攝像頭），主要負責電梯轎箱內(nèi)視頻監(jiān)控。
b、 電梯信號采集器，主要負責采集電梯各種狀態(tài)及參數(shù)信息并通過串口傳送至才茂路由器。
c、 中心監(jiān)控主機，配合自身的中心軟件，實現(xiàn)遠程同步實時監(jiān)控、錄像并顯示電梯的運行狀態(tài)。
三 系統(tǒng)功能
1、 在電梯轎廂頂上安裝攝像頭，通過RJ45接口連接才茂路由器；電梯控制柜內(nèi)安裝電梯信息采集器，通過RS232接口連接才茂路由器；監(jiān)控中心安裝監(jiān)控主機和監(jiān)控顯示器；通過才茂路由建立的3G網(wǎng)絡通信通道，即可在監(jiān)控中心看到電梯轎廂內(nèi)的視頻圖像以及電梯運行狀態(tài)。
2、 安裝在電梯轎廂頂上的攝像頭采集轎廂內(nèi)視頻圖像；
3、 電梯信息采集器采集電梯樓層信號、方向、滿員、司機以及故障等狀態(tài)信號采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳輸?shù)酱冢?span lang="EN-US">
4、 監(jiān)控顯示器可實現(xiàn)多路電梯圖像畫面遠程同屏監(jiān)控，多畫面智能切換輪巡；在同一局域網(wǎng)內(nèi)任一臺電腦安裝上網(wǎng)絡監(jiān)控軟件后都可連接上主機，并能同時查看圖像及回放；
5、 同屏遠程監(jiān)控多臺電梯轎廂內(nèi)情況，在監(jiān)控中心即可看到轎廂內(nèi)的圖像以及電梯所在樓層、運行方向和滿員、司機、故障等狀態(tài)信號；
6、 可保存多臺電梯圖像信號，文件記錄模式有：定時錄像、手動錄像、手動抓拍錄像、動態(tài)檢測錄像，并實現(xiàn)圖像回放，文件備份；
動態(tài)檢測錄像——當在預設好的時間、區(qū)域檢測到運動的人或物體，系統(tǒng)就會自動錄像。
保存的電梯錄像文件按時間來命名，保存的錄像文件占滿硬盤空間時系統(tǒng)會自動檢測下一個預設的保存盤，若所有設定的磁盤空間已用完，系統(tǒng)就會自動替換掉最早的錄像文件。
7、 查看錄像時可使用連續(xù)或單個播放、快速或慢速播放，當看到可疑錄像時，可使用快照功能抓拍下當時的圖片；
8、 無視頻信號時，黑底白字顯示電梯狀態(tài)；
9、 電梯出現(xiàn)故障時（人工報警、安全回路故障、電源故障等），輸出閃動的圖像報警信號。
10、 本系統(tǒng)采用無線傳輸，圖像清晰、通用性強、數(shù)碼圖像存儲，方便新裝或加裝。
四 系統(tǒng)的無線通信實現(xiàn)原理
（一）電梯轎廂終端
電梯終端使用才茂工業(yè)級路由器，同時具備路由功能和DTU功能。一方面通過建立路由連接，使電梯內(nèi)的IP攝像頭和中心監(jiān)控主機之間形成通信通道，另一方面通過DTU功能，使電梯內(nèi)的信息采集器和中心監(jiān)控主機之間建立無線串口通信通道（TCP—COM）。
在使用才茂路由器DTU功能時，必須先進行參數(shù)設置，以決定進入透明數(shù)據(jù)傳輸模式后的工作方式。需要設置的參數(shù)有：監(jiān)控中心IP地址（或動態(tài)域名服務器能夠解析的域名）及端口號設置；Socket通訊類型（TCP或UDP）；通訊接口參數(shù)；觸發(fā)方式設置等。
才茂工業(yè)級路由器的主要特點：
廈門才茂工業(yè)級WCDMA 3G路由器CM8150R，是一款采用聯(lián)通WCDMA 3G網(wǎng)絡，工業(yè)級設計，帶1個以太網(wǎng)口RJ45的無線路由器。設備采用高性能的工業(yè)級ARM9通信處理器，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，系統(tǒng)集成了全系列從邏輯鏈路層到應用層通信協(xié)議，支持VPN（包括PPTP+L2TP+MPPE和IPSEC+GRE）,IPTABLE防火墻，靜態(tài)及動態(tài)路由，PPP server及PPP client，,DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墻，SNAT/DNAT，DMZ主機,WEB配置，支持APN/VPDN，支持上電自動撥號，自動維護通信鏈路，保證鏈路永遠在線，支持自動定時上線和下線功能等功能。
該產(chǎn)品整機采用工業(yè)級設計；系統(tǒng)帶有看門狗WDT保護，另外加載了系統(tǒng)監(jiān)測保護SWP（System Watch Protect）；產(chǎn)品通過電力3000V電擊測試；產(chǎn)品擁有維護系統(tǒng)穩(wěn)定的專利技術，確保設備永遠在線；經(jīng)過嚴格的設計、測試和8年的實際應用，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠。
工業(yè)級設計
1. 工業(yè)級CPU：工業(yè)級ARM9高性能嵌入式處理，200MPS；帶 16KB Dcache，高速緩存數(shù)據(jù)，加快高速數(shù)據(jù)訪問速度；帶16KB Icache，高速指令緩存，加強了指令處理速度。
2. 工業(yè)級無線模塊：采用工業(yè)級無線模塊，抗干擾強，傳輸穩(wěn)定。
3. 實時操作系統(tǒng)：采用LINUX2.6.28操作系統(tǒng)，帶內(nèi)存管理單元，實時性強，功能升級快，系統(tǒng)穩(wěn)定，帶完善TCP/IP協(xié)議棧；
4. 強化電路板：PCB采用遵循3H和3W原則，同時公司所有產(chǎn)品電路板都采用高品質(zhì)材質(zhì)來生產(chǎn)，確保板材的穩(wěn)定可靠。
5. 工業(yè)級元器件：整機元器件采用嚴格篩選的工業(yè)級元器件來生產(chǎn)。
6. 工業(yè)級電源：寬壓電源設計，電源適應范圍為DC5V~DC35V，內(nèi)置電源反向保護和過壓過流保護。
7. 電磁防護：以太網(wǎng)接口內(nèi)置1.5KV電磁隔離防護
8. 抗干擾設計：采用金屬外殼，屏蔽電磁干擾，系統(tǒng)保護等級IP30；天線帶防雷設計；系統(tǒng)超低溫和超高溫設計；特別適合在環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。
穩(wěn)定可靠
1. 在線維持專利技術：智能防掉線，在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，異常自動復位，確保設備永遠在線
2. 三層系統(tǒng)保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護）系統(tǒng)保護的基礎上，增加一級系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠
3. UIM/SIM卡ESD保護：1.8V/3V/5V標準的推桿式用戶卡接口，內(nèi)置15KV ESD保護。
4. 串口ESD保護：串口RS232內(nèi)置15KV ESD保護。
5. 金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設計；符合電力安規(guī)要求；防護等級為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領域。
6. 所有無線模塊都有通過CGD認證或者FCC認證或者CE認證。
7. 高速處理CPU：采用高速ARM9的工業(yè)級CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線”、“假死機”、“當機”等疑難問題。
8. 超大內(nèi)存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits，有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失。
9. 完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網(wǎng)絡通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低。
10.EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；通過EMC測試；公司產(chǎn)品2010年榮獲“中國工控行業(yè)客戶滿意最佳供應商”。
功能強大
1. 支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信和路由轉(zhuǎn)發(fā)，同時也支持串口TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸或者串口配置
2. 支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、MPPE、L2TP、GRE和IPSEC
3. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線
4. 支持IPTABLES防火墻，包過濾功能
5. 支持定時上線下線功能，可以設置設備在某段時間內(nèi)上線和某個時間內(nèi)下線
6. 支持多種上下線觸發(fā)模式，包括短信、電話振鈴、串口數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)觸發(fā)上下線模式
7. 支持動態(tài)路由和靜態(tài)路由、RIPv1、RIPv2、OSPF、BGP、NDSP、IRMP、SNSP、IGMP、DVMRP、PIM-SM/DM
8. 支持多種協(xié)議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。
9. 支持動態(tài)路由和靜態(tài)路由
10.支持DHCP/DHCPD功能
11.支持端口映射NAT功能，如SNAT，DNAT
12.支持動態(tài)DDNS：支持花生殼、88IP和dyndns域名服務商
13.支持DMZ主機
14.支持APN/VPDN網(wǎng)絡
15.方便的WEB配置，支持遠程WEB管理
16.支持WEB配置保存和恢復，實現(xiàn)參數(shù)的備份和批量設備的快速配置
17.支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環(huán)境
18.支持多臺終端共享router ppp廣域網(wǎng)出口
19.支持多種無線撥號方式：自動分配，指定IP，指定本地對端IP
20.支持作為PPP服務器，多種認證方式，支持雙向認證
21.方便易用的COM及SYSLOG系統(tǒng)診斷，調(diào)試功能
22.支持串口本地軟件升級
23.支持TFTP軟件遠程升級
24.支持實時時鐘
25.同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
簡單易用
1. 產(chǎn)品出廠配置默認參數(shù)，客戶只需修改個別參數(shù)甚至不需要做任何參數(shù)修改，就可以實現(xiàn)快速使用設備。
2. 圖形化配置工具：完善的圖形化配置工具，提供快速配置功能，實現(xiàn)客戶快速配置；提供批量配置功能，實現(xiàn)批量設備的配置。
3. 產(chǎn)品說明書提供快速配置說明，可以快速使用設備。
4. 檢查軟件：提供SYSLOG日志輸出功能，可以用于參考設備工作日志，同時協(xié)助分析異常時的原因；通過串口調(diào)試軟件，提供不同的調(diào)試等級輸出，方便客戶查看各種信息，快速定位問題。
（二）監(jiān)控中心
本文監(jiān)控中心采用ADSL連接，由于每次接入所獲得的IP地址不是固定的，電梯終端才茂路由器無法直接指向遠程監(jiān)控中心。為了解決服務器每次接入IP地址的不固定，可采用動態(tài)域名解決辦法。動態(tài)域名的功能，就是實現(xiàn)固定域名到動態(tài)IP地址之間的解析。監(jiān)控中心每次上網(wǎng)得到新的IP地址之后，安裝在監(jiān)控中心計算機里的動態(tài)域名軟件就會把這個IP地址發(fā)送到動態(tài)域名解析服務器，更新域名解析數(shù)據(jù)庫。電梯終端路由器通過這個域名發(fā)起Socket連接時，動態(tài)域名解析服務器會返回正確的IP地址給它。
監(jiān)控中心的軟件可采用自主編寫，內(nèi)部調(diào)用才茂動態(tài)鏈接庫，用來完成Socket程序的編寫；或者使用支持才茂協(xié)議的組態(tài)軟件。監(jiān)控中心軟件應具有在監(jiān)視器屏幕上顯示終端的ID及顯示多路不同終端的圖像，并將圖像存儲在硬盤上。通過對圖像進行分析處理，如出現(xiàn)異常給出報警信號并將報警信息傳到遠程終端以啟動報警裝置。相關管理人員可直接觀看被監(jiān)視場所，并隨時調(diào)看每個終端的當前狀況。
注：才茂路由器及DTU功能的詳細原理，請參照相關設備的使用手冊。
網(wǎng)址http://www.caimore.com
五 結束語
綜合電梯視頻及報警信息系統(tǒng)是在原有監(jiān)控技術基礎上，將視頻、報警、控制等獨立的系統(tǒng)集成于一體，充分利用了原有獨立系統(tǒng)的資源，提升了安全防范的效果。
在將視頻監(jiān)控系統(tǒng)和報警信息系統(tǒng)合為一體無疑提升了電梯運行安全性，但今后電梯安防系統(tǒng)還需要能傳輸電梯運行數(shù)據(jù)，遠程控制。隨著對電梯運行的安全性要求越來越高，集視頻監(jiān)控、報警、運行數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制的電梯安防系統(tǒng)將會滿足越來越多的用戶需求。
隨著生產(chǎn)管理水平的不斷提高，遠程視頻監(jiān)控得到了廣泛的應用，也越來越成熟，而且正朝著網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展。采用3G無線傳輸數(shù)據(jù)通訊方法解決了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的通訊問題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優(yōu)越性。由于傳送的是視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大且較為頻繁，可選擇不限量使用的商務套餐較為經(jīng)濟。我們在實驗室構建了該無線視頻遠程監(jiān)控，獲得了理想的效果。而且，隨著3G網(wǎng)絡的逐漸完善和應用技術的不斷成熟，3G的應用領域也會越來越廣闊。
本文介紹的3G無線傳輸系統(tǒng)可推廣至各種需要檢測、監(jiān)控與安防的環(huán)境之中。
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