李歡歡 彭川黔 朱新才 龔恒翔

摘 要：由于現(xiàn)有的監(jiān)控成像設(shè)備智能化水平低，不能自行主動(dòng)調(diào)整其攝像狀態(tài)和清除外部異物，且需要外部供電，本文設(shè)計(jì)了一種綠色智能半隱蔽式監(jiān)控裝置，在現(xiàn)有的監(jiān)控成像設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了自清潔結(jié)構(gòu)和清潔能源結(jié)構(gòu)，通過(guò)智能控制系統(tǒng)利用自身電能驅(qū)動(dòng)監(jiān)控操作和清潔透視窗口，有效解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控 太陽(yáng)能電池 反射成像 自清潔 智能控制

中圖分類號(hào)：TP1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（a）-0053-03

Abstract： Traditional monitoring imaging equipment with low level of intelligence cannot adjust the system status automatically， is easy to be contaminated and need external power supply. In this paper we introduce an intelligent， environment-friendly and semi concealed monitoring imaging equipment. With solar power supply system this new equipment do not need external power supply and it can clean contaminations automatically according to the image quality.

Key Words： Monitoring； Solar cell； Reflection image； Self-cleaning； Intelligent control

隨著技術(shù)進(jìn)步，各種監(jiān)控成像系統(tǒng)在人們生活中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。超市、銀行、學(xué)校、倉(cāng)庫(kù)、居民小區(qū)、街道及道路等各種公眾場(chǎng)所和公司都大量裝配了監(jiān)控系統(tǒng)[1，2]。現(xiàn)有戶外監(jiān)控成像裝置由于長(zhǎng)期處于外界環(huán)境中，空氣中的粉塵和異物貼附于鏡頭或透視窗口，嚴(yán)重影響監(jiān)控成像裝置的成像效果和監(jiān)控質(zhì)量。并且，現(xiàn)有的戶外監(jiān)控成像裝置常采用開(kāi)放結(jié)構(gòu)，戶外風(fēng)吹日曬雨淋等環(huán)境因素對(duì)監(jiān)控成像系統(tǒng)的可靠性也是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，尤其是具有可轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，在長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下，更是如此。另外，現(xiàn)有的監(jiān)控成像設(shè)備智能化水平低，不能自行主動(dòng)調(diào)整其攝像狀態(tài)和清除外部異物，且需要外部供電，制約了其使用范圍。因此，我們研制了綠色智能半隱蔽式監(jiān)控裝置，增加自清潔結(jié)構(gòu)和清潔能源機(jī)構(gòu)，并通過(guò)智能控制系統(tǒng)可智能利用自身電能驅(qū)動(dòng)監(jiān)控操作，有效解決現(xiàn)技術(shù)存在的問(wèn)題。

1 綠色智能半隱蔽式監(jiān)控裝置整體結(jié)構(gòu)

綠色智能半隱蔽式監(jiān)控裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 綠色智能半隱蔽式監(jiān)控裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工作原理

2.1 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能發(fā)電板（30）和蓄電池（31）。太陽(yáng)能發(fā)電板[3]將太陽(yáng)光的光能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存在蓄電池中。蓄電池為攝像機(jī)（7）、步進(jìn)電機(jī)（3）、抽水泵（22）、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（27）提供電能。因此通過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)可以自身提供驅(qū)動(dòng)電能，從而不需外部能量，避免對(duì)外部電源的依賴，擴(kuò)大了其適用范圍。

2.2 自清潔系統(tǒng)

自清潔系統(tǒng)包括儲(chǔ)水箱（20）、噴嘴（21）、抽水泵（22）和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（27）。太陽(yáng)能發(fā)電板（30）的邊緣處向上翻邊（33），形成一個(gè)集水槽（34），集水槽與儲(chǔ)水箱連通。下雨的時(shí)候，集水槽將雨水收集起來(lái)，儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱中，用于監(jiān)控裝置的清潔。

儲(chǔ)水箱的上部為集水段（24），下部為儲(chǔ)水段（25），儲(chǔ)水段的內(nèi)壁與旋轉(zhuǎn)軸承（26）的外圈固定，集水段的內(nèi)壁與外殼的外表面之間為間隙配合，其間隙在0.2mm內(nèi)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)可驅(qū)動(dòng)環(huán)形儲(chǔ)水箱繞旋轉(zhuǎn)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)噴嘴轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高透明玻璃罩整個(gè)圓周的清洗，使其清洗徹底。在集水段的內(nèi)壁與外殼的外表面之間有彈性密封圈，避免水從外殼表面漏出，提高儲(chǔ)水箱儲(chǔ)水能力。通過(guò)自清潔系統(tǒng)可對(duì)透視開(kāi)口進(jìn)行自動(dòng)清洗，去除貼附于其上的粉塵和異物，有助于進(jìn)一步提高裝置的成像效果和監(jiān)控質(zhì)量。

2.3 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)[4]包括PLC控制器（35）和多個(gè)固定在太陽(yáng)能發(fā)電板底部及噴嘴支臂上的攝像頭（36）。PLC控制器接收并傳遞信息，可以控制攝像頭、攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、抽水泵、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行智能監(jiān)控和清潔操作。

進(jìn)行智能監(jiān)控時(shí)，PLC控制器發(fā)出監(jiān)控指令，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)反棱鏡固定架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)反棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，外部物體的反射光通過(guò)設(shè)置在外殼透視開(kāi)口處的高透明玻璃罩進(jìn)入反棱鏡，產(chǎn)生反射光，反棱鏡的成像中心與攝像機(jī)的成像中心重合，攝像機(jī)捕獲到反射光進(jìn)行呈像，并返回到PLC 控制器，從而完成監(jiān)控；當(dāng)高透明玻璃罩外部異物達(dá)到一定程度時(shí)，從攝像頭傳來(lái)的視頻信息像素會(huì)降低，這時(shí)PLC 控制器發(fā)出清洗指令，啟動(dòng)抽水泵、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)高透明玻璃罩整個(gè)圓周進(jìn)行清洗，保證其表面的透明度和成像質(zhì)量。通過(guò)智能控制系統(tǒng)可智能驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行監(jiān)控操作，使用監(jiān)控操作智能化、自動(dòng)化，提高成像效果和監(jiān)控質(zhì)量。

2.4 反射成像系統(tǒng)

反射成像系統(tǒng)包括全反棱鏡（5）、反棱鏡固定架（4）、步進(jìn)電機(jī)（3）和攝像機(jī)（7）。當(dāng)PLC控制器發(fā)出監(jiān)控指令，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸與反棱鏡固定架上的中心軸通過(guò)磁聯(lián)軸器固定連接，因此步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)反棱鏡固定架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)反棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。外部物體的反射光通過(guò)高透明玻璃罩進(jìn)入反棱鏡，產(chǎn)生反射光，反棱鏡的成像中心與攝像機(jī)的成像中心重合，攝像機(jī)捕獲到反射光進(jìn)行成像，并返回到PLC控制器，從而完成監(jiān)控。

監(jiān)控裝置采用反射成像替代了直接成像，提高了其隱蔽性和安全性，采用全反棱鏡，比反射鏡有更好的成像質(zhì)量。采用反射成像方式，監(jiān)控?cái)z像頭取消了云臺(tái)裝置，反棱鏡在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可以360°旋轉(zhuǎn)，也可以在某個(gè)確定角度停止，實(shí)現(xiàn)了360°全景掃描和定角度監(jiān)控功能，故障率和能耗比目前云臺(tái)旋轉(zhuǎn)方式低很多。

3 結(jié)語(yǔ)

綠色智能半隱蔽式監(jiān)控裝置，通過(guò)智能控制系統(tǒng)可智能驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行監(jiān)控操作，使用監(jiān)控操作智能化、自動(dòng)化，提高成像效果和監(jiān)控質(zhì)量。通過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)自身提供驅(qū)動(dòng)電能，避免對(duì)外部電源的依賴，擴(kuò)大了適用范圍。通過(guò)自清潔系統(tǒng)對(duì)透視開(kāi)口自動(dòng)清洗，去除貼附其上的粉塵和異物，提高了成像效果和監(jiān)控質(zhì)量。用反射成像替代了直接成像，裝置外觀具有較好的隱蔽性，無(wú)法直接看到監(jiān)控?cái)z像頭，提高了其隱蔽性和安全性。取消了云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。采用外殼封閉結(jié)構(gòu)，減小了外部環(huán)境因素對(duì)監(jiān)控裝置的損傷。通過(guò)電磁聯(lián)軸器連接電機(jī)與反棱鏡固定架，實(shí)現(xiàn)了兩軸無(wú)接觸傳遞轉(zhuǎn)矩，防止電機(jī)與反棱鏡固定架的連接出現(xiàn)卡死而導(dǎo)致機(jī)器無(wú)法正常工作的情況發(fā)生，提高了可靠性。裝置的整體性增強(qiáng)，施工安裝的成本降低，施工難度降低，施工時(shí)間縮短?？梢浦残詮?qiáng)，可以作為一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌到路燈、墻體和廣告牌等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使用的靈活性提高。因此，綠色智能半隱蔽式監(jiān)控裝置可以實(shí)現(xiàn)低成本高質(zhì)量的定向和全景模式監(jiān)控。

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