機(jī)車機(jī)械電器間監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

桂學(xué)義

摘要：針對(duì)機(jī)車機(jī)械電器間監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究的目的在于明確該系統(tǒng)的主要功能，突出設(shè)計(jì)過程中的技術(shù)要點(diǎn)，確保該系統(tǒng)能夠在機(jī)械電器間的監(jiān)視上發(fā)揮出切實(shí)作用?；诖耍疚尼槍?duì)機(jī)械電器間監(jiān)視系統(tǒng)的基本功能進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，然后從性能參數(shù)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)兩個(gè)方面進(jìn)行了論述，最后闡述該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，希望可以對(duì)相關(guān)人員起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)車 機(jī)械電器間 監(jiān)視系統(tǒng) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

機(jī)械電器間是機(jī)車中的重要環(huán)節(jié)，在機(jī)車運(yùn)行時(shí)間和路程不斷增長的情況下，機(jī)械和電器發(fā)生故障問題的概率也隨之增大。由于機(jī)械電器間環(huán)境較為惡劣，不可能安排人員駐守監(jiān)視，因此只能通過監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行全天候的監(jiān)視，確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題予以解決。因此，需要對(duì)監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行要求，使其能夠發(fā)揮出重大作用。

一、 機(jī)車機(jī)械電氣間監(jiān)視系統(tǒng)功能分析

對(duì)于一個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)而言，其所具備的功能不僅僅是對(duì)機(jī)械電器進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)視，還應(yīng)該體現(xiàn)出其他方面的功能，具體有以下幾點(diǎn)。

首先，該系統(tǒng)應(yīng)該具備多形式的顯示功能，即可以通過多種不同的渠道實(shí)現(xiàn)監(jiān)視畫面的顯示，以滿足不同的使用需求。比如，可以實(shí)現(xiàn)全屏顯示，其就是將某一個(gè)監(jiān)視畫面進(jìn)行全屏。還可以實(shí)現(xiàn)多幅同屏顯示，也就是在同一個(gè)屏幕上，顯示多個(gè)監(jiān)視畫面，一般是4個(gè)或者9個(gè)。

其次，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)和多人員的連接，既要讓機(jī)車的乘務(wù)員、車長等能夠?qū)崟r(shí)查看監(jiān)視系統(tǒng)的具體畫面，明確機(jī)械電器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，也要讓進(jìn)行相關(guān)檢修的工作人員，通過移動(dòng)設(shè)備查看到監(jiān)視畫面內(nèi)容。

最后，需要對(duì)監(jiān)視系統(tǒng)所產(chǎn)生的各類監(jiān)視數(shù)據(jù)、信息、圖像以及視頻等進(jìn)行儲(chǔ)存和保存，以便在以后的相關(guān)工作中可以直接調(diào)用。

二、 機(jī)車機(jī)械電器間監(jiān)視系統(tǒng)的性能參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，需要確定監(jiān)視系統(tǒng)的基本原理。其主要是通過攝像頭采集監(jiān)視數(shù)據(jù)，將其傳輸?shù)綀D像采集器，然后進(jìn)行編碼和儲(chǔ)存，基于控制協(xié)議傳輸?shù)斤@示屏上，以供分析只用，下圖所示即為原理流程。

在明確監(jiān)視原理流程的基礎(chǔ)上，就需要探討系統(tǒng)的性能和設(shè)計(jì)要點(diǎn)了。就性能參數(shù)而言，監(jiān)視屏一般可以使用分辨率為1024x768像素的屏幕，就能夠滿足基本要求。若是條件允許，可以使用分辨率更高的屏幕。視頻采集通道數(shù)量在1到32個(gè)之間，以實(shí)際情況為準(zhǔn)。為了應(yīng)對(duì)大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可以設(shè)置500GB的儲(chǔ)存硬盤，可視具體情況增大硬盤容量。系統(tǒng)電源一般為110V直流電源。CCD器件選擇1/311SONY CCD，其最低照度為0LUX/F1.2，水平分辨率為480TVL。

在明確性能參數(shù)之后，就需要進(jìn)一步掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。首先，電磁干擾的問題在機(jī)車內(nèi)是比較常見的，這會(huì)對(duì)監(jiān)視系統(tǒng)的線路和設(shè)備產(chǎn)生較大的干擾，導(dǎo)致監(jiān)視信號(hào)的質(zhì)量下降，這在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要注意。其次，在機(jī)車的運(yùn)行過程中，可能出現(xiàn)長時(shí)間的連續(xù)震動(dòng)，這對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定可靠性提出了較高的要求。第三，從機(jī)車機(jī)械電器間到控制室之間存在較長的距離，要將監(jiān)視信號(hào)從機(jī)械電器間傳輸?shù)娇刂剖遥渲芯蜁?huì)受到很多外部因素的影響，會(huì)降低圖像質(zhì)量。第四，機(jī)械電器間空間使用度高，可供安裝監(jiān)視設(shè)備的空間有限，可能會(huì)影響到攝像頭的監(jiān)視范圍，造成監(jiān)視死角。最后，監(jiān)視系統(tǒng)需要的工作溫度和存放溫度都比較低，這就需要做好相應(yīng)的降溫措施，確保監(jiān)視系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

三、 機(jī)車機(jī)械電氣間監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)主機(jī)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主機(jī)是監(jiān)視系統(tǒng)的核心功能部分，為了使其能夠正常的發(fā)揮公用，在選擇上應(yīng)該以抗振動(dòng)抗沖擊性能優(yōu)良的工控主機(jī)為主，同時(shí)需要加強(qiáng)主機(jī)內(nèi)部器件和板卡的緊固連接，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化其整體性能，由此消除因?yàn)闄C(jī)車震動(dòng)對(duì)監(jiān)視系統(tǒng)造成的影響。其次，主機(jī)對(duì)監(jiān)視器的控制上，一般是1臺(tái)主機(jī)控制2臺(tái)監(jiān)視器，同時(shí)將視頻信號(hào)劃分為2類分別進(jìn)行傳輸，但是這2路視頻信號(hào)在各方面標(biāo)準(zhǔn)上都是保持一致的。另外，由于在長距離傳輸中，VGA信號(hào)會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的衰減，以此需要按照網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過超五類傳輸線實(shí)現(xiàn)信號(hào)衰減的弱化，提升監(jiān)視信號(hào)的傳輸效果。下圖所示即為監(jiān)視系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中虛線部分就表示了系統(tǒng)主機(jī)。

（二） 攝像頭設(shè)計(jì)

攝像頭是整個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是獲取對(duì)象狀態(tài)信息的直接手段，相當(dāng)于監(jiān)視系統(tǒng)的“眼睛”。對(duì)于攝像頭的設(shè)計(jì)而言，首先需要確保其能夠滿足全天候24h的運(yùn)行要求。由于24h時(shí)間內(nèi)，機(jī)械電器間的光線變化是非常明顯的，攝像頭必須適應(yīng)這種光線變化，能夠在黑暗的環(huán)境下達(dá)到監(jiān)視目的，因此需要帶有紅外功能。其次，由于振動(dòng)和電磁干擾問題的存在，攝像頭的信號(hào)傳輸和穩(wěn)固都會(huì)受到影響。因此，在攝像頭的設(shè)置上，需要通過全金屬外殼對(duì)其進(jìn)行防電磁干擾處理，同時(shí)需要做好加固，抵抗振動(dòng)。最后，由于機(jī)車機(jī)械電器間內(nèi)部空間有限，因此在安裝之前，就需要規(guī)劃處幾個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢茫瑢?duì)其監(jiān)視范圍和效果進(jìn)行分析對(duì)比，找到最優(yōu)的攝像頭安裝點(diǎn)位。此外，還可以設(shè)計(jì)一個(gè)攝像頭托座，設(shè)置一個(gè)球形殼體，將相關(guān)的器件設(shè)置在該殼體內(nèi)部，這樣攝像頭就可以在其中實(shí)現(xiàn)三維轉(zhuǎn)動(dòng)，提升其監(jiān)視范圍。

（三） 監(jiān)視屏設(shè)置

監(jiān)視屏是顯示監(jiān)視畫面的重要器件，在進(jìn)行設(shè)置時(shí)，需結(jié)合實(shí)際情況合理進(jìn)行。首先，為了在控制室內(nèi)留足空間，需要選擇外形小巧的液晶屏，并且按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行安裝。其次，顯示屏的選擇前文已經(jīng)說到，至少要滿足1024x768的分辨率?？梢暱臻g大小對(duì)顯示屏大小進(jìn)行合理調(diào)整。再次，在TB/T3021-2001中規(guī)定了機(jī)車電子設(shè)備的使用溫度：在零下45oC時(shí)能夠安全存放，在零下25oC時(shí)能夠正常工作。因此，基于這一要求，就需要選擇符合這一溫度規(guī)定的顯示屏。最后，機(jī)車運(yùn)行過程存在的長時(shí)間振動(dòng)問題，需要加強(qiáng)對(duì)顯示屏的固定，以及相關(guān)線路的連接，弱化其受到的振動(dòng)影響，保證監(jiān)視信號(hào)傳輸穩(wěn)定。

（四） 電源設(shè)計(jì)

前文已經(jīng)對(duì)電源的性能參數(shù)作了簡(jiǎn)單說明，但是實(shí)際上110V電源是機(jī)車上的直流電源，對(duì)于監(jiān)視系統(tǒng)而言，并不需要如此大的電源，這就需要通過轉(zhuǎn)化器將110v電源轉(zhuǎn)化為5V和12V為監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)備器件進(jìn)行供電。不僅如此，電磁干擾、溫度、適度、脈沖、靜電等因素都會(huì)影響到供電質(zhì)量，在電源設(shè)計(jì)中也許通過合理措施避免這些問題。

結(jié)束語：

設(shè)計(jì)機(jī)車機(jī)械電器間監(jiān)視系統(tǒng)的意義在于為其提供全天候24h的監(jiān)視服務(wù)，取代傳統(tǒng)的人力檢查，以此及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并解決問題。在進(jìn)行監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要明確其設(shè)計(jì)要點(diǎn)和系統(tǒng)功能，從系統(tǒng)主機(jī)、攝像頭、顯示屏以及電源等方面逐一完善設(shè)計(jì)，并予以實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]于永生.機(jī)車機(jī)械電器間監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2008，No.26208：32-33.