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摘要：本文提供了一種基于3G網絡的電梯無線監控系統設計原理和實現方案，簡要介紹了無線通信網絡技術的基本知識，描述了無線傳輸應用于視頻監控系統和數據傳輸系統的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果.
關鍵詞：3G ；DTU；工業路由器;Internet；視頻監控；無線數傳.
一 概述
電梯運行的安全問題逐漸成為人們日常關注的話題，影響電梯的安全運行有兩方面因素，一是電梯系統自身品質和可靠性;二是人為因素引發電梯轎箱內的人身安全。
隨著房地產業的快速發展，國家倡導的節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開發和消費的主體。同時也給售后物業管理帶來了很多新的問題和困難，電梯設備的使用、維修、管理成本高和物業收費困難等問題也較為突出。
針對電梯這一現代化交通工具的性能和特點，還要實行科學化管理。據悉，一些發達國家在十幾年前就開發應用了智能化電梯安全遠程監控系統。
所謂智能化電梯安全遠程監控系統，集地理信息、計算機控制和遠程通訊技術于一體，通過設定的電梯數據采集器和信息網絡系統，將分布在各處的電梯運行狀況和故障信息及時傳遞到監控中心的監視終端，從而實現對各處電梯進行遠程監視和控制。
長期以來電梯主要采用總線制的報警系統，是電梯安全運行強制要求之一，但隨著視頻監控系統的普及，新安裝的電梯開始加裝視頻監控，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，在新老系統的實際應用中得到工程商和用戶的好評。它通過3G無線網絡實現視頻監控圖像的傳輸和報警信號傳輸。這種穩定可靠的傳輸結構，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，降低了系統造價。
二 系統組網方案
1、系統拓撲結構
2、系統結構說明
電梯的轎廂內安裝攝像頭，通過以太網接口連接才茂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信號數據，通過RS232串口連接才茂3G路由器，然后通過3G網絡將數據傳送到監控中心。
3、系統組成
a、 網絡攝像頭（IP攝像頭），主要負責電梯轎箱內視頻監控。
b、 電梯信號采集器，主要負責采集電梯各種狀態及參數信息并通過串口傳送至才茂路由器。
c、 中心監控主機，配合自身的中心軟件，實現遠程同步實時監控、錄像并顯示電梯的運行狀態。
三 系統功能
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；電梯控制柜內安裝電梯信息采集器，通過RS232接口連接才茂路由器；監控中心安裝監控主機和監控顯示器；通過才茂路由建立的3G網絡通信通道，即可在監控中心看到電梯轎廂內的視頻圖像以及電梯運行狀態。
2、 安裝在電梯轎廂頂上的攝像頭采集轎廂內視頻圖像；
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信號采集，并轉換成數字信號，傳輸到串口；
4、 監控顯示器可實現多路電梯圖像畫面遠程同屏監控，多畫面智能切換輪巡；在同一局域網內任一臺電腦安裝上網絡監控軟件后都可連接上主機，并能同時查看圖像及回放；
5、 同屏遠程監控多臺電梯轎廂內情況，在監控中心即可看到轎廂內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、動態檢測錄像，并實現圖像回放，文件備份；
動態檢測錄像——當在預設好的時間、區域檢測到運動的人或物體，系統就會自動錄像。
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；
9、 電梯出現故障時（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、 本系統采用無線傳輸，圖像清晰、通用性強、數碼圖像存儲，方便新裝或加裝。
四 系統的無線通信實現原理
（一）電梯轎廂終端
電梯終端使用才茂工業級路由器，同時具備路由功能和DTU功能。一方面通過建立路由連接，使電梯內的IP攝像頭和中心監控主機之間形成通信通道，另一方面通過DTU功能，使電梯內的信息采集器和中心監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，必須先進行參數設置，以決定進入透明數據傳輸模式后的工作方式。需要設置的參數有：監控中心IP地址（或動態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；觸發方式設置等。
才茂工業級路由器的主要特點：
廈門才茂工業級WCDMA 3G路由器CM8150R，是一款采用聯通WCDMA 3G網絡，工業級設計，帶1個以太網口RJ45的無線路由器。設備采用高性能的工業級ARM9通信處理器，以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平臺，系統集成了全系列從邏輯鏈路層到應用層通信協議，支持VPN（包括PPTP+L2TP+MPPE和IPSEC+GRE）,IPTABLE防火墻，靜態及動態路由，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。
該產品整機采用工業級設計；系統帶有看門狗WDT保護，另外加載了系統監測保護SWP（System Watch Protect）；產品通過電力3000V電擊測試；產品擁有維護系統穩定的專利技術，確保設備永遠在線；經過嚴格的設計、測試和8年的實際應用，產品性能穩定可靠。
工業級設計
1. 工業級CPU：工業級ARM9高性能嵌入式處理，200MPS；帶 16KB Dcache，高速緩存數據，加快高速數據訪問速度；帶16KB Icache，高速指令緩存，加強了指令處理速度。
2. 工業級無線模塊：采用工業級無線模塊，抗干擾強，傳輸穩定。
3. 實時操作系統：采用LINUX2.6.28操作系統，帶內存管理單元，實時性強，功能升級快，系統穩定，帶完善TCP/IP協議棧；
4. 強化電路板：PCB采用遵循3H和3W原則，同時公司所有產品電路板都采用高品質材質來生產，確保板材的穩定可靠。
5. 工業級元器件：整機元器件采用嚴格篩選的工業級元器件來生產。
6. 工業級電源：寬壓電源設計，電源適應范圍為DC5V~DC35V，內置電源反向保護和過壓過流保護。
7. 電磁防護：以太網接口內置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，系統保護等級IP30；天線帶防雷設計；系統超低溫和超高溫設計；特別適合在環境惡劣的工業環境下使用。
穩定可靠
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. 三層系統保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗WDT保護）系統保護的基礎上，增加一級系統虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，確保系統穩定可靠
3. UIM/SIM卡ESD保護：1.8V/3V/5V標準的推桿式用戶卡接口，內置15KV ESD保護。
4. 串口ESD保護：串口RS232內置15KV ESD保護。
5. 金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統安全隔離，防雷設計；符合電力安規要求；防護等級為IP41；特別適合于環境惡劣的工業控制領域。
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的工業級CPU，可以更加高速地處理各種協議數據轉換；解決了業內“假在線”、“假死機”、“當機”等疑難問題。
8. 超大內存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits，有超大的內存來緩存客戶發送數據，同時接收超大數據包，數據不丟失。
9. 完善的協議棧：新系統加載了完善的TCP/IP協議棧，采用了完善的TCP/IP協議棧；使網絡通信性能優異，掉線概率極大降低。
10.EMC性能優異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業領域環境惡劣下使用；系統EMC/EMI優異，系統穩定可靠；通過EMC測試；公司產品2010年榮獲“中國工控行業客戶滿意最佳供應商”。
功能強大
1. 支持以太網數據通信和路由轉發，同時也支持串口TCP/UDP透明數據傳輸或者串口配置
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上線和某個時間內下線
6. 支持多種上下線觸發模式，包括短信、電話振鈴、串口數據、網絡數據觸發上下線模式
7. 支持動態路由和靜態路由、RIPv1、RIPv2、OSPF、BGP、NDSP、IRMP、SNSP、IGMP、DVMRP、PIM-SM/DM
8. 支持多種協議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。
9. 支持動態路由和靜態路由
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，實現參數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交互環境
18.支持多臺終端共享router ppp廣域網出口
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系統診斷，調試功能
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
簡單易用
1. 產品出廠配置默認參數，客戶只需修改個別參數甚至不需要做任何參數修改，就可以實現快速使用設備。
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，實現客戶快速配置；提供批量配置功能，實現批量設備的配置。
3. 產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，同時協助分析異常時的原因；通過串口調試軟件，提供不同的調試等級輸出，方便客戶查看各種信息，快速定位問題。
（二）監控中心
本文監控中心采用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，可采用動態域名解決辦法。動態域名的功能，就是實現固定域名到動態IP地址之間的解析。監控中心每次上網得到新的IP地址之后，安裝在監控中心計算機里的動態域名軟件就會把這個IP地址發送到動態域名解析服務器，更新域名解析數據庫。電梯終端路由器通過這個域名發起Socket連接時，動態域名解析服務器會返回正確的IP地址給它。
監控中心的軟件可采用自主編寫，內部調用才茂動態鏈接庫，用來完成Socket程序的編寫；或者使用支持才茂協議的組態軟件。監控中心軟件應具有在監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視場所，并隨時調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。
網址http://www.caimore.com
五 結束語
綜合電梯視頻及報警信息系統是在原有監控技術基礎上，將視頻、報警、控制等獨立的系統集成于一體，充分利用了原有獨立系統的資源，提升了安全防范的效果。
在將視頻監控系統和報警信息系統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還需要能傳輸電梯運行數據，遠程控制。隨著對電梯運行的安全性要求越來越高，集視頻監控、報警、運行數據傳輸和遠程控制的電梯安防系統將會滿足越來越多的用戶需求。
隨著生產管理水平的不斷提高，遠程視頻監控得到了廣泛的應用，也越來越成熟，而且正朝著網絡化、智能化的方向發展。采用3G無線傳輸數據通訊方法解決了遠程監控系統的通訊問題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優越性。由于傳送的是視頻數據，數據量大且較為頻繁，可選擇不限量使用的商務套餐較為經濟。我們在實驗室構建了該無線視頻遠程監控，獲得了理想的效果。而且，隨著3G網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無線傳輸系統可推廣至各種需要檢測、監控與安防的環境之中。
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