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无线太阳能远程监控系统原理和架构

  近几年,传统视频监控方兴未艾之时,太阳能无线网络监控,一种真正的脱 “线”了的远程视频传输模式,犹如一只奇葩悄然绽放。太阳能无线传输模式慢慢从一种概念,成为工程实用案例,走入人们的视野。跟我们一起揭开太阳能无线远程监控的面纱。

  一、应用特点

  该系统由于主要利用的是可再生新能源供电的无线传输模式,所以该系统具有:不需挖沟埋线、不需要输变电设备、不消耗市电、维护费用低、低压无触电危险。此种工程案例主要应用于一些偏远地带以及太阳能资源相对丰富的地区。如高速公路、电力传输线监控、石油天然气管道监控、森林防火监控、边境线监控、航道指示灯塔、海岸线、岛屿(群)等。其次是景区的需要,如城市风光景区、旅游景区、自然保护区、野生动物保护园区。简单概括为“三无一有”的地方,即无人无电无网线,但需要实时监控管理又需节能零排放无污染的地方或区域。

  这些野外大范围监控是网络视频监控的一个新的应用市场,它对监控系统的供电和信号传输提出了各种新的要求。利用太阳能和无线网络传输来实施远距离视频监控,有助于大幅度降低工程材料使用量和施工作业工程量,是野外视频监控领域节能环保的有效选择。无线太阳能远程监控是新能源行业和物联网行业的一个有效结合。

  二、系统原理和架构

  太阳能无线视频监控系统有太阳能发电子系统、电源管理子系统、蓄电池子系统、摄像机子系统、视频记录子系统、数据传输子系统和其它辅助子系统组成。整个系统的架构图如下:


  

  从系统架构图中可以看出:太阳能发电子系统,数据无线传输子系统分别解决了远距离监控的供电问题和传输问题,这是实现野外远距离监控的关键系统。下面我们就这两个重要系统分别进行分析和阐述。

  1.太阳能发电子系统

  太阳能发电系统是整个系统的关键,需要根据太阳能为蓄电池充电的速度来决定太阳能发电的功率。由于蓄电池充电有其自身的特性和有效日照时间的影响,蓄电池需要一天或以上才能达到充满的效果。

  由于太阳能发电和蓄电池储电的宝贵,它直接影响了整个系统的建设成本,因此整个系统中工作部分设备的低功耗运行变成为了太阳能无线视频监控的关键之一。目前市场销售的摄像机都没有在这方面提供明确的数据,不少摄像机如高速球采用24伏交流供电。为了使太阳能和蓄电池的电压能够满足市售摄像机的工作,必须对系统中的电压进行变化。由于电压变换过程中的损耗,使得整个系统的电量有效使用率大幅度下降。“为了解决这个棘手的问题,我们必须制定太阳能无线监控系统进行供电及相关标准并进行统一。首先,所有摄像机和各种设备都基于直流12伏电压,且满足低功耗运行要求,比如说我们对摄像机换了电机,对部分电路采用低功耗元器件并进行了特别设计;其次,缩短其部分系统的运行时间。比如说功放,它只有在通话时才会自动开启。这样整个耗电系统就符合低功耗要求,同时也降低了太阳能系统的供电成本。”吴勇彪对供电部位如何节能解释道。

  蓄电池的计算,主要是根据客户的系统需要连续工作的时间的需求来计算的。“太阳能电池板的发电功率和蓄电池的容量不是一个简单的比例关系”吴勇彪说,太阳能电池板发电不足的情况下,容易使蓄电池出于长期亏电的状态,从而缩短蓄电池的寿命。供电控制系统必须把有限的太阳能功率最大程度化地利用,在最短的时间内把蓄电池充满。“在我们设计的太阳能供电系统中有一个充电管理系统通过对蓄电池进行矩阵式控制,从而发挥了举足轻重的作用。”

  2.数据无线传输子系统

  目前适合进行太阳能无线视频监控的数据传输方式有两种:无线网络即WIFI和3G网络。两种网络各有优点,用户可有针对性选择。

  如果监控点离监控中心之间的距离为数公里,且中间无阻隔,或者可以通过增加很少的转接点连接到监控中心,这种情况就比较适合采用WIFI传输。WIFI传输可以获得较高的有效带宽,保证视频传输的清晰度和流畅性。“如果用户可以通过自身的能力建设这些WIFI基站和转接点,系统建成后总体运营成本会比较低,不过前期投入成本高。”吴勇彪分析道。如果监控点离监控中心比较远,且中间有很多建筑和阻隔,这时采用3G视频传输将是一个比较好的选择。利用3G视频传输,将视频数据通过相关的电信运营商的网络传递到监控中心。如果可以通过互联网来传输视频则会更加容易实现跨地区的远程视频监控。综合比较起来,WIFI传输适合于没有或较少阻挡的地区,例如农牧场、湖泊、沼泽、河流、海岸等等。3G传输由于运营商的服务的支持,更加适合于城市、村庄、郊区和快速应急应用。

  如果从经济上来比较,吴勇彪向记者算了一笔账。“我们以30KM处的监控点来比较,环境是比较空旷的地带。如果选择3G传输,每个月要交给电信运营商的3G使用费大概是600-800元,那一年的租金大概要10000元;以蓄电池5年的周期一换来算,5年大概要5万的费用;如果是WIFI传输,假设要建立6个太阳能中转(基)站,假设每个太阳能中转(基)站的建设费用要3万元,合计大概是18万元。”

  从这笔账看来,似乎3G的费用更低,不过具体工程得具体分析。吴勇彪解释:“如果半径30KM以内,监控点是10个以上,我建议用WIFI传输;如果监控点是10个以内,就用3G传输比较经济些。不过这也要看客户的喜好和需求,由于3G带宽还不能达到传输高质量监控图像的期望值,加上3G资费的因素,所以在开阔地域使用WIFI传输偏多些,国外的情况也是如此。”

  3.其他子系统

  其它主要是摄像机子系统,这是视频监控的中心。工程要根据耗电设备的整个功耗参数指标,所以这些设备的参数非常重要,将直接影响到对太阳能能发电子系统和蓄电池子系统的计算和设计,直接影响到整个系统能否正常运行。同时,由于太阳能无线视频监控都是应用于野外,受气候条件的影响很大。在我国就室外气温幅度在-40℃-40℃,因此需要能够在如此宽范围的气候条件下工作的监控设备。但不能为了解决在低温情况下的工作问题,简单地采用摄像机内加热的方法。因为加热需要消耗大量的电量。所以在此种监控工程中采用工业级设计标准、选用工业级元器件,使得摄像机可以在比较宽的气候条件下工作,尽量减少机内加热的工作才是最佳选择。

  “为了使得太阳能视频监控更加容易实现,我们对摄像机的联接接口进行改进。”吴总说,“减少用线,简化安装。我们的摄像机在提供电源、视频和云台控制的标准接口以外还提供三位一体的综合接口,使用一根联线就可以满足电源、视频和云台控制等需要”。

  同时,为了克服无线传输过程可能出现的视频中断,需要在现场记录设备中采用相应的如SD卡和硬盘等存储器件。除此之外,还可以根据客户需要配备一些类似于灯光、探测、报警等辅助系统。

  三、应用案例

  为了更好地理解太阳能无线监控视频传输,吴勇彪例举了一个太阳能供电3G网络传输电塔监控系统的案例。

  某制造企业为保障企业生产用电安全,防止输电线路被破坏,决定对厂外的输电线路的3座供电塔进行综合监控。3座供电塔距厂区距离分别是3至7公里,平时巡查使用大量的人力、车辆和时间。“建立监控系统可以有效降低对这些电塔的监控成本。由于电塔地处野外,无可用的网络及电源供应,因此建设监控困难很多。”吴勇彪说。在这种情况下,客户选择了桥茵科技太阳能供电3G网络传输信号摄像监控系统。根据客户的功能要求,经过计算,整个前端监控的耗电功率总和在25W左右。太阳能发电可以满足连续阴雨天工作4至7天。


(责任编辑:zxh007)

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