Видеонаблюдение по радиоканалу: как работают беспроводные устройства на больших расстояниях

Разработка коммуникационного протокола

Проблема, с которой мы сталкивались в представленном выше эксперименте в том, что радиочастотный канал заполняют другие сигналы, поэтому TX модуль принимает что-то даже если TX модуль выключен. Следовательно, нам нужен способ различать наши сигналы и чужие. Мы можем различить появление нужной передачи 0 и 1, направив пакет тонов различной длительности. После многочисленных экспериментов был выбран 250 мксек период для последовательной передачи данных. А 0 и 1 сигналы устанавливаются 150 мксек и 200 мксек, соответственно. Таким образом 1 байт, отправленный TX модулем предшествует 400 мксек синхронизирующего импульса. На рисунке ниже показана осциллограмма, отправления байта 00110100.

PIC программа для TX модуля здесь. Программа начинается примерно через 2 сек задержка, которая необходима для предотвращения отправки случайных данных сразу после включения питании. TX модуль питается от одной батареи АА, чье напряжение поднимается до 3.3 В микросхемой MAX756.

Передающая часть

Приемник является чуть более сложным. Он также работает на MAX756, которое преобразует 1,5 В АА батареи в 5 В. На 330 Ом резисторе падает напряжение до 3 В. Можно, конечно, поставить MAX756 в 3,3 В режиме, но нам нужно 5 В для запитки других устройств, подключенных к модулю приемника.

Приёмная часть

Приемная программа реализована в виде конечного автомата с двумя состояниями. State0 является стартовой. В этом состоянии мы дожидаемся синхронизации импульсов. Вначале компаратор PIC указывает на передачу. После этого мы измеряем длину полученного импульса. Если она значительно ниже — его игнорируют и схема остаётся в том же состоянии в ожидания очередного импульса. Пороговое значение установлено экспериментально и является оптимальным.

Как только нужный синхроимпульс получен, двигаемся к state1. В этом состоянии мы получаем 8 бит и можем скомпоновать их в байте. Переход в это состояние возможен только если передатчик посылает достаточно долго синхронизирующий сигнал. После измерения длины полученного импульса мы сравниваем ее с порогом. Если импульс слишком короткий, удаляем его и возвращаем обратно state0. В противном случае, проверяем длительность импульса против другого уровня, чтобы различить его между 0 и 1. В результате полученный бит хранится в виде с-бита в регистре статуса и используя сдвиг влево включаем его в байт. После приема 8 бит мы вернемся к state0 и процесс повторяется.

Чтобы проверить, что действительно получен байт, который был послан передатчиком, заставим мигать светодиод соответствующее число раз (4 раза в текущей настройке). После этого ждем около 2 сек и возвращаем обратно state0 получать очередной байт.

Видеонаблюдение на удаленном объекте

Для начала рассмотрим, какой же в этом случае должна быть система видеонаблюдения непосредственно на объекте. Аналоговые системы отпадают практически сразу, так как передать аналоговый видеосигнал на расстояние, большее нескольких сотен метров крайне тяжело, из-за незащищенности такого сигнала от помех. Как вариант, можно использовать аналоговую систему на удаленном объекте и производить оцифровку на выходе этой системы с помощью видеосерверов, а дальше сигнал передавать уже в цифровом виде. Такая схема организации видеонаблюдения наиболее характерна для «унаследованных» аналоговых систем, которые необходимо подключить к какой-либо удаленной системе видеонаблюдения или создать удаленное рабочее место оператора видеонаблюдения.

Для вновь устанавливаемых систем наиболее целесообразно использовать IP-видеокамеры, это намного упрощает организацию связи, позволяет легко масштабировать систему видеонаблюдения и добавлять в нее новые возможности и новое оборудование.

Итак, цифровой сигнал на удаленной площадке получен. Каким же образом можно подключить этот объект к сети организации?

Беспроводное подключение нескольких уличных IP- видеокамер

Иногда необходимо организовать видеонаблюдение там, где нет возможности проложить линии связи для подключения видеокамер.

Пример: организация арендует несколько помещений на территории завода, в которых требуется организовать видеонаблюдение, при этом собственник не разрешает прокладывать кабели связи или требует за это очень много денег.

Как быть в такой ситуации?

Использовать беспроводное подключение по Wi-Fi!

В нашем случае система видеонаблюдения может быть построена следующим образом: Внутри здания центрального офиса организуется видеонаблюдение с помощью IP-камер B-935, входы в здание контролируют при помощи камер B-970. Все эти камеры подключены к локальной сети Ethernet организации с помощью коммутатора, к нему же подключено рабочее место оператора видеонаблюдения.

Требуется подключить разбросанные по территории завода производственные здания, склады и здание конторы.

Так как прокладка кабеля невозможна по экономическим соображениям, придется использовать беспроводное подключение по Wi-Fi. В данном случае мы устанавливаем на крыше здания центрального офиса комплект беспроводной передачи данных по Wi-Fi (для того, чтобы обеспечить прямую видимость с другими зданиями).

На крышах или стенах зданий, в которых установлены IP-камеры видеонаблюдения, монтируются другие комплекты беспроводной передачи данных по Wi-Fi, к которым подключаются видеокамеры с помощью кабеля Ethernet.

Так как расстояние от центрального офиса до самого удаленного здания не превышает 500 метров, можно использовать в составе беспроводного комплекта всенаправленные антенны. От центрального комплекта беспроводной связи кабель Ethernet подключается к коммутатору сети предприятия и оператор может использовать эти IP-камеры точно также, как если бы они были подключены к проводной сети. т.е. подключение по Wi-Fi абсолютно «прозрачно».

Таким образом можно подключить несколько удаленных камер к системе видеонаблюдения предприятия без использования проводных линий связи

Одноканальный пульт дистанционного управления

Сейчас мы попробуем реализовать 1 канал управления при наличии различных помех. Для этого устанавливаем передатчик в режим генерации симметричных квадратных импульсов, период которого регулируется переменным резистором. Он подключен к PIC входу АЦП и напряжение преобразуется как параметр задержки. Период модулирующего сигнала может быть настроен с шагом в 100 мксек начиная от 500 мксек и до 255х100+500 = 26 мсек, что соответствует полосе модулирующих частот от 2000 Гц до 30 Гц, соответственно.

Схема передатчика на одну команду

Приемник позволяет регулировать чувствительность приема сигнала и настроиться на конкретную частоту модуляции. Он использует аналоговый выход. Напряжение на этом выходе пропорционально уровню сигнала. Когда нет сигнала, постоянное напряжение на этом выходе составляет около 1.1 В. это напряжение поступает на неинвертирующий вход встроенного в микроконтроллер компаратора. Инвертирующий вход этого компаратора подключенный к правому (по схеме) переменнику. Напряжение на этом входе должно быть немного больше, чем на неинвертирующем и оно определяет чувствительность системы. На выходе компаратора считывается код и длительность импульсов на его выходе измеряется в единицах, чье числовое значение задается левым (на схеме) подстроечником. Он соединён с АЦП. Таким образом вся система может быть настроена для реагирования на частоту модуляции, и больше ни на какие другие частоты. Следовательно, он работает как частотный селективный фильтр, настроенный переменным резистором.

Схема приёмника на одну команду

При настройке системы сначала выбирает частоту модуляции в передатчике. После этого настраивают приемник, медленно вращая переменник влево. Обе ручки должны быть в примерно одинаковом положении для синхронизации. Файлы проекта в общем архиве.

Беспроводное подключение видеокамер на любом расстоянии по каналам сотовой связи стандарта GSM

 Беспроводные GSM камеры серии применяются там, где невозможно использовать линии проводной связи и доступ по Wi-Fi.

Например, требуется организовать наблюдение за загородным домом, причем там, где недоступны никакие другие средства связи кроме сотовой сети.

В этом случае нам поможет GSM-видеокамера, которая передает данные по каналам сотовой связи по протоколам EDGE или GPRS. Достаточно просто включить ее в сеть 220В, все необходимые соединения камера произведет автоматически, и Вы сможете наблюдать изображение с этой камеры в любой точке мира, там, где есть сеть Интернет. Просто наберите в браузере адрес камеры – и картинка появится перед вами.

При этом встает вопрос об экономии трафика, так его оплата осуществляется помегабайтно и трафик достаточно дорог. Алгоритм компрессии H.264, используемый в камерах производства Beward, позволяет достигнуть отличного качества передачи при меньшем потоке данных (до 40% экономии трафика по сравнению со стандартным форматом MPEG 4). Средняя скорость передачи данных при разрешении CIF 352х288 и 1 кадре в секунду составляет около 40 кбит/с.

Таким образом, можно осуществлять видеонаблюдение везде, где есть сеть связи практически любого сотового оператора.

Комментари к статье:

Оставить сообщение…

Alim
Здравствуйте! Можно ли несколько IP камер через хаб подключить к   WI-FI антене и   передать сигнал на регистратор

Вадим
Все пишут об оборудовании, которое можно продать, но никто не хочет писать о законности и сложности таких установок.

admin
Игорь, если в магазине есть Интернет, то без проблем. Если проводного нет, то можно организовать беспроводной 3G/4G Интернет там.

Игорь
Здравтсвуйте. Я владеют магазином за 500 м от дома. Прямой видимости нет. Хотелось бы наладить там видео и аудио наблюдение и просматривать из дома онлайн. Возможно ли это?

admin
Андрей, такие системы нам не известны. Однако, можно вести запись в облако. Например с камеры IPEYE-3802, подключив к ней 4G модем.

Андрей
Очень интересно расписано что и как, автору БОЛЬШОЕ спасибо. Рассказал про то, про что я даже подумать не мог. Особенно понравилась тема про сотовую передачу видеосигнала, интересно а дому можно поставить и чтобы писалось видео на другом компьютере в другом месте?

Беспроводное подключение видеокамер на расстояние до 30 км

Как быть, если объект видеонаблюдения удален от рабочего места оператора на многие километры, а то и десятки километров? Можно ли в этом случае обойтись без кабеля или оптоволокна?

Да, можно, при использовании беспроводной связи Wi-Fi!

Необходимые условия – отсутствие препятствий на пути распространения сигнала (прямая видимость), достаточная мощность используемого оборудования, использование остронаправленных антенн и очень точная настройка их друг на друга.

Иногда возникает необходимость осуществлять видеонаблюдение за очень удаленными объектами, например, за автозаправками или магазинами из центрального офиса организации.

В этом случае можно использовать подключение IP-видеокамер систем видеонаблюдения по беспроводной сети Wi-Fi (еще раз напомним о необходимости прямой видимости).

Подключаем IP-видеокамеры B-970-K к комплекту беспроводной передачи данных по Wi-Fi (в комплект входит точка доступа, коммутатор, грозозащита, остронаправленная антенна, при необходимости — усилитель), устанавливаем его на мачту для того, чтобы обеспечить прямую видимость с аналогичным комплектом, установленным на крыше центрального офиса. Настраиваем антенны друг на друга и все, подключаем комплект Wi-Fi связи центрального офиса к коммутатору и можем видеть изображение с удаленных камер на мониторе системы видеонаблюдения!

При этом расстояние, на котором можно использовать беспроводную связь Wi-Fi достигает 30 километров (в зависимости от рельефа местности, высоты установки антенн, эфирной обстановки и т.д.)

Реализация десяти импульсного кодирования данных

Недавно мы обнаружили очень полезный коммуникационный протокол, который значительно снижает энергопотребление передатчика. Это 10-импульсное кодирования данных, которое использует интервалы между короткими импульсами для кодирования нулей и единиц в байте. Таким образом, передатчик должен излучать только во время импульсов, что значительно увеличивает срок службы батареи. Кроме того, приемник может автоматически адаптироватся к скорости передачи данных. Мы взяли в качестве прототипа программу, разработанную для аналогичного проекта от одной известной фирмы. Схемы почти такие же, как и в предыдущих экспериментах и используют двухпроводный интерфейс для ЖК-модуля, для отладки. Передатчик посылает текстовую строку при нажатии на кнопку и эта строка отображается на дисплее на стороне получателя.

   

Схемы TXM и RXM 433

Важный вопрос состоит с шириной импульса, которую следует использовать. После многочисленных экспериментов мы пришли к значению 100 мкс, что соответствует примерно 5 кБит/сек скорости на максимальной 10 кБит/с, которую поддерживает модуль передатчика. Получается, что уменьшение длительности импульса в 2 раза приводит к менее уверенному приему. Также, в диапазоне 433 МГц имеется немало шумов в виде нескольких хаотических импульсов на выходе приемника. Дальнейшее уменьшение ширины импульса делает трудным различие между сигналом и шумом. Таким образом, добились хорошего баланса между чувствительностью приемника и фильтрацией шумов.

Программа для передатчика начинается с того, что после нажатия кнопки передатчик будет вызван из спящего состояния и отправлен обратно в сон после передачи данных. Это значительно снижает энергопотребление модуля. Текущие настройки обеспечивают зазоры между импульсами для передачи 0 и 1 810 мксек и 1890 мксек, соответственно, в то время как эталонный зазор — шириной 1350 мксек. Таким образом передача одного байта колеблется между 7.8 и 15.1 мсек, в результате чего скорость передачи данных примерно 66 и 128 байт/сек. Этого более чем достаточно для большинства дистанционно управляемых устройств.

Радиолиния была проверена путем размещения блоков в помещениях, расположенных на разных этажах частного дома с расстоянием 50 метров. Прием испытательного сигнала был стабильный и без ошибок.

Схема передатчика видеосигнала

   Пояснять особо нечего по работе схемы: задающий генератор на ПАВ (резонатор на поверхностно акустических волнах), УВЧ, амплитудный модулятор с регулировкой уровня, линейности и глубиной модуляции. Питание передатчика 6 вольт, ток потребления порядка 180 mA, мощность в антенне около 100 мВт, по квартире сигнал уверенный через 3 стены, качество картинки отличное! При дерганье за антенну картинка не срывается. Антенной был первоначально взят провод ПЭВ-2 1,5, длина 20 см. Размеры платы первого варианта сборки 43 х 36 мм, типоразмер SMD 1206, катушек – SMD 1210.

   В качестве источника сигнала бралась дешёвая цветная камера от видеоглазка. Вэбкамера компьютера сюда не пойдёт, нужен именно аналоговый сигнал. А в вебкамере, как известно, цифровой.

   На приемной стороне использовался обычный маленький черно-белый телевизор с невысокой чувствительностью – специально. Плата передатчика видеосигнала двусторонняя, нижний слой фольги – сплошной экран, соединенный с землей лицевой стороны.

   В оригинальной схеме конденсатора 4,7 пФ не было – ОС генератора на паразитной ёмкости работала, поэтому он может понадобиться.

   После успешных испытаний переделал плату с уплотнением монтажа и переходом на SMD элементы типоразмером 0805, индуктивности размер 1008. ПАВ, как планировал SMD не нашел пока, пришлось лепить выводной (размеры платы не меняются при этом). Они есть в сигах, есть в брелках к ним, есть в радиозвонках китайских, но вещь не особо распространенная. Посмотреть таблицу ПАВ можно здесь.

   Сигнал очень уверенный, даже при сложенной антенне на телевизоре картинка по качеству не теряется. Качество принимаемого сигнала практически как по проводам. Схема с доработками запустилась сразу и без настройки. Размер новой платы теперь 27,5 х 26,5 мм, то что получилось смотрите на фото:

   Это плата последнего варианта, более компактная, стрелкой указана перемычка над транзистором. Упаковал в корпус передатчик видео, а далее в плане соорудить DC-DC преобразователь от Li-Ion аккумулятора.

   Теперь про дальность работы видеопередатчика. Автор обещает до 300 м в цвете и до 500 метров в ч/б режиме. Но провели экспиеримент по дальности и результат превзошёл! Уверенная дальность приема более 800метров! Антенна приемная – родной телескоп ТВ 50 см. Питание передатчика почти 5 вольт, ток потребления 120 мА, можно поднять и до 6 В, ток при этом выростает до 180 мА. соответственно и дальность. Передатчик собрал и испытал ГУБЕРНАТОР.

   Обсудить статью ПЕРЕДАТЧИК ВИДЕОСИГНАЛА

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий