绿色智能半隐蔽式监控装置

李欢欢 彭川黔 朱新才 龚恒翔

摘 要：由于现有的监控成像设备智能化水平低，不能自行主动调整其摄像状态和清除外部异物，且需要外部供电，本文设计了一种绿色智能半隐蔽式监控装置，在现有的监控成像设备的基础上增加了自清洁结构和清洁能源结构，通过智能控制系统利用自身电能驱动监控操作和清洁透视窗口，有效解决现有技术存在的问题。

关键词：监控 太阳能电池 反射成像 自清洁 智能控制

中图分类号：TP1 文献标识码：A 文章编号：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

随着技术进步，各种监控成像系统在人们生活中的应用范围越来越广。超市、银行、学校、仓库、居民小区、街道及道路等各种公众场所和公司都大量装配了监控系统[1，2]。现有户外监控成像装置由于长期处于外界环境中，空气中的粉尘和异物贴附于镜头或透视窗口，严重影响监控成像装置的成像效果和监控质量。并且，现有的户外监控成像装置常采用开放结构，户外风吹日晒雨淋等环境因素对监控成像系统的可靠性也是一个巨大的考验，尤其是具有可转动云台系统的监控系统，在长时间使用的情况下，更是如此。另外，现有的监控成像设备智能化水平低，不能自行主动调整其摄像状态和清除外部异物，且需要外部供电，制约了其使用范围。因此，我们研制了绿色智能半隐蔽式监控装置，增加自清洁结构和清洁能源机构，并通过智能控制系统可智能利用自身电能驱动监控操作，有效解决现技术存在的问题。

1 绿色智能半隐蔽式监控装置整体结构

绿色智能半隐蔽式监控装置整体结构如图1所示。

2 绿色智能半隐蔽式监控装置系统设计和工作原理

2.1 太阳能发电系统

太阳能发电系统包括太阳能发电板（30）和蓄电池（31）。太阳能发电板[3]将太阳光的光能转化成电能储存在蓄电池中。蓄电池为摄像机（7）、步进电机（3）、抽水泵（22）、旋转驱动电机（27）提供电能。因此通过太阳能系统可以自身提供驱动电能，从而不需外部能量，避免对外部电源的依赖，扩大了其适用范围。

2.2 自清洁系统

自清洁系统包括储水箱（20）、喷嘴（21）、抽水泵（22）和旋转驱动电机（27）。太阳能发电板（30）的边缘处向上翻边（33），形成一个集水槽（34），集水槽与储水箱连通。下雨的时候，集水槽将雨水收集起来，储存在储水箱中，用于监控装置的清洁。

储水箱的上部为集水段（24），下部为储水段（25），储水段的内壁与旋转轴承（26）的外圈固定，集水段的内壁与外壳的外表面之间为间隙配合，其间隙在0.2mm内，旋转驱动电机可驱动环形储水箱绕旋转轴承转动，从而带动喷嘴转动，实现对高透明玻璃罩整个圆周的清洗，使其清洗彻底。在集水段的内壁与外壳的外表面之间有弹性密封圈，避免水从外壳表面漏出，提高储水箱储水能力。通过自清洁系统可对透视开口进行自动清洗，去除贴附于其上的粉尘和异物，有助于进一步提高装置的成像效果和监控质量。

2.3 智能控制系统

智能控制系统[4]包括PLC控制器（35）和多个固定在太阳能发电板底部及喷嘴支臂上的摄像头（36）。PLC控制器接收并传递信息，可以控制摄像头、摄像机、步进电机、抽水泵、旋转驱动电机，进行智能监控和清洁操作。

进行智能监控时，PLC控制器发出监控指令，步进电机旋转，带动反棱镜固定架转动，从而带动反棱镜转动，外部物体的反射光通过设置在外壳透视开口处的高透明玻璃罩进入反棱镜，产生反射光，反棱镜的成像中心与摄像机的成像中心重合，摄像机捕获到反射光进行呈像，并返回到PLC 控制器，从而完成监控；当高透明玻璃罩外部异物达到一定程度时，从摄像头传来的视频信息像素会降低，这时PLC 控制器发出清洗指令，启动抽水泵、旋转驱动电机对高透明玻璃罩整个圆周进行清洗，保证其表面的透明度和成像质量。通过智能控制系统可智能驱动装置进行监控操作，使用监控操作智能化、自动化，提高成像效果和监控质量。

2.4 反射成像系统

反射成像系统包括全反棱镜（5）、反棱镜固定架（4）、步进电机（3）和摄像机（7）。当PLC控制器发出监控指令，步进电机开始旋转，步进电机的旋转主轴与反棱镜固定架上的中心轴通过磁联轴器固定连接，因此步进电机的旋转会带动反棱镜固定架转动，从而带动反棱镜转动。外部物体的反射光通过高透明玻璃罩进入反棱镜，产生反射光，反棱镜的成像中心与摄像机的成像中心重合，摄像机捕获到反射光进行成像，并返回到PLC控制器，从而完成监控。

监控装置采用反射成像替代了直接成像，提高了其隐蔽性和安全性，采用全反棱镜，比反射镜有更好的成像质量。采用反射成像方式，监控摄像头取消了云台装置，反棱镜在步进电机驱动下可以360°旋转，也可以在某个确定角度停止，实现了360°全景扫描和定角度监控功能，故障率和能耗比目前云台旋转方式低很多。

3 结语

绿色智能半隐蔽式监控装置，通过智能控制系统可智能驱动装置进行监控操作，使用监控操作智能化、自动化，提高成像效果和监控质量。通过太阳能系统自身提供驱动电能，避免对外部电源的依赖，扩大了适用范围。通过自清洁系统对透视开口自动清洗，去除贴附其上的粉尘和异物，提高了成像效果和监控质量。用反射成像替代了直接成像，装置外观具有较好的隐蔽性，无法直接看到监控摄像头，提高了其隐蔽性和安全性。取消了云台转动装置，简化了结构。采用外壳封闭结构，减小了外部环境因素对监控装置的损伤。通过电磁联轴器连接电机与反棱镜固定架，实现了两轴无接触传递转矩，防止电机与反棱镜固定架的连接出现卡死而导致机器无法正常工作的情况发生，提高了可靠性。装置的整体性增強，施工安装的成本降低，施工难度降低，施工时间缩短。可移植性强，可以作为一个独立结构内嵌到路灯、墙体和广告牌等现有结构内部，使用的灵活性提高。因此，绿色智能半隐蔽式监控装置可以实现低成本高质量的定向和全景模式监控。

参考文献

[1] 樊亚琴.浅谈视频监控系统的应用与发展[J].科技情报开发与经济，2010（20）：206-207.

[2] 颜志国，徐峥，梅林，等.下一代公共安全视频监控系统的大数据分析[J].上海大学学报：自然科学版，2016（22）：81-87.

[3] 王立舒，梁秋艳，李琳，等.聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验[J].农业工程学报，2015（24）：64-71.

[4] 弭辙，陈诺夫，白一鸣，等.高倍聚光光伏电站监控系统设计[J].电网技术，2005，10（10）：2803-2808.