Иван Подгорный

Аспекты правильного проектирования, монтажа и эксплуатации, являются на сегодняшний день наиболее затратными и сложными этапами в построении любых систем видеонаблюдения. Множество проектировщиков попадают в ловушку картинки и интерфейса, совершенно не задумываясь при этом о реальности монтажа, настройки и обслуживания системы. Существующая на сегодняшний день унификация и согласованность всех устройств максимально облегчает задачу проектировщика по выбору комплектующих. Но зачастую эта видимость согласованности играет злую шутку в процессе пуско-наладки. В этой статье будет сделана попытка изложить наиболее частые и опасные ошибки, встречающиеся в практике. Некоторые из них наверняка знакомы многим. Но наша задача - обучаться на чужих, а не на своих ошибках, тем более, что цена ошибок часто бывает крайне высока.

Начнем с источника видеоизображения - камеры!

Ее выходной каскад рассчитан на работу с кабелем волновым сопротивлением 75 Ом, и имеет сигнал амплитудой 1В. Данное правило распространяется как на мини камеры, так и на большие поворотные с управляемым интерфейсом. Т.е нужно отчетливо понимать, что от размеров и специфики камеры никак не зависит уровень сигнала и его помехоустойчивость.

Нередкая ошибка проектировщиков:- "куплю всепогодную поворотную камеру с управлением на 1.5 км, протяну все провода, и на другом конце получу идеальную картинку!"

НЕТ! Не получит он ничего, кроме вылетевшего выходного каскада камеры! Потому что на такие расстояния от видеосигнала не остается практически ничего. Мало того, на РК-75 может накопиться такой потенциал или помеха, что никакие заземления или защита не спасут ни камеру, ни записывающее устройство. Есть, конечно, фидеры толщиной с руку из чистой меди покрытые серебром. При условии их укладки в экранированный рукав на глубине полу метра, возможно, вы добьетесь хорошего изображения. Но это экстремальные и очень дорогие пути построения системы.

Поэтому вернемся в реальность. Как вы уже догадались, а многие поняли из собственного опыта, протяженность сигнальной линии в среднем равна 100м. При хорошей помехоустойчивой обстановке и использовании хорошего кабеля, без последствий можно построить линию на 200м. но дальнейшее увеличение так или иначе грозит неприятностями. "Мы тянули и на 300м" - скажут заслуженные монтажники, не первый день работающие на этом поприще, - "и все работает". Но стоит подключить к BNC-разъему осциллограф и посмотреть, что творится с формой сигнала (а в сложных погодных условиях и с уровнем помехи), так все сразу становится на свои места. В таких "горе-проектах" выручает запас живучести выходного каскада камеры, а также отсутствие каких-либо погодных катаклизмов вблизи объекта.

Значительную проблему для получения идеального сигнала создают силовые линии, так или иначе присутствующие по соседству. Повсеместно присутствует несоблюдение требований безопасности и отсутствие технически правильных решений. Поэтому не стоит удивляться, что одна и та же камера выходит из строя именно по понедельникам в 8 часов утра. Виной всему может оказаться мощный компрессор, трехфазное питание которого проходит вплотную к вашему РК. И при низком давлении в системе кондиционирования, именно в понедельник, когда все приходят в свои душные офисы, пусковой ток в десятки ампер по трехфазной линии наводит губительный импульс для слаботочных цепей. Таких загадочных примеров большое множество, и разобраться в причинах бывает достаточно трудно.

Учитывая вышесказанное, можно сделать вывод: в сигнальных линиях надо использовать кабель самого высокого качества с минимальным сопротивлением по меди, хорошим экраном, и конструкции исключающей накопления или проникновения статических зарядов и помехи извне. Желательно использование медных проводников центральной жилы и оплетки. Материал диэлектрика следует выбирать в зависимости от условий эксплуатации, поскольку случаи, когда линия работает отлично в "комнатных" условиях и совсем не работает в уличных, встречаются достаточно часто. Чем длиннее линия и чем напряженнее электромагнитная обстановка, тем сознательнее нужно подходить к выбору сигнальных линий.

Второй очень важный нюанс - это электропитание системы видеонаблюдения.

Здесь, пожалуй, совершается наибольшее количество ошибок. Первое, что хочется выделить из общего снопа проблем: ГОСПОДА, прекращайте использовать "адаптеры" и подобные им источники питания! Ясно, что при взгляде на смету системы видеонаблюдения стоимость этих "адаптеров" содействует выделению эндорфинов, однако последствия данной экономии могут быть самые печальные! Практика ремонта и тестирования оборудования, а также работа с клиентами (от проектировщиков, до монтажников), говорят об одном - около 70% случаев выхода из строя оборудования на совести источников питания!

Давайте немного остановимся на этом вопросе с технической точки зрения. Существуют 2 основных вида источников питания - линейные и импульсные. В нашем случае любые из них должны обеспечивать требуемые нам напряжение и ток потребления. Казалось бы, чего еще надо? Ток с запасом, напряжение в норме, защита в виде предохранителя стоит. Но никто и никогда не задается вопросом о способности внутренних узлов БП работать на большую емкостную, индуктивную и реактивную нагрузку! Если разобрать любой БП и посмотреть на схемотехнику, то выясняется, что данное техническое решение стабилизатора, например на КРЕН12, не предназначено для работы с линиями длиной более 1 метра. Иначе эта самая "КРЕН…." за свою работу не отвечает. Мало того, подобные источники питания являются линейными, и работают по принципу ограничения входного напряжения до нужного нам уровня на выходе. Т.е на входе этой самой КРЕН присутствует около 20в, а на выходе мы получаем 12в. При любой внештатной ситуации на выходе мы можем получить эти самые 20в - последствия, надо полагать, всем известны.

Хорошим вариантом использования в системе видеонаблюдения являются специализированные импульсные источники питания. Они менее чувствительны ко всем сопутствующим длинным трасам, наводкам и резонансным явлениям. Принцип работы импульсных БП полностью исключает превышение выходного напряжения выше заданного. Перегрузочная способность и режим "самовосстановления" является для них обычным параметром. Работа в большом интервале сетевого напряжения и 100% защита по току делает такие БП неотъемлемой частью профессиональной системы видеонаблюдения.

Ну и в заключении статьи мы поговорим о самом коварном враге. Помеха и разность потенциалов.

При разработки системы видеонаблюдения многие негативные факторы можно предвидеть или избежать теми или иными способами. Но предотвратить возникновение помехи или нежелательной разности потенциалов между оборудованием в системе бывает практически невозможно. Инженеры, имеющие опыт разработки и монтажа системы видеонаблюдения в трудной обстановке при помехах понимают, сколько труда и опыта требует отладка уже готовой системы. Иногда бывают неприятные случаи, которые исправляются исключительно перетяжкой сигнальных и питающих линий другими путями. Виной всему помеха или разность потенциалов. Как первая, так и вторая неприятности устраняются очень тяжело и с большими затратами. Поэтому при разработке системы нужно обязательно иметь от заказчика проект заземления объекта и схему сильноточных линий. И уже отталкиваясь от этого с умом строить свой проект. Иначе мы получим то, о чем писалось выше. Разность потенциалов будет уравниваться посредством регистратора или карты захвата, что неизбежно в итоге выведет их из строя, а помеха будет портить изображение. Помехи изображения и выход из строя оборудования грозят отказом заказчика от камеры вообще с аргументом, что "китайская" камера за 30$ показывает лучше, чем эта за 2000$.

Поэтому основные факторы монтажа систем видеонаблюдения выглядят так:

1. Необходимо учитывать и использовать цепи заземления и зануления.
2. Необходимо учитывать сильноточные и реактивные нагрузки вблизи линий видеонаблюдения.
3. Не нужно экономить на пайке, качественных разъемах и других соединительных моментах.
4. Важно проверять разность потенциалов по всем цепям при подключении к сильноточным (питающим) и к сигнальным цепям. Иногда напряжение в цепи достигает 150в и ток в такой цепи способен вывести из строя защиту записывающих устройств или выходных каскадов камер.
5. Не стоит прокладывать сигнальные трассы параллельно силовым. В ряде случаев маршрут ваших трасс совпадает с силовыми высоковольтными трассами, а бывает, что монтажники тянут питание с РК в одной связке.
6. Нужно предусмотреть общую защиту комнаты регистрации, используя проверенные стабилизаторы и подавители помех сетевого напряжения.
7. И последний, самый важный фактор - систему видеонаблюдения нужно правильно проектировать, используя все доступные данные об объекте.

    

Придерживаясь этих правил можно получить гарантировано качественное видео. Успехов!

Источник: sec.ru

Информация о материале

Родительская категория: Статьи

Опубликовано: 17 марта 2010

Рейтинг: 5 / 5

Для ограничения доступа посторонних лиц в квартиры, офисы, магазины, банки, коттеджи, медицинские учреждения, предприятия и подъезды многоэтажных домов в настоящее время очень широко применяют переговорно-замковые устройства более известные под названием "домофон". Эти устройства имеют современный дизайн и обладают широкими функциональными возможностями.

Домофоны стоят несколько обособлено от других средств и систем охраны, так как сочетают в себе функции аудио- и/или видеоконтроля и управления доступом на объект. Домофоны позволяют абоненту, не подходя к входной двери, идентифицировать посетителя по голосу и/или изображению и дистанционно управлять входной дверью. В настоящее время существует множество вариантов исполнения домофонов: по числу абонентов - одноабонентские, многоабонентские, и по принципу действия - видеодомофоны и аудиодомофоны. Продаются также домофоны в виде плат, вставляемых в центральный компьютер, управляющий "интеллектуальным зданием". Однако эти достижения в области инженерно-электронных разработок пока ещё менее распространены.

В общем виде Домофон состоит из следующих составных частей: 

Все блоки домофона должны иметь соответствующее климатическое исполнение:

1. Внутренние (абонентские) блоки - для условий эксплуатации внутри отапливаемого помещения;
2. Внешние блоки, размещаемые внутри подъезда, в тамбурах здания - для условий эксплуатации в неотапливаемом помещении;
3. Внешние блоки, размещаемые снаружи здания (на внешней стене или входной двери) - для эксплуатации на открытом воздухе (диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 50°С).

Все эти устройства в целом должны обеспечивать выполнение следующих функций:

• простоту пользования;
• световую индикацию работы;
• вызов абонента;
• акустический контроль нажатия кнопки вызова;
• акустический контроль и кнопку сброса неправильно набранного кода (или номера квартиры);
• акустический контроль открывания входной двери;
• непрерывность работы даже при отсутствии электропитания;
• местное отпирание входной двери личным ключом (или кодом);
• дистанционное отпирание входной двери;
• надежность запирания двери;
• возможность увеличения индивидуальных кодов;
• простоту программирования и перепрограммирования.

Вызывная панель (внешний блок)

Домофоны отечественного и российского производства - одни из самых прочных. Это касается как толщины панели, так и диапазона рабочих температур. В наших условиях актуально применять панели с антивандальным исполнением, то есть исключающим взлом и снятие панели снаружи. Это достигается применением в составе блока стальной пластины толщиной не менее 5 мм и специального крепежа, требующего секретного нестандартного ключа. Клавиатура для вызова квартиры защищена от удара. Наличие индикатора, на котором отображается номер набираемой квартиры, повышает удобство пользованием домофона. Индикатор должен быть защищен ударопрочным и негорючим стеклом. Во избежание попадания осадков или прямых солнечных лучей на внешний блок домофона - его передняя панель должна быть защищена специальным козырьком или иным способом. Из-за отсутствия термозащиты дольше используются, как ни странно, не панели на ИК-лучах, а обыкновенные кнопочные. В техническом описании часто встречается характеристика "защита от электрошокера". Проведенные испытания показали, что авиаспецсталь панели легко выдерживает 220 В, а вот считыватель в большинстве случаев выходит из строя, что, правда, в большинстве моделей не влияет на работоспособность остальной электроники. Кстати говоря, оптимальная структура блока электроники должна быть модульной, т.е. в случае отказа одной из составляющих (в основном, считывателя) остальные должны продолжать работу.

Внешний блок и электрозамок домофона должны быть защищены от пыли и влаги (платы защищены лаком, металл - антикоррозийными покрытиями). Кроме того, они должны сохранять работоспособность при внутренних накоплениях пыли. По этим же причинам во внешнем блоке домофона не должны применяться (из-за низкой климатической устойчивости) динамические микрофоны и громкоговорители с бумажным диффузором. Следует отдавать предпочтение электретным микрофонам и громкоговорителям с резиновым или латексным диффузором.

Внешний блок домофона должен быть установлен путем врезки в дверное полотно, дверную коробку или стену вблизи двери. Шлицы шурупов или винтов, крепящих переднюю панель к несущей конструкции, после монтажа должны быть рассверлены. Высота установки вызывной панели должна быть удобной для посетителя при ведении переговоров, при этом его лицо должно находиться напротив телекамеры. Оптимальной считается высота 1,5-1,7 м от пола.

Внешний блок домофона, размещаемый снаружи квартиры, офиса или подъезда, должен иметь антивандальное исполнение и удовлетворять следующим требованиям:

Системы считывания ключа

Замки с замочными скважинами (механические, оптические и т.д.) по вандалозащищенности не выдерживают никакой критики (целую панель легко вывести из строя банальным засорением скважины) и в настоящее время практически не применяются, а заменяются на современные. Механические, к тому же, отказывают при низких температурах и требуют регулярного ухода. Поэтому сейчас, как правило, применяются наиболее удобные ключи "Touch Memory" - более совершенные, открытие двери осуществляется простым прикосновением ключа в виде "таблетки" к считывателю, ключ практически не поддается подделке (48-битный идентификационный номер, то есть уникальный, один из нескольких биллионов код, его хватит на 900 000 городов типа Москвы). 

При всех достоинствах ключей "Touch Memory" можно отметить ряд недостатков. Во-первых, недостаточную надежность (считыватели ключей практически гибнут под электрошокером или могут быть замазаны краской). Во-вторых, отказы в работе из-за резкого перепада температур (пример: владелец ключа вышел из теплой машины на мороз и пытается открыть дверь. Сконденсировавшаяся влага не дает этого сделать). Третья причина - это факт того, что производятся ключи "Touch Memory" в США. После 11 сентября 2001 года поставки ключей "Тоuch Memory" из Америки были приостановлены на неопределенное время и были возобновлены лишь в декабре. Это на какое-то время парализовало наш внутренний рынок. Правда, за это время был найден выход: в Зеленограде было освоено производство электронных чипов для бесконтактных ключей, и в последнее время существует тенденция к их использованию.

Металлическая дверь, доводчик

Основные требования к изготовлению металлической двери для домофона: двухслойная с ребрами жесткости, толщина наружного листа и листа дверной коробки 2-3 миллиметра, при использовании электромеханического замка он должен устанавливаться в центре (при этом усилие на отрыв в данном случае приходится прямо на замок, и дверь при этом не перекашивается и не деформируется, как в случае с расположением замка в верхнем углу дверного проема).

Ручку двери рекомендуется делать круглой, чтобы 3…4 человека не смогли, одновременно схватившись, оторвать дверь, приложив усилие большее, чем усилие замка - до 500 кг.

Иногда приходиться слышать, что доводчики вообще не нужны из-за возможности запрограммировать в установках замка подачу звукового сигнала в разомкнутом состоянии двери (человеческая хитрость: входящий, слыша раздражающий сигнал, инстинктивно закроет за собой дверь). Но на практике это не соответствует действительности: доводчик надо ставить еще и потому, что дверь меньше хлопает и соответственно медленнее выходит из строя. Доводчики в настоящее время являются основной проблемой у обслуживающих организаций - дешевые гидравлические быстро ломаются, воздушные издают громкий шум при работе, а дорогие и хорошие гидравлические моментально воруются.

Электромагнитный замок

Наиболее часто для домофонных систем используются электромагнитные замки. Главная особенность таких замков и их основное преимущество заключается в отсутствии движущихся частей, а следовательно, в износоустойчивости. Удержание двери осуществляется создаваемым замком магнитным полем с силой от 200 до 1 000 килограммов. Несмотря на то, что электромагнитный замок нуждается в постоянном питании и потреблении электроэнергии, эффективность его применения в домофонных системах выше и перекрывает данный недостаток. Усилие обычно находится в пределах 500 кг и, в основном, этого достаточно для того, чтобы дверь не открыли снаружи. Электромагнитный замок в экстремальных случаях (пожар в доме, отказ домофонной системы и т.п.) можно выбить с разбегу изнутри, механический замок - невозможно.

К электрозамку, входящему в комплект домофона, предъявляют особые требования, в частности напряжение питания электрозамка не должно превышать 24 В. Это связано с обеспечением безопасности пользователей, так как очень часто замок домофона устанавливают на металлическую дверь (прежде всего на входную), которая эксплуатируется и в дождь, и в снег, может иметь влажную поверхность (при этом пользователь может быть в отсырелой одежде, с мокрыми руками), что при неисправностях или повреждениях в замке (его проводке) приведет к тяжелым последствиям. По этим же причинам электрические цепи замка должны быть изолированы от его корпуса. В

ажным параметром как электрозамка, так и внешнего блока домофона является их наработка на отказ в тяжелых климатических условиях. Они должны иметь наработку на отказ не менее 1000 000 циклов.

Ответный пульт для связи посетителя с абонентом

Устанавливается по желанию отдельных заказчиков непосредственно в квартирах. Абонентский блок домофона должен быть установлен внутри офиса или квартиры в таком месте, которое может обезопасить абонента от возможных преступных действий посетителя (например, выстрела через закрытую дверь), либо обеспечить максимальное удобство пользования. Место установки данного блока определяет абонент.

Многие разработчики, изготовители и потребители домофонов совершают ошибку, уделяя недостаточное внимание громкости сигнала вызова в квартире. Практика показывает, что абонентский блок должен развивать сигнал вызова громкостью не менее 70 дБ.

В зависимости от конструкции домофона (наличие встроенного дешифратора, кнопки выключения и т.п.) трубки различаются по своей цене, а монтаж их одинаков по сложности.

Блоки коммутации

В цифровых системах применяются различные типы разветвителей, от четырех до ста квартир на один блок, подключаемый к подъездной линии. Монтируются он в электрощитовых нишах.

Блоки питания

Блок питания (трансформатор 220 В на рабочее напряжение домофона, обычно 12, 14 или 28 В). Разница в питающем напряжении связана с типом работы домофона. 28 вольт применяется в домофонах с ИК-клавиатурой, для которой необходима постоянная работа фотоэлементов.

Оборудование домофонов следует объединять в специальные монтажные блоки, которые должны быть размещены в металлических шкафах и расположены в труднодоступных местах (например, на стене под потолком). Для создания более "мягких" климатических условий эксплуатации не рекомендуется устанавливать монтажный блок в непосредственной близости от входной двери. Наиболее приемлемой можно считать установку монтажного блока в закрытом холле первого этажа. Металлический шкаф, в котором размещен монтажный блок, должен быть изготовлен из стали, иметь жесткую конструкцию и запираться на замок.

Кабель и коммутация

Применение кабеля зависит от способа организации домофонной сети, а не самого кабеля. В качестве линии связи между внешним блоком и монитором (абонентским блоком), если ее длина не превышает 50 м, может быть использован любой провод. При большей длине следует применять коаксиальный кабель. В аудиодомофонах в качестве линий связи используют, как правило, обычный телефонный провод типа ТРВ. Наиболее распространенные типы: двужильный или многожильный. Обычно кабель прокладывают в виниловой изоляции, такой кабель имеет преимущества перед кабелем типа "лапша" (телефонным).

Все линии должны быть проложены в металлорукавах, металлических коробах или трубах (либо по существующим кабельным каналам) и отвечать требованиям стандартов. Прокладывать линии внутри квартиры, офиса следует с наименьшими нарушениями интерьера. Для ввода линий в корпуса блоков домофона, размещенных вне квартир, офисов и закрытых холлов, должны быть использованы специальные металлические муфты, обеспечивающие герметичность места ввода. Для исключения возможности выдергивания кабеля из блока металлорукав должен быть жестко закреплен на корпусе блока с помощью хомута. Гибкие переходы с двери на стену внутри квартиры и закрытых холлов рекомендуется делать с помощью специальных соединительных устройств.

Одной из основных проблем монтажных организаций, о которой нужно задуматься производителям, – соотношение цена/качество доводчиков дверей. Как было уже сказано выше, гидравлические доводчики пока крайне ненадежны, воздушные сильно шумят, а устанавливать в подъезды хорошие гидравлические доводчики ценой свыше 100 у.е. для наших условий пока невыгодно.

Однако основной тенденцией у всех производителей домофонов является повышение их вандалоустойчивости. Это может быть достигнуто работой одновременно в разных направлениях: повышение прочности вызывной панели, перенос блока электроники из панели в более безопасное место, модульность конструкции блока электроники (чтобы отказ одной из систем не влиял на работоспособность других). Также предпочтительно внедрять ключи и считыватели, работающие в паре, без физического контакта металла с металлом, что повышает отказоустойчивость системы. По всем этим направлениям разными производителями уже достигнуты неплохие результаты, однако пока нельзя утверждать, что создана идеальная конструкция. Но это дело недалекого будущего.

Имейте дело с профессионалами и Ваши инвестиции будут оправданны!

Информация о материале

Родительская категория: Статьи

Опубликовано: 14 февраля 2010

Рейтинг: 4 / 5

В карты данного типа встраиваются микрочип и антенна. Со считывающим устройством карты обмениваются данными при помощи радиочастотного канала, без необходимости физического контакта. При использовании в качестве пропусков на бесконтактных смарт-картах (БСК) записывается исключительно уникальный электронный номер. Для карт, связанных с финансовыми операциями (платежные, транспортные и прочее), микрочип оснащается еще и специальной защитой.
Системы RFID (радиочастотной идентификации/регистрации объектов) в бесконтактных смарт-картах нашли широкое применение в начале 90-х прошлого века. Именно тогда в системах контроля стали использовать бесконтактные магнитные карты доступа, получившие общее название "Proximity".
Области применения интеллектуальных бесконтактных смарт-карт весьма разнообразны. Бесконтактные карты являются универсальным платежным средством в различных сферах, таких, например, как банковские расчеты, оплата транспортных услуг. Кроме того, бесконтактные магнитные карты доступа могут служить средством идентификации личности в различных системах контроля и управления доступом. Также они используются для хранения личной информации – бесконтактные магнитные карты для доступа к личным данным и пр.
Выделим основные преимущества бесконтактных смарт-карт перед иными видами:

• надежность карты доступа, сочетающаяся с длительным сроком ее эксплуатации из-за отсутствия физического контакта со считывателем (магнитные карты доступа и иные аналоги предусматривают физическое взаимодействие со считывателем, что приводит к быстрому износу);
• возможность перезаписи информации (информацию на бесконтактные карты можно перезаписывать до 100 000 раз);
• разнообразие областей применения (за счет перезаписываемой информации бесконтактные карты можно использовать для различных целей);
• высокая скорость передачи данных с/на считыватель (измеряется долями секунды);
• практически неограниченное время хранения информации (из-за невосприимчивости к воздействию внешних полей информация может храниться на карте порядка 10 лет);
• очень высокая защищенность от подделки (в отличие от магнитной карты доступа, или карты со штрих-кодом, бесконтактная смарт-карта практически исключает возможность подделки).

По принципу чтения/записи информации RFID-метки делятся на три категории:

1. Метки R/W (Read and Write): допустимы многократное чтение и многократная запись;
2. Метки WO/RM (Write Once /Read Many): многократное считывание и лишь однократная запись;
3. Метки R/O (Read Only): разрешено только считывание.

Деление RFID-систем производится также и по несущей частоте используемых радиосигналов, протоколам обмена, объемам информации на карте и типам используемой модуляции. По этому признаку можно выделить три основных диапазона частот, используемых в бесконтактных смарт-картах:

Информация о материале

Родительская категория: Статьи

Опубликовано: 21 февраля 2010

А.М.Омельянчук

Да простят меня те, кто знает всё (ну если не всё, то, по крайней мере, школьный курс физики), но в последние годы мне довелось повидать много плохих и даже очень плохих установок систем видеонаблюдения. Многие были для меня загадкой, но некоторые просто резали глаз пренебрежением основными законами физики. Хотя видел я и талантливые, тщательно продуманные решения, когда от полубытовой полуигрушечной техники добивались всего, на что она способна и даже чуть больше.

Вот я и подумал: наверное, многие уже забыли, чему их учили в школе. Может, кому-то пригодится, если я опишу самые яркие практические случаи проявления физики в технике. А в заглавие я вынес цифру из поговорки моего учителя физики: "Ошибка в расчётах на 30% простительна физику-экспериментатору, но ошибка в 30 раз свидетельствует о непонимании основных законов природы".

Закон Ома

Закон, надеюсь, помнят все: I=U/R, то есть ток равен напряжению делить на сопротивление. Или наоборот: U=I*R, то есть напряжение равно ток умножить на сопротивление. Одно из неприятных проявлений этого закона - падение напряжения на токоведущих проводах, про сопротивление которых забыли.

Удельное сопротивление меди

Медь - прекрасный проводник. Самый лучший из общедоступных. Однако не идеальный. Сопротивление провода диаметром 1,0 мм2 и длиной 100 метров составляет около 2 Ом. Вообще-то, это сопротивление зависит от технологии производства провода и его температуры, а также от степени помятости провода, усилия натяжения и чего-нибудь ещё, но с точностью до 30% будем считать - 2 Ома. Это можно запомнить, как мировую константу. Это исходная точка. На практике провода сечением 1,0 мм2 встречаются не так уж часто, но пересчитать нетрудно, например:

Камеры надо питать

Предположим, вы подвели питание (12 Вольт) к видеокамере широко распространённым проводом сечением 0.2 мм2. Это в пять раз тоньше, поэтому сопротивление будет в пять раз больше нашей исходной цифры. Это уже 10 Ом. Предположим, длина провода до камеры составила 150 метров. Значит, сопротивление провода будет ещё больше - 15 Ом. Теперь смотрим в паспорт видеокамеры и видим, что она потребляет ток 300 мА. Вспоминаем закон Ома и получаем падение напряжения 4.5 Вольта. Питание подведено двумя проводами, по обоим идёт ток (по одному - туда, по другому - обратно) и на каждом из них упадёт по четыре с половиной вольта. То есть всего 9 вольт потерялись по дороге, а для камеры из поданных 12 Вольт осталось всего-то ничего - только 3 Вольта. Результат - не работает. Что же делать? Наивный дилетант скажет - нет проблем! Надо взять источник питания напряжением побольше, чтобы хватило и на паразитное падение на проводах и на камеру осталось, сколько положено. Стало быть, 21 Вольт источник питания. Вообще-то, весьма нестандартный номинал, но, допустим, мы поискали и нашли такой или даже сделали специально. Что же получится?

Закон Кирхгофа

Этот закон, наверное, не все помнят по имени, но знают уж точно все: если куда-то что-то втекает, то оно оттуда и вытекает. В частности, электрический ток - течёт по всем подключенным проводникам. По каким-то больше, по каким-то меньше, но в сумме сколько втекло, столько и вытекло. Самое сложное - понять, по каким проводам какой ток потёк. Уверенно можно сказать одно - весь ток возникает в источнике питания и потом по второму проводу туда же и возвращается. А по дороге делает полезные вещи, например, создаёт изображение на экране видеомонитора.

Мнение электронов может не совпадать с вашим

У дешёвых камер один из контактов питания соединён с общим проводом (массой) видеокамеры. Поэтому легко образуется земляная петля и часть видеосигнала идёт по проводу питания (рис.1).

Когда видеокамера одна и монитор один - это неважно. Это всего лишь несколько ухудшает согласование кабеля. Но если у вас в системе несколько камер, то ситуация сразу становится неприемлемой (рис.2). Небольшая доля сигнального тока от камеры номер 1 через общее заземление мониторов 1 и 2 (или через корпус их общего квадратора) проходит, в частности, по экранирующей оплётке кабеля от камеры номер 2. И создаёт на ней маленькое падение напряжения, складывающееся с выходным сигналом камеры номер 2. Результат - на мониторе номер 2 бегают серенькие привидения из камеры номер 1.

Чем толще все провода, чем меньше выходное сопротивление источника питания, тем меньше этот эффект, но полностью от него можно избавиться только применяя камеры с питанием переменным током и встроенным изолирующим трансформатором питания. В таком случае просто нет прямой связи между проводами питания и сигнальными, потому все токи текут именно там, где вы запланировали.

Вы не один на планете земля

Созданная вами система находится не в космосе и даже не в пустыне. Она подключена к розетке 220 В, а отдельные устройства заземлены (сознательно, по требованиям техники безопасности, или случайно - просто потому что стоят на земле). Ваша система видеонаблюдения оказывается частью глобальной сети, включающей в себя гидроэлектростанции, трамваи и прокатные станы. Это уже не слабенький сигнальный ток, описанный выше - это тысячи и миллионы ампер, протекающих по земле мимо вашего объекта в разных направлениях. И эти миллионы ампер не побрезгуют и вашей тоненькой проволочкой, соединяющей камеру с монитором. Хорошо, если сгорит только проволочка (рис. 3). Конечно, в большинстве случаев ничего не горит, но качество изображения, если это можно назвать изображением, оставляет желать лучшего.

Чтобы не допустить таких неприятностей камеры устанавливаются изолированными. Кожух можно заземлить, но тогда камеру надо изолировать от кожуха. Впрочем, у хороших камер даже корпус самой камеры изолирован от её внутренностей. Однако не все устройства можно изолировать от земли. Например, большинство мониторов не имеет двойной изоляции, они должны быть заземлены. Поэтому, если видеосигнал сначала заходит в один пост наблюдения, а затем идёт в другое здание, в другой пост наблюдения, то земляная петля почти неизбежна. Почти, ибо существуют изолирующие трансформаторы для видеосигнала или даже системы передачи неэлектрического сигнала (по оптическому волокну). И то и другое не очень дёшево, но что же делать - большие системы дешёвыми не бывают.

Волны в кабеле

Основным способом передачи видеосигнала в настоящее время является коаксиальный кабель. Это не случайно - такой тип кабеля наиболее дёшев и надёжен в широком диапазоне применений. Впрочем, всё написанное ниже относится и к витой паре и к любому другому типу проводника. Суть проблемы в том, что свет (и прочие электромагнитные колебания) распространяются быстро, но не мгновенно. Поэтому изменения сигнала на выходе из видеокамеры не приводят мгновенно к таким же изменениям на входе видеомонитора. Эти изменения распространяются по кабелю со скоростью света - 300 000 км/сек, а на самом деле даже меньше - в материале кабеля электромагнитные волны распространяются в полтора - два раза медленнее. Таким образом, уже 300 метров кабеля означает задержку в 2 микросекунды (все расчёты, как всегда, с точностью ~30%).

Волновое сопротивление - это не совсем сопротивление

Все слышали, что у кабеля есть "волновое сопротивление", оно же "импеданс". Не вдаваясь в детали напомню, что оно означает: это величина резистора, который можно подключить к концу кабеля, так что при этом волна, бегущая по кабелю полностью уйдёт в этот резистор, как будто бы это было бесконечное продолжение кабеля. Это сам по себе нетривиальный факт - что обычное резистивное сопротивление для волны неотличимо от кабеля, но оставим это физикам. Для нас, инженеров-практиков, главное, что в таком случае волна вся уходит в приёмник сигнала.

Отражение сигнала

Если же согласование нарушено - например, в системе видеонаблюдения, рассчитанной на кабель с импедансом 75 Ом, применён компьютерный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, то некоторая доля волны отразится от монитора. Примерно 30%. Эта волна побежит обратно к видеокамере, там тоже отразится и в результате на приёмном конце окажутся две волны - одна первая (основная), и вторая - которая пробежала по кабелю туда-обратно ещё раз. Эта волна значительно слабее, процентов 10 от основной. И хуже всего, что она отстаёт от основного сигнала на 4 микросекунды (на кабеле 300 метров). Между прочим, развёртка на экране монитора проходит строку за 64 микросекунды. Так что отставшая волна создаст блёклые привидения, смещённые от основного изображения на 7-8% от ширины экрана. Этот тот же эффект, который происходит при отражениях сигналов эфирного телевещания от высоких зданий. Правда, снести соседние небоскрёбы обычно не в нашей власти, а вот при передаче видеосигнала по кабелю всё в наших руках - и лишь мы сами можем создавать себе проблемы.

Сигнал делится пополам

Надеюсь, предыдущий пассаж убедил вас в необходимости применения кабеля с правильным импедансом. А именно - 75 Ом. На такое волновое сопротивление кабеля рассчитана вся аппаратура систем видеонаблюдения. Мониторы имеют входное сопротивление 75 Ом, а камеры - выходное сопротивление 75 Ом. Обратите внимание - камеры тоже имеют выходное сопротивление. Это значит, что при отключенной нагрузке сигнал на выходе камеры вдвое больше номинального. Видел я одного "деятеля" - он утверждал, что при отключении нагрузки в мониторе сигнал становится "лучше". Это просто у него кабель был настолько плохой, сигнал настолько затухал, что ему было уже не до согласования - удвоение сигнала позволяло хоть как-то вытащить сигнал и это называлось "лучше". В нормальной ситуации удвоенный сигнал приводит к перегрузке входных цепей монитора или по крайней мере к некоторому ухудшению передачи градаций серого.

Отражение на неоднородностях (скрутках)

К сожалению, понятие "волновое сопротивление кабеля" относится к идеальному кабелю. Реальный кабель не совсем эквивалентен омическому сопротивлению, поэтому некоторое отражение всё-таки происходит. Более того, кабель сначала подключен к разъёму, тот - коротенькими проводочками к какой-то электронной схеме и лишь там стоит согласующее сопротивление. Это совсем не то же самое, что идеальное точечное сопротивление, установленное на срезе кабеля. Все эти переходные элементы нарушают идеальную картину и означают нарушение согласования. Однако если они находятся очень близко к концу кабеля - это не так страшно. Чтобы это отражение стало заметным -отражённой волне надо сбегать вдоль всего кабеля в обе стороны, при этом она значительно ослабнет. А вот если кабель где-нибудь посередине порван и его нарастили "скруткой" - это хуже. Скрутка на расстоянии около 100 метров от края - это худший случай. Отражённый сигнал достаточно смещён относительно основного, но ещё недостаточно ослабляется затуханием в кабеле.

Распределённое отражение

Сам кабель тоже не идеален. Даже если вы не испортили его при прокладке (скрутками или просто деформациями), он изначально не слишком однороден. Где-то есть дефекты, перепады состава материала диэлектрика или проводника - такой параметр (распределённое отражение волны) обычно приводится на кабели в техдокументации. Это уже один из параметров, по которым кабели отличаются "лучше-хуже". Впрочем, не самый главный.

Затухание сигнала

Значительно важнее такой параметр, как затухание сигнала в кабеле. Причём, внимание! Затухание сигнала разное на разных частотах.

Высокочастотное - потери в диэлектрике

Как правило, для кабеля приводится значения затухания на частотах 100 - 500 МГц. В лучшем случае, на частоту 10 МГц. Этот параметр очень важен, если вы собираетесь передавать по кабелю телевизионный модулированный сигнал, особенно дециметровых диапазонов. Однако низкочастотный видеосигнал, применяемый обычно в системах видеонаблюдения, занимает полосу от 50 Гц до 5 МГц. С одной стороны, это хорошо, что частоты низкие - затухание меньше. А с другой стороны - это огромный диапазон - отношение самой низкой частоты к самой высокой составляет 100000. И самое страшное - что одни частоты будут затухать сильнее, другие слабее - это уже искажения сигнала - тут никакой усилитель не поможет. Конечно, усилители обычно имеют раздельную регулировку усиления "по низким" и "по высоким", но компенсировать неравномерную частотную характеристику, конечно, не смогут.

Низкочастотное - по сопротивлению постоянному току

Особенно часто проблемой оказывается затухание по низким частотам - по постоянному току. Волновое сопротивление кабеля определяется отношением диаметров центральной жилы и экрана. Поэтому у тонких кабелей центральная жила недопустимо тонкая и имеет очень высокое омическое сопротивление. У стандартного РК-75-4 (примерный аналог RG-59U) сопротивление центральной жилы составляет около 5 Ом на 100 метров. Максимально допустимое общее сопротивление в зависимости от требований к качеству сигнала составляет 10-20 Ом (для RG-59U это 200-400 метров кабеля). Как нетрудно догадаться (см. предыдущий выпуск), для встречающегося иногда тоненького кабеля РК-75-1.5 (вторая цифра - диаметр внутренней изоляции) погонное сопротивление в 7 раз выше, а значит и в семь раз меньше допустимая длина: 30, максимум 60 метров. Вот так-то.

А ещё бывает кабель с центральной жилой в виде стальной проволоки, покрытой тонким слоем меди. Он прочнее и дешевле обычного, но: предназначен только для высокочастотных сигналов (слышали про скин-слой? - высокочастотные сигналы распространяются в тонком поверхностном слое). Для низкочастотных сигналов существенно, что удельное сопротивление стали в несколько раз выше, чем у меди, а стало быть, допустимое расстояние передачи сигнала по такому кабелю в несколько раз меньше (50-100 метров).

Фазовые искажения

Однако неравномерность амплитудно-частотной характеристики - ещё не самое страшное. В какой-то мере это можно компенсировать раздельными регулировками усиления низких и высоких частот в специальном усилителе-корректоре. Таким образом удаётся поднять допустимое расстояние распространения раза в два - если говорят, что RG-59 позволяет передавать на 300 метров, то с усилителем сгодится и метров на 600. А кабель типа RG-11 сгодился бы, наверное и до 2-3 километров. Если бы искажения были связаны только с неоднородностью амплитудно-частотной характеристики.

Однако есть ещё и фазовые искажения, связанные с тем что волны разных частот распространяются с разными скоростями. Такие искажения исправить практически невозможно. Проявляется этот эффект в виде размазывания или, наоборот, звона на контуров объектов. Слишком уж велик перепад частот НЧ видеосигнала - от 50 Гц до 5 МГц. Самая высокая частота во 100 000 раз выше самой низкой! Скорость распространения волн в таком диапазоне меняется на несколько процентов даже у лучших применяемых ныне материалов. Поэтому, если сигнал распространяется на километр за 10 микросекунд, то разные его составляющие при этом разбегаются почти на микросекунду, то есть примерно на 1/100 экрана (строка = 64 микросекунды) - в результате вы получаете разрешение видеосистемы на уровне 100 ТВ линий. Вот так-с.

Некоторые кабели по этому параметру чуть лучше, некоторые чуть хуже. Но разброс невелик, два-три раза. Всё определяется диэлектриком (изолятором), а выбор небогат - полиэтилен, поливинил, фторопласт. Вспененный полимер несколько лучше монолитного, но тоже ненамного. Сильно выделяется лишь кабель с воздушным, а ещё лучше - вакуумным изолятором. Впрочем ценой такой кабель тоже выделяется. Кстати, у витой пары этот параметр чуть лучше, чем у коаксиального кабеля с литым диэлектриком и хуже, чем у кабеля со вспененным.

Так что не верьте слухам, что НЧ видеосигнал можно как-то передать более чем на километр. Получится именно "как-то". То есть на экране будет видно "что-то". На расстояния 2 и более километров видеосигнал ходит только модулированным, на высокочастотной несущей - от 50 МГц и далее, вплоть до лазерного излучения в волоконно-оптических системах. В таком случае полоса передаваемых частот занимает диапазон, например, от 70 до 75 МГц и фазовых искажений почти нет.

Источник: Портал Sec.ru

Информация о материале

Родительская категория: Статьи

Опубликовано: 14 февраля 2010