Thiết kế và xây dựng bộ điều khiển hệ thống camera đa kênh ghép nối với máy tính

w Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ N Ộ I KHOA C Ô N G NGHÊ Nguyễn Như Thưởng THIẾT KÊ VÀ XÂY D Ự NG BỘ DIÊU K H IỂN HÊ TH Ố N G C A M E R A ĐA K Ê N H G H É P NỐI VỚI M Â Y TÍNH Chuyên ngành : KỸ THUẬT v ô TUYỂN ĐIỆN TỬ VÀ THÔNG TIN LIÊN LẠC M ã sô : 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC • • • NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Phạm Văn Hội OAI O U Ó -: ' - A TRO?::' \ v -u r / HA N Õ ! ! ìHirv,'^ ' TỊ!ỌM M HÀ N Ộ I - 2002 ] M ỤC LỤC M Ở ĐẨU CHƯƠNG I : TỔNG Q U A N VỀ HỆ TIỈỔNCỈ TIN Q U A N G 1.1 M ộ t sô ưu đ iể m c ủ a k ỹ th u ậ t tr u y ề n dần q u a n g : 1.2 C ấ u tr ú c hệ th ố n g t h ô n g tin sợi q u a n g : 1.3 C c đ ặ c tín h tr u v ề n d ẫ n c ủ a sợi q u a n g : 1.3.1 Độ suy hao: a) Suy hao hấp th ụ: b) Suy hao tán x : 10 c) Suy hao bị uốn c o n g : 10 d) Suy hao hàn nối, lắp ghép sợi với thiết bị phát quang: 10 1.3.2 Độ tán sắc: II a) Tán sắc m o d e I b) Tán sắc bước s ó n g : I I CHƯƠNG 2: BỘ THU Q U A N G 12 Sự h ấp th ụ ánh s n g t r o n g c h ấ t bán d ầ n 12 2.2 Bộ tách s ó n g q u a n g d ầ n 13 Hộ th u q u a n g p - i - n 16 2.4 íỉộ thu q u a n g th c (AIM) - A v a la n c h e P h o t o D e t e c t o r ) 19 N h iè u giới h n đ o 22 CHƯƠNG 3: B Ộ PIIÁT Q U A N G - L A S iR IM ODI' 27 C u tr ú c c ủ a L a s e r 27 H iệ u s u ấ t lư ợ n g tử t r o n g n g o i 30 3 H iệu s u ấ t n ă n g lư ợ n g 31 C c tín h c h ấ t đ ộ n g c ủ a la s e r tiê m c h íc h 32 Đ iề u c h ế biên đ ộ 34 3.5.1 Điều chế tíu hiệu lớn: 37 3.5.2 Điểu chế tín hiệu nhỏ: .38 Ả nh h ởn g c ủ a n h iệ t d ộ tới l a s e r 39 3.6.1 Ánh hưởng cùa nhiệt độ tới dòng ngưỡng 39 3.6.2 Ảnh hưỏìig nhiệt độ tới tần số phát x .40 CHƯƠNG 4: TĨIIẾT KẾ HỆ TIIỔNG Đ i ề u KIIlỂN T ổ HỢP CAMM IA 42 4.1 ( ỉiớ i th iệ u hệ t h ô n g 42 M õ tá so hệ t h ô n g đ iề u k h iê n c a m e r a 44 4.2.1 Yêu cẩu hệ thống .44 4.2.2 Cổng Mối tiếp RS-232 khn mẫu tín hiệu từ máy tính: .44 2 Lý sử dụng c ổ n g nối tiếp: 44 MỎ ĐẦU Từ xa xưa người m ước truyền hình ánh âm từ nơi đến nơi khác Sự tìm tính chất cách điệu cua s e le n d o nhà bác học Tlm ỵ Đ iểu Berzlius năm 1817 phát lính chất nhạy sán g cúa seien khoáng tháng năm 1873 ch o thấy khả biến đổi ánh sáng từ hình ảnh thành tíu hiệu đ iện Đ ến năm 1892, E lster G eitel c h ế tạo tế bào quang điện ứng dụng đưa vào sử dụng T hơng tin hình ánh lĩnh vực quan trọng, có đặc thù riên g, phát triển mạnh mẽ T h ô n g tin hình ảnh hiểu trình phân tích ảnh (tạo tín hiệu hình ảnh), g h i, xử lý, lưu, truyền - phát s ó n g , biểu diễn thu nhận hình anh (tố n g hợp hình ánh) Hình ánh m ột dạn g thơng tin đặc biệt, thích hợp người Khác với thông tin hữu tuyến vô tuyến truyền th ôn g, th ông tin quang truyền dẫn thông tin qua sợi quang: T hông tin biến đổi thành tín hiệu ánh sá n g truyền sợi thu ý tinh theo n g u y ên lý phán xạ toàn phần Như vậy, m trường truyền thịng tiu q u ang sợi quang dạng tín hiệu truyền sợi ánh sáng Hệ thống thông tin q u ang có s ố ưu điểm s o với hệ thống thông tin sứ dụng cáp đ ổ n g c ổ điển CỈO sử dụng đặc tính sợi qu ang, linh kiện thu quang, phát quang Sợi cáp quang c ó đặc điểm chù yếu sau: - Suy hao thấp hẳn so với cáp đ n s c ổ điển - Đ ộ rộng băng: Cáp q u a n g c ó thể truyển tái tín hiệu có tần s ố cao nhiều so với cáp đ ồn g - Đ ường kính sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ - Đ ặc lính cách điệu: thủy tinh k h ông dần đ iệ n , vạy cáp sợi quang không chịu ánh hưởng điện - lừ trường n go i, đặc tính có ưu lớn s ố ứng dụng cụ thể - Tiết kiệm tài nguyên: Thạch anh nguyên liệu c h ín h đê sán xuất sợi quang, so với kim loại, nguồn n g u y ên liệu dổi Hơn nữa, L u ậ n văn (hạc sỹ k h o a học Trang I Đ ặ c thù cua hệ thống th ơng tin quang sứ dụng tín hiệu quang đế truyền thông liu V iệ c phát minh ứng đụng Laser làm nguồn quang m thời kỳ có ý ngh ĩa to lớn lịch sử kỹ thuật thông till quang sứ sụng dái tần số ánh sá n g Đ ó m ột nguồn sán g lý tưởng: Đơn sắ c, c n g suất lớn, tính định hướng c a o, độ suy hao tán sá c thấp cho phép tăng hiệu sử dụng, kh oả n g cách truyền dẫn độ tin c ậ y Hiện cáp q u a n s k h ô n g sử dụng th ơng till quang sợi mà cịn n g h iên cứu sử dụng rộng rãi trono c c hệ th ống điều khiển xử lý tíu hiệu Sử dụng cáp quang c ó ưu rõ rệt việc tránh nhiễu từ (rường, dung lượng truyền dẫn lớn vói lỗi truyền thu nhỏ, bí mật thơng tin bảo đám cự ly truyền thu dài an tồn mơi trường dễ c h y nổ giám thiếu s ố lượng thiết bị điện tử k èm , tăng tính ổn định hệ thống C ác hệ thống truyền thu tín hiệu hình ảnh từ cam era cáp quang hóa để đâm báo chất lượng hình ảnh trêiì đường truyền dài tới trung tâm xứ lý có ý nghĩa cá mặt c ô n g nghệ kinh tế Cụm cảng Hàng k h ô n g m iền Bắc doanh n gh iệp c ô n g ích hoạt đ ộn g ngành Hàng k h ôn g dân dụng Hiên tại, nhà ga hành khách qu ốc tế TI Cụm cảng chủ đầu tư đưa vào sử đ ụ n g , đày nhà ga Do đặc thù hành khách lớn đại khu vực Đ ô n g Nam Á ngành Hàng k h ô n g dân dụng m ột ngành kinh tế đặt độ an toàn yếu tố định việc đám bảo an ninh, an nhà ga hành khách nhân viên ngành hàng k h n g đặt tồn cho m ỗi chuyên bay c h o toàn khu vực lãnh đạo toàn thể cán c ô n g lên hàng đầu Hiện tại, nhà ga hành khách TI trang bị hệ th ố n g g m 130 cam era đặt tất khu vực nhà ga N ếu chi cần quan tâm đến vấn đề giám sát an ninh điều hành khu vực nhà ga với 130 cam era hồn tồn đáp ninh điều hành ứng Vấn đề đật việc đưa c c hình ánh đến chỏ trực điều hành bail liên quan mà vị trí c c yêu cầu lực giám đốc lượng an thông till, khu vực có lại k h ơng nam khu vực ga C ục Xuất nhập Ỉ.mi/I văn (hạc vỹ kh o a học T ran g canh - Bộ c n g an có trung tâm đặt Hàng Bài - Hà Nội Chính từ yêu cầu này, bán luận văn xin đưa giái pháp đối vứi hệ thống điều khiến, truyền tín hiệu hình ảnh từ cam era sử dụng cáp quang để đáp ứng c c yêu cầu k h o ả n g cách chất lượng hình ánh giái vấn đề điều khiển toàn hệ thống cách đơi) gián xác phán m ềm lập trình c h o m áy tính L u ậ n văn thạc XV k h o a học Trang C h n g I: T ó m ỉ q u a n vè hệ t h o n g tin q u a n g CHƯƠNG TỔNG QUAN VỂ HỆ THÔNG TIN QUANG 1.1 M Ộ T S Ổ ƯU Đ I Ể M C Ủ A KỸ T H U Ậ T T R U Y Ể N d a n Q U A N G : So với hệ thống truyền dẫn cáp kim loại, th ơng tin cáp quang có ưu điểm trội hưu han, là: • Sợi quang Iihỏ nhẹ cáp kim loại (đường kính sợi quang cỡ 125nm , nhỏ nhiều so với cáp đ n g ) • Sợi quang c h ế tạo từ thuỷ tinh thạch anh chất hồn tồn cách điện nên k h n g sợ chập m ạch, m ôi trường trung tính với ảnh hưởng nước, axit, k iề m nên k h ơn g bi ăn m ịn N g a y cá lớp vỏ báo vệ bên ngồi bị hư hóng sợi tliuỷ tinh cịn tốt đám báo truyền tin tốt • Tíu hiệu truyền sợi quang k h ô n g bị ảnh hưởng điện từ trường bên nên sử dụ ng cho hệ thơng tin nơi c ó nhiễu điện từ (rường mạnh nhu' c c nhà máy điện mà không cần ch e chắn ánh hưởng điện từ • Ti hao nhỏ, k h ô n g phụ thuộc tần s ố tín hiệu Irong dải tần rộng cho phép truyền dẫn bâng rộng tốc độ c a o so với cáp kim loại với cù n g chi phí xây dựng m ạng • Vì suy hao nhỏ nên cho phép đạt cự ly kh oá n g lặp lớn so với cáp kim loại Người ta tính tốn c h ế tạo I OO.OOOkm/nãm giá thành hệ truyền dẫn q u a n g 1/10 g iá thành hệ truyền dãn kim loại với c ù n g m ột lực truyền dẫn 1.2 C Ấ U T R Ú C H Ệ T H Ố N G T H Ô N G T I N S Ợ I Q U A N G : Từ năm I9 , laser phát m m ột ký n g u y ên lĩnh vực thơng tin I1Ĩ thực trở thành điểm m ố c 1ich sử ngành truyền thông Đ ể truyền tin dạng ánh sáng lan truyền sợi quang phải có hệ th ố n g truyền thông quang học C ũn g g iố n g Ị.nạn văn thạc sỹ k h o a học Trang ( ' h n g ! : T ống (¡11(111 vê hệ th òn g tin t/nơnỉỉ hệ thống khác, hệ thống bao gồm số phận riêng rẽ g h ép với theo phương thức để chúng thực hiệu yêu cầu đặt cùa hệ thống Vì vậy, để truyền tin xác bí mật sợi quang phận hệ thống thiết phải tương thích cho hoạt động mồi phận lãng cường cho khơng làm suy giám hoạt động tồn hệ thống Hình I chi phận hệ thống truyền thông sợi quang (ch o cá tín hiệu s ố tín hiệu tương tự) Thiết bị E/O bao gồm mã hoá thơng tin mạch định dạng tín hiệu, điều c h ế m ột táng điều khiển điện tử đê điều khiển nguồn quang Ánh sáng phát từ nguồn quang đưa vào cáp quang, cáp dùng làm phương tiện truyền ánh sáng Tại thu, ánh sáng biến đổi ngược lại thành tín hiệu điện nhờ m ột thu quang Sau đó, tín hiệu điệu khuếch đại trước giải mã giai điều c h ế để thu thơng tin ban đầu ĩelephon» Bó t«.Nn