淺談網路攝影機電源的佈線解決方案  (最長距離 1500 公尺)

  

A&S Taiwan 安全與自動化 86         義隆電子 謝水來 編譯

  

在架設網路攝影機(Network Camera)的過程中,佈線問題是最重要且複雜的。本文將介紹 PoEHomePlug、饋電佈線模組等相關技術,提供使用者擬訂最佳的電源佈線解決方案。

文/謝水來

  

面對物價飛漲的生活環境,佈線施工廠商和系統整合商(System IntegrateSI)在為客戶架設網路攝影機(Network Camera)時,大多必須考量到協助客戶節省佈線成本的因素,以增加客戶架設網路攝影機的意願。 在架設網路攝影機的過程中,又以佈線問題最為重要與複雜。因為影像傳輸線材選擇、電源配置方式及施工時間,都會影響架設網路攝影機的成本,並且影響客戶架設網路攝影機的意願。

其中,網路攝影機的電源配置問題,會直接影響到「佈線設計」與「架設所需時間」,因此,出現了乙太網路供電(Power over EthernetPoE)、美國家庭插電聯盟(HomePlug Powerline Alliance)電線通訊標準介面之一的 HomePlug與饋電佈線模組等技術,來解決電源配置問題。

本文將介紹上述技術原理,並且分析其優缺點。

  

PoE 技術

一套完整的 PoE 系統包括供電端設備(Power Sourcing EquipmentPSE)和 備( Power DevicePD)兩 分。供電端設備如 PoE Switch,受電端設備則如網路攝影機(見圖 1)。

依據 IEEE 802.3af 標準,PoE 技術的原理是利用 5 類雙絞線(Category 5 cableCat-5)中的第 1-2-3-6 絞線作為資料傳輸及第 4-5-7-8 絞線作為電源的傳輸。網路攝影機只要連接上 Cat-5 就能使裝置正常運作,不需再外接電線,省掉配置電源線的費用與麻煩。

 

目前 PoE 技術只提供 48 伏特、電流 400 毫安培、功率 15.4 瓦特的直流電。計算損失後,大約只能提供 13 瓦特的電源。對於一些具有 PTZPan-tilt-zoom)功能或球型的網路攝影機,需要的電源都超過 13 瓦特,因此 PoE 提供的電源就無法滿足供電上的要求。

 

對於電源供應不足的缺點(見表 1),必須等到 2009 年,電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics EngineersIEEE)審核出新的 PoE技術 IEEE 802.3at 之後,才能提供更大的功率(24 瓦特),解決電源供應不足的問題。

  

 

1PoE 供電技術的運用架構

 

1PoE 優/缺點比較表   

優點

缺點

降低電源線佈線成本

相關設備價格高

減少佈線時間

每埠電能只能供應 13 瓦特

方便裝置管理

電源傳送距離太短(↓100M

 

HomePlug 技術

原理是經由家用電源迴路構成的網路環境,且限制在 200 公尺內,使用者家中的任何一個網路裝置,只要接入兩端的 HomePlug 就可以相互傳輸訊號,節省室內的佈線費用與架設時間(見圖 2)。使用者若使用不同的電源迴路,就無法實現 HomePlug 技術了。

但由於 HomePlug 技術必需在電源迴路中,才能使用,因此架設在戶外的網路攝影機,就較不適合使用這個技術。

另外,HomePlug 技術必須克服一些「干擾」的問題(見表 2)。若 HomePlug迴路環境中有馬達式負載的電氣設備,如冰箱、電風扇、吹風機、微波爐等大型電力設備,HomePlug 的傳輸效能,就會因這些設備的瞬間啟動而受影響。

新一代的 HomePlug 的技術 HomePlug AV,可支援頻寬達 200M,因此新HomePlug c    技術規格,可滿足 Audio Video 多媒體應用。

  

 

 

2HomePlug 技術的運用架構

 

2HomePlug 優/缺點比較表

優點

缺點

免佈線

在專業安全監控  保密性不佳

隨插即用

易受電波干擾

 

戶外不宜使用

 

饋電佈線模組技術

原理與 PoE 概念相似,差異點在於饋電模組使用較低價格的雙絞線,當作訊號與電源的傳輸媒介。

 

3 為饋電佈線模組的運用架構圖。運作方式是由市電 110V220V 供應電源給近端模組,再經由雙絞線傳送電源到遠端模組,最後遠端模組會將電源轉成 12V2.5A,再供給網路攝影機使用。

與前述兩種技術相比,饋電佈線模組的特色,就是讓訊號與電源共用相同一條雙絞線,可省下配置電源線材的成本與佈線時間,而且具有距離長傳輸等特點(見表 3)。

值得一提的是,雖然饋電佈線模組的訊號與電源是使用相同的線路,但傳輸品質卻不會受到電源雜訊的干擾。另外,在電源供應方面,饋電佈線模組可滿足具有 PTZ 功能且不限定廠牌的網路攝影機使用。

饋電佈線模組的優點:

.完全免佈線:可透過現有的電話線來當傳輸媒介傳輸。

.傳輸線材成本低:傳輸媒介使用雙絞線。

.長距離傳輸:可達 1.5 公里以上,中間不需要界接任何訊號加強的設備。

.電力充足:能夠支援 PTZ Speed dome 運作。

.減少佈線成本與施工時間:允許使用現存的線路環境。

 

饋電佈線模組規格:

.輸入電源 90~240V AC

.輸出電源 DC12V 2A,輸出 AC 電源亦可。

.提供過電壓/過電流、人體碰觸及雷擊保護等機制。

 

 

 

 

3:饋電佈線模組的運用架構

 

3PoEHomePlug、饋電佈線模組技術比較表

供電技術

功能

PoE

HomePlug

饋電佈線模組

用途區域

室內/室外

室內

室外

傳送距離

100M

200M

1500M

傳輸電源規格

DC

AC

DC

輸出電源

48V0.4A

110220V

12v 2.5A

傳輸介面

Cat-5

AC 電源

雙絞線/Cat-5

網路攝影機規格

須具備 PoE 功能

不限廠牌

不限廠牌

 

架設網路攝影機的智慧型社區實際案例

由圖 4 可看到智慧型社區存在的環境架設結構。其電話系統的配置方式,是由中華電信將雙絞線拉到活動中心主機房的交換機,再拉 10 對雙絞線到小型交接箱,最後再從小型交接箱拉雙絞線當作住宅電話線。

 

 

4:智慧型社區存在的環境架設圖

 

5 為智慧型社區實際衛星圖,紅色圈為智慧型社區的活動中心,另外的6 個淡藍色圈為客戶要求架設的 6 支網路攝影機架設點。估計圖中 6 支網路攝影機到從活動中心主機房的距離分別為 300700110012001300 1400公尺。

由於智慧型社區要架設網路攝影機,花費最多的是在傳輸與電源線材的費用及施工費用。智慧型社區要如何突破佈線與電源配置問題,將這 6 支網路攝影機的影像都傳送到活動中心主機房,達到全面性安全監控呢?

以下針對傳輸線材的選擇與電源供應的問題,提出介紹。

 

 

5:智慧型社區實際衛星圖        資料來源:  www.map.com.tw

 

一、傳輸線材選擇

1. Cat-5 Cat-5 直接由架設點拉到活動中心的主機房,其線材費用很高且必須花很多時間在挖地埋線。由於 Cat-5 傳送距離限制在 100 公尺內,所以直接拉 Cat-5 拉到主機房,中間必須再加入 Switch HUB 裝置當作延長節點,因此必須要裝置 20 (以上)Switch HUB 才能將這 6 支網路攝影機的影像順利地傳送到主機房。

使用 Cat-5 當作傳輸介面會有 2 個缺點:

.在施工架設:必須配置電源供 Switch HUB 使用,另外還需要添加防水箱保護 Switch HUB 裝置,增加許多額外成本。

.在日後維護:當主機房無法接收到影像時,由於網路攝影機到主機房之間存在許多 Switch HUB 節點,造成維護的複雜性。因此,使用 Cat-5方案的成效不高。

 

2.  光纖電攬:對智慧型社區的長距離而言,以光纖當作傳輸媒介的傳輸效果最好,但整體費用卻最高,在道路開挖地與佈線施工上,也會花費較多時間。

 

3.  雙絞線:可以搭配佈線模組達成傳輸效果。由於佈線模組具有長距離傳輸的優勢,所以可以直接利用已存在的 10 對雙絞線當作傳輸媒介。

此方法可以節省傳輸線材費用及挖道路配置線材的時間(見圖 6)。

 

6:網路攝影機的雙絞線傳輸架構圖

 

二、  電源供應問題

1.  使用 PoE 技術:由於 PoE 有小於 100 公尺的傳送距離限制,所以需要不斷串聯,才能到達架設網路攝影機的位置,還需添加防水箱保護中間串聯的 PoE儀器。因此,智慧型社區建案若使用 PoE 技術,會花費龐大的建置費用,不建議使用。

2.  使用附近路燈的電源:可以節省許多電源線材與配置時間,然而卻存在著連續性的問題。因為路燈一般只在傍晚才開始供應,並非 24 小時供電,所以必須將變電箱供應電源時間調整為 24 小時,並且額外添購定時儀器供路燈使用。由於一個變電箱通常必須同時處理十幾支路燈的電源供應,所以還必須將這十幾隻路燈都加入定時儀器,目的是能提供電源給攝影機及還原路燈電源正常供應時間。

3.  使用附近住宅的電源:可以從架設網路攝影機附近的住宅直接拉電源供應,但這也有兩個問題。首先,網路攝影機為公共財產,其電源費用的計算會較為麻煩。其次,由於必須另外挖地埋置住宅到架設點的電源線,多少會破壞住宅原本的樣貌,因此一般也比較不建議使用這個方法。

4.  使用饋電佈線模組:由於饋電佈線模組可使用雙絞線傳輸電源優勢,因此也可以利用活動中心到交接箱的 10 對雙絞線,利用其中還未使用線路作為饋電佈線模組的傳輸媒介。這個方法可以省下資料傳輸與電源的線材成本及配置線路的施工時間。

 

結論:  

架設網路攝影機常常會因電源供應的問題而增加費用,有時甚至需要更換架設點。但使用饋電佈線模組就不需要擔心架設位置,因此規劃安裝這些網路攝影機設備時,可以隨意選擇合適的架設地點,不但可以節省佈線安裝時間,更可減少傳輸線及電源線的數量,降低成本。

智慧型社區專案經由實際評估後(見表 4、表 5),使用饋電佈線模組可以省下 30%以上的佈線成本(包括傳輸線材、電源線材、施工等費用)

 

 

 

@9:廠商資料

本文作者為義隆電子股份有限公司系統處經理,擁有多年的產業經驗,歡迎業

界交流。

若對解決方案有興趣, 請與 黃先生連絡,   手機 0988-238-989

EMAIL:  frank88.huang@gmail.com

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鼎龍科技有限公司 AdapterNetworks

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