（系統(tǒng)工程專業(yè)論文）大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn).pdf

碩士論文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) ab s t r a c t c a m e r a i n t e g r a t e d w i t h l a r g e s i z e p a n t i l t a n d l e n s i s a n i m p o r t a n t f r o n t p a r t o f v i d e o m o n i t o r s y s t e m i t i s w i d e l y u s e d i n t h e f o ll o w i n g o u t d o o r e n v ir o n m e n t s b a d w e a t h e r c o n d i ti o n s s t r o n g e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e c o n d i t i o n s a n d l a r g e s e n c e s e t c t h i s p a p e r m a i n l y d i s c u s s e s a m e t h o d o f d e s i g n a n d i m p l e m e n ti o n o f c o n t ro ll i n g s y s t e m t o p a n ti l t z o o m c a m e r a t h e p r i m a ry w o r k o f t h i s p a p e r i n c l u d e s a c c o r d i n g t o s p e c i fi c r e q u e s t s b a s e d o n a s i n g l e c h ip p r o c e s s o r t h e w r i t e r g i v e s a t o t a l l o w c o s t s c h e m e o f th e d e s i g n a n d i m p l e m e n ti o n o f p a n t i l t a n d l e n s c o n t r o ll i n g s y s t e m t h e n t h e w r i t e r d i s t i n g u i s h l y d i s c u s s e s t h e m e t h o d o f r e a li z a ti o n o f t h e m o d u l e s i n t h e c o n t r o l li n g s y s t e m i n c l u d i n g p a n t i l e c o n t r o l m o d u l e p r o t o c o l t ra n s f o r m i n g m o d u l e l e n s c o m m u n i c a t in g c o n t r o l m o d u l e a n d d e s i g n p e ri p h e r a l c i r c u i t a n d s o f t w a r e p r o c e s s o f e a c h m o d u l e u s i n g a n o n s c r e e n d i s p l a y c h i p th e w r i t e r d e s i g n s a n d r e a l i z e s a d y n a m i c c h a r a c t e r s u p e r i m p o s i ti o n m o d u l e f o r t h e c o n t r o l l i n g s y s t e m 五c a n b e u s e d i n h i g h w a y v i d e o m o n i t o r i n g s y s t e m f o r o v e r l a p p i n g t i m e d a t e a d d r e s s a n d c h in e s e c h a r a c t e r s t h a t n e e d e d i t g r e a t l y i m p r o v e s t h e w o r k e ff i c i e n c y o f t h e m o n i t o r s y s t e m o p e r a t o r s i t c a n a l s o b e t r a n s p l a n t e d a n d e x p a n d e d f o r m o r e a p p l ic a ti o n s t h i s p a p e r d e s i g n s a n d r e a l i z e s a l a r g e s i z e p a n t il t a n d l e n s c o n t r o l l i n g s y s t e m i n c l u d i n g a c h a r a c t e r s u p e r i m p o s i ti o n m o d u l e i t c o s t s li t t l e s o i t s s u i t a b l e f o r i n d u s t ry a p p li c a ti o n i t c a n b e a r e f e re n c e o f f r o n t d e v i c e i n s e c u ri ty m o n i t o r i n g s y s t e m k e y w o r d s m o n i t o r s y s t e m l a r g e s i z e p a n t i l t a n d l e n s c o n t r o l s y s t e m c h a r a c t e r s u p e r i m p o s i t i o n 聲明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果 盡我所知 在本 學(xué)位論文中 除了加以標注和致謝的部分外 不包含其他人已 經(jīng)發(fā)表或 公布過的研究成果 也不包含我為獲得任何教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使 用過的材料 與我一同工作的同 事對本學(xué)位論文做出的貢獻均己 在論文 中作了明確的說明 研究生簽名 2 回 年7 月 0 日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電 子和紙質(zhì)文檔 可以 借閱或 上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi) 容 可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送交并 授權(quán)其保存 借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容 對于保密 論文 按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理 研究生簽名 x v 7 年7 月 1 0 日 碩士論文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實 現(xiàn) 1緒論 1 1 本課題的 背景 及意 義 近年來 整體和平的國際氛圍中總有一些不和諧的聲音和舉動 整體繁榮的國內(nèi) 局勢中 亦存在一些不穩(wěn)定的因素 鑒于此 國內(nèi) 外對安全防范產(chǎn)品的需求越來越緊迫 投入亦越來越多 2 0 0 8 年北京奧運會的安保投入將高達4億美元 在不同級別的安 全防范系統(tǒng)中 視頻監(jiān)控定位系統(tǒng)均是必備的重要組成部分 我國的安全防范技術(shù)與市場己 經(jīng)取得了快速的發(fā)展 很多行業(yè)都針對自己的特點 提出了各種各樣的安全防范需求 與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的 應(yīng)用之一是隨著我國經(jīng) 濟的繁榮 我國車輛的 人均擁有量持續(xù)上升 但城市道路發(fā)展與之相比顯得滯后 車 路矛盾日 見突出 為在有限的道路條件下 安全有效地提高道路通行率 切實地做好 交通安全管理工作 減少交通違章 交通堵塞 交通事故的發(fā)生率 或當發(fā)生交通事 故時 在最短的時間內(nèi)通知相關(guān)單位和人員趕赴現(xiàn)場 指揮疏導(dǎo)交通 搶救受傷人員 有必要在主要交通路口 尤其是道路擁擠地段 事故多發(fā)地段等位置安裝交通視頻監(jiān) 控定 位系統(tǒng) 1 1 1 與城市道路相比 我國的城際 省際高速公路發(fā)展很快 對高速公路管理的技術(shù) 手段要求也越來越高 為了 充分利用道路交通的資源 提高交通運輸?shù)陌踩胶途S 護國家的經(jīng)濟利益 需要對道路上的交通狀況 出入口的通行能力 公路管理人員的 工作情況等進行全方位的 監(jiān)控 與此同時 在機場 邊防 海關(guān)等特殊場所 為了保 證人民生命以 及國家財產(chǎn)安全 消除一切安全隱患 亦需安裝全方位的監(jiān)控系統(tǒng) 當 發(fā)生緊急狀況時 能迅速定位 進行處理 本論文所涉及的監(jiān)控定位系統(tǒng)中的一體化大型云臺攝像機是專為上述公路 機 場 邊防 海關(guān)等特殊場所而設(shè)計的 大型云鏡攝像機是在室外監(jiān)控定位系統(tǒng)的前端 采集視頻監(jiān)控信息的主體設(shè)備 能夠?qū)崿F(xiàn)靈活地對防區(qū)中的 場景 目 標進行定位 跟 蹤 對突發(fā)事件進行應(yīng)急處理 對所需的畫面進行回放和存儲等功能 不同安全防范 級別對大型云鏡攝像機的控制系統(tǒng)的要求有所區(qū)別 例如定位的準確性 跟蹤的快速 性 局部畫面的 捕捉性能以 及其它一些輔助功能的設(shè)計和實現(xiàn) 借助于大型云 鏡攝像 機視頻監(jiān)控系統(tǒng) 高速公路的管理和調(diào)度人員可以 在監(jiān)控室內(nèi) 對分布在公路各部位 眾多監(jiān)控點的攝像視頻信號進行采集 記錄和輸出 并可在多畫面監(jiān)視器上進行實時 顯示和回放 增強了 對交通運輸突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力 減輕了管理工作人員的勞 動強度 提高了高速公路的 科學(xué)管理水平 為我國 高速公路健康快速地發(fā)展發(fā)揮了重 要的作用 緒論 碩士論文 1 2國內(nèi) 外發(fā)展的 現(xiàn)狀與趨勢 云鏡控制系統(tǒng) 對視頻監(jiān) 控系統(tǒng)的前端設(shè)備 一體 化大型 云鏡攝 像機 進行控制 其發(fā)展趨勢一方面緊密跟隨市場需 求 另一方面隨 著自 動控制領(lǐng)域的 理論 技術(shù) 設(shè) 備的 高速發(fā)展而日 益進步 2 i 1 2 1 視頻監(jiān)控技術(shù)的 發(fā)展 視頻監(jiān)控系統(tǒng)一 般由前 端攝像 信號傳輸 終端顯示 及控制中 心四個部分組成 每一部分的 技術(shù)進步均能對 其余部 分產(chǎn)生良 性影響 并 共同 促進監(jiān)控技術(shù)的發(fā) 展 總 體 說 來 視 頻 監(jiān)控 系 統(tǒng)隨 著 技 術(shù)的 進步 大 致 經(jīng) 歷了 三 代 3 1 模擬時代 早期模擬時代的視頻監(jiān)控系統(tǒng) 視頻是以模擬方式進行模擬處理的 視頻信號由 同 軸電纜進行傳輸 并由 控制主機進行模擬處理 2 半數(shù)字時 代 半 數(shù)字時代的 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 視頻是以 模擬方式采用同 軸電纜進行 傳輸 由控制 主機或硬盤錄像主機進行數(shù)字處理與存儲 目 前大多 數(shù)視頻設(shè)備所要求的輸入信號為 模擬的 視頻基帶信號 而且在 近距離傳輸時 模擬信號是一種最節(jié)省開銷 最具實時 性的信號方式 所以 視 頻基 帶信號 仍為目 前攝像機主要的輸出方式 3 全數(shù)字時代 數(shù)字化是未來的 趨勢 全數(shù)字時代的視頻監(jiān)控系統(tǒng) 視頻從前端圖 像采集設(shè)備輸 出時即為數(shù)字信號 井以網(wǎng) 絡(luò)為傳輸媒介 基于網(wǎng)絡(luò) t c p i p 協(xié)說 采用流媒體技術(shù) 實現(xiàn)視頻在網(wǎng) 上的多 路復(fù)用傳輸 并通過設(shè)在網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò) 虛擬 數(shù)字 矩陣控制主機 i p m 來實現(xiàn)對整個監(jiān)控系統(tǒng)的指揮 調(diào) 度 存儲 授 權(quán)控制等功能 此外報警 門 禁 巡更等前端輸出 的數(shù)字信號也可由 多網(wǎng) 合一的 方式通過網(wǎng) 絡(luò)復(fù)用進行傳輸并在 同 一 平臺 上進 行 管 理 與 控 制 a 隨著計算機控制技術(shù)在不同領(lǐng)域 不同 層面應(yīng)用的逐 步滲透 基于計算機網(wǎng) 絡(luò)的 綜合型全數(shù)字安全視頻監(jiān)控系 統(tǒng)必將得到普遍的 運用 在需要進行遠距離控制時 可以使用數(shù)字視頻加單向 數(shù) 據(jù)光端機對視頻信號 及控 制信號進行傳輸 光端機設(shè)備 成對使用時傳輸介質(zhì)可以 選用多模光纖 總之 視頻監(jiān)控產(chǎn)品 將向 著網(wǎng) 絡(luò)化 智能化 無縫集成以 及針 對專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提 供個性解決 方案的方向發(fā)展 我國安防工程的 建設(shè) 蘊涵 著無限 商機 不但吸引著安防 企業(yè)的目 光 也引起了 i t 電 信等巨頭的關(guān)注 使安防 市場競爭日 趨激烈 中國電 信和中國網(wǎng) 通分別推出了 全球眼 和 寬視界 運營 級視頻監(jiān)控業(yè) 務(wù) 2 0 0 6年 中國電 信已 在全國2 8 個省 市 自 治區(qū) 建立了 全球眼 平臺 應(yīng)用領(lǐng)域擴展到 銀行 保險 公安 海關(guān) 交通 電力等行業(yè) 在城市 治安 監(jiān)控 營運網(wǎng)點監(jiān)控 交 碩士論文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 通監(jiān)控和 校園監(jiān)控等方面得到了廣泛應(yīng)用 1 2 2云 鏡控制系統(tǒng)的 發(fā) 展 云鏡控制系統(tǒng)是 視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備的 控制中心 近年來 隨著控制領(lǐng)域的 潮 流 單片微處理器功能的 增強 性能的 提高 以 及各種大規(guī)模集成電 路 i s i c 專用集成電 路 a s i c 的出 現(xiàn)和多媒體技術(shù)的 應(yīng)用 使得云鏡控制系統(tǒng)在視頻監(jiān)控 系統(tǒng)中的 構(gòu)建更為方便 靈活與高效 與視頻信號傳輸系統(tǒng)及功能 多樣的 輔助系統(tǒng)的 接口 趨于 規(guī)范 并能設(shè) 計出 更為友好 便于 操作的人機交互界面 5 1 大型 云鏡攝像機控 制系統(tǒng)主要對一 體化攝像機 云臺與包括防 護罩在內(nèi)的輔助系 統(tǒng)等幾個 部分進行控制 控制系統(tǒng)的設(shè)計決定了 云臺的定 位精確程度 控制一體攝像 機和操作 室內(nèi) 控制鍵盤 或硬盤錄像機之間的 通信情況 外部護罩的防水 防塵甚至防 暴能力 閣 被控制部 分的技術(shù) 進步 及功能需 求對云鏡控制系統(tǒng)的設(shè)計產(chǎn)生了 一定的 影響 分 述如下 先進的一體化攝 像機提 供高倍 率的光學(xué)變焦和電 子變焦能力 先進的數(shù)字處 理技術(shù) 使得 無論在何種光照 條件下 均能提供清晰 準確的圖 像 一 體機內(nèi)置的多 種協(xié)議接收器或協(xié)議轉(zhuǎn)換器能夠兼容不同廠商的 控制協(xié)議 使應(yīng)用更為靈活 攝像機能自 行設(shè)置的多個隱私區(qū) 域可讓操作人員不能夠觀察到 一些私人地 帶或敏感區(qū)域 云 鏡具 備密碼保 護功能 高級 報警處理功能等 需 要提供云臺水 平1 垂直旋轉(zhuǎn)和一體化攝像機變焦 變倍的統(tǒng)計數(shù) 據(jù) 另外 由于 無線傳 輸技術(shù)的 進步 在布線艱難的情況下 可以 采用 無線云鏡控制 系統(tǒng) 在這種方式中 除了 需要在控制中心和云鏡內(nèi)分別加置發(fā) 射器和 接受器外 還 需要仔細 地選定 云鏡控 制系統(tǒng)的工作 頻率 在制造工藝 方面 由 于大型云鏡攝像機的使用場合風(fēng)力強 晝夜和四 季溫差大 受電 磁干 擾和雷電千擾的 概率高 產(chǎn)品固定安裝后不易維 護而且需全天候工作 所以 工藝設(shè)計時需考 慮產(chǎn)品的 可靠性 穩(wěn)定性 密封 防水 防酸 雨 耐高 溫 耐老化 抗腐蝕性 抗風(fēng)性能 以 保證產(chǎn)品安 裝后 可長期穩(wěn)定工作 無需維護 而且外罩的 防水 防 塵 機器的 散熱 加熱 以及防雷 防浪涌 安全繩都要求非 常細致的設(shè)計 綜上 可知 目 前市場上的大型云鏡攝像一體機已 經(jīng)發(fā)展得比 較完善 從高端的進 口品 牌到大部分的國產(chǎn)品 牌基 本能夠滿足當 前監(jiān)控的需要 緒論碩士論文 1 3本論 文的研究內(nèi) 容與結(jié)構(gòu) 為了 迎合我國戶大的中低端市場需求 本論文所設(shè)計并實 現(xiàn)的大型云 鏡攝像機控 制系統(tǒng)具備成本低 性能可靠 操作方便 顯 示中 文字符等特點 而并不需要僅僅追 求系統(tǒng)功能的高 大 全 本文根據(jù)實際 應(yīng)用 需求 基于高性能單片微處 理器 設(shè)計了一 個低成 本 高實用 性和可靠性的 大型云鏡 攝像機 控制系統(tǒng) 并在其中 實現(xiàn)了 全中 文字符疊加的 功能 克 服了目前市場上很多一體攝像機只能顯示英文或日 文的缺陷 作者所做的主要工作包 括 分析大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)的設(shè) 計原理 和技術(shù)要求 對主微處理器的選型進行周詳?shù)谋容^和權(quán)衡 對輔助器件進行選型 要求功能 完備 今 分析并設(shè)計主控制板電路圖 今 利用p r o t e l 工具設(shè)計字符疊 加器的 硬件電 路并制板進行 調(diào)試 分析并設(shè)計字符疊加器的軟件實現(xiàn)原理和流程圖以及編寫程序 本文首先簡要介紹了大型云鏡控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能以 及設(shè)計原理 然后利用 模塊 化的設(shè)計方法 針對每 個 功能 模塊進行具體的 分析 并 就系統(tǒng) 設(shè)計 實現(xiàn) 和具體調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)的問題及解決方法進行了分析與研究 針 對此云鏡控制 系統(tǒng)在我國高 速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的實際 應(yīng)用需求 作為 控制系統(tǒng) 中的重要的功能 模塊 本文詳細描述了 動態(tài)視頻字符疊加器的設(shè)計和實現(xiàn) 其中 包括 硬件和軟件設(shè)計的 原理 思想 方案 組織和實現(xiàn)方法 在視頻監(jiān)控 系統(tǒng)中 增加動 態(tài) 時間 日期和漢字的疊加顯示功能 使得對控制系統(tǒng)的操作更為方便和快捷 碩士論文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 2大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)研究與分析 2 1 云鏡攝像機控制系統(tǒng) 及操作鍵 盤簡介 在一體化云鏡攝像機系統(tǒng)中 云臺是一個可在水平及垂直兩個方向上旋轉(zhuǎn)的攝像 機底座 里面除了 機械傳動機構(gòu)外還有電動機 繼電 器及相應(yīng)的控制電路 云臺的上 面安裝有可自 動加熱或吹風(fēng)的全天候室外防護罩 一體化攝像機機芯就安裝在該防護 罩內(nèi) 閉 云臺 的作用是增 加了 攝像機的空間 可視范圍和定 位的 靈 活性 通常將自 動 鏡 頭 云臺 報警裝置 防 護罩的雨刷和輔助燈等組裝在一起使用 因此 要求所設(shè)計 的云鏡控制系統(tǒng)具有對一體機進行綜合控制的功能 對大型云鏡攝像機進行控制的 操作鍵盤是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中 專用的控制鍵盤 其功 能與操作不同于普通p c的鍵盤 它是云鏡攝像機控制系統(tǒng)專用的操作設(shè)備 可以 對 整個云鏡攝 像抓系統(tǒng) 進行 各 種控制 操作 并為操 作者了 解系統(tǒng) 運行狀態(tài)提供豐富的 界 面 一般而言 控制系統(tǒng)的 基本要求是保證動作運行的準確度和可靠性 而為了 可靠 地保證云臺和鏡頭動作的正確性 一個具有高可靠性的控制鍵盤與云鏡攝像機之間的 通信協(xié)議十分必要 除完成基本控制動作外 它還需要有附加的檢錯功能 能在失步 的情況下自 動同步 系統(tǒng)可靠地工作亦使云臺 不會出 現(xiàn)誤動作和過沖 延長了 云臺的 使用壽命 一般控制鍵盤用操作桿方式控制水平 垂直云臺的勻速或變速運動 在測試以 鍵 盤搖桿手動控制云臺高速移動后的定位效果時 要求云臺能夠快速靈活地轉(zhuǎn)動 并且 定位時畫面清晰 無抖動 現(xiàn)象 而在低速移動云臺時 要求監(jiān)控畫面保持一貫的平穩(wěn) 狀態(tài) 可以 確保對目 標物體的持續(xù)跟蹤 用按鍵方式控制鏡頭的 聚焦 變焦和縮 放 光圈 另有一些按鍵可控制一些特殊的 功能 例如預(yù)置 巡視 運行模式 報警輸出 等 有一 些 功 能先進的 操 作 鍵 盤 可 進入 菜單編 程 進行站點 控 制 等高 級 功能 2 2 大型云鏡攝像機控制系 統(tǒng)技術(shù)指標 實 現(xiàn)的 大 型云 鏡 攝 像 機 控 制系 統(tǒng)最 終 要求 達到以 下 技術(shù) 指 標 18 1 水平3 6 0 0 連續(xù)旋 轉(zhuǎn) 令 垂直轉(zhuǎn)動范圍 一 0 0 4 0 0 手動水平速度 0 1 0 7 0 0 s 手動垂直速度 0 1 0 5 0 s 令 視頻輸出 p a l 復(fù)合視頻 1 o v p p 今 預(yù)置位水平速度 1 4 0 0 x 令 預(yù)置位垂直速度 1 0 0 0 s 波特率2 4 0 0 4 8 0 0 9 6 0 0 可選 大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)研究與分析 碩士論文 支持r s 4 8 5 通訊總線 支持自 動掃描 巡航設(shè)置 控制各輔助功能的開和關(guān) 工作溫度 4 0 0 6 p 監(jiān)視器畫面中文字符顯示功能 2 3大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計原則與依據(jù) 在系統(tǒng)設(shè)計的初期 要對設(shè)計的原則與依據(jù)進行深入地探討和思考 其結(jié)果將貫 穿設(shè)計和最終實 現(xiàn)的 整個過程 以 期實 現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè) 計目 標 19 1 總體說來 在本系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)周期中 要嚴格遵守以下的幾點 1 規(guī)范性和實用性 系統(tǒng)的設(shè)計基于對應(yīng)用環(huán)境 高速公路 的實際勘察 監(jiān)控對象 通行車輛 監(jiān) 控點處工作人員 項目 投資規(guī)模 系統(tǒng)安裝后維護保養(yǎng)的 便捷性以 及操作的方便性 等因素的統(tǒng)籌考慮 系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)符合相關(guān)風(fēng)險登記和防護級別的要求 符合相關(guān)設(shè) 計規(guī)范和投資方 使用方的管理和具體使用要求 2 準確性 能在現(xiàn)場環(huán)境條件和所選設(shè)備條件下 對目 標進行準確 實時地監(jiān)控 操作云臺 轉(zhuǎn)動時 對移動畫面的 平滑度 穩(wěn)定性 啟停畫面是否抖動 預(yù)置定位的精確度 以 及電 機運轉(zhuǎn)時噪聲的大小的 控制要求需要符合具體的 技術(shù)指標 3 可擴展性 在技術(shù)上具有設(shè)備的互換性及可擴展性 為系統(tǒng)的 增容和改造留 有余地 以 適應(yīng) 不斷進步的技術(shù)和不斷增長的需求 2 4大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)具體實現(xiàn)功能 2 4 1 控制系 統(tǒng)原 理概述 在整個大型一體化云鏡攝像機中 對云臺和一體機鏡頭的控制電 路系統(tǒng)是最重要 的組成部分 它接收來自 整個監(jiān)控系統(tǒng)控制中心發(fā)出的控 制命令 解釋進而控制云臺 進行上 下 左 右各方向的行進動作并對鏡頭進行變焦 z o o m 聚焦 f o c u s 光圈 i r i s 的控制 如果命令出錯 則云臺 鏡頭不動作并能反饋相應(yīng)的狀態(tài)信息 云臺 境 頭控制系統(tǒng)原理如圖2 4 1 所示 碩士論文 大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 圖2 4 1云臺 境 頭控制系 統(tǒng)原理圖 由圖 可 見 串 行 通信接口 接受 控 制 鍵 盤發(fā) 給 本 機 地 址 相 符 的 控 制 云 臺 和 鏡 頭 的命令 由微處理器解碼后 分別控制云臺或鏡頭的動作 輔助功能電路的實現(xiàn)依具 體的應(yīng)用需求而 不盡相同 以 下分別講述各功能模塊的實現(xiàn)功能需求 2 生2鏡頭控制 模塊實 現(xiàn)功能 鏡頭控制的 主要目 的是實現(xiàn)對一體機內(nèi) 置鏡頭 進行變倍近 變倍遠 光圈變大 光圈變小 調(diào)焦近 調(diào)焦遠的控制 其原理及作用分述如下 1 焦距控制 z o o m w i d e z o o m t e l e 操作者可以 通過調(diào)整攝 像機焦距得到所需的 全景畫面或是遠處細微的 視圖 焦距的預(yù)置功能是指攝 像機能將所需狀態(tài)下的 鏡頭位置參數(shù)儲存到 存儲器中 需 要時可以迅速調(diào)用該參數(shù)而自動地將鏡頭調(diào)整至該位置 一般地 操作者可方便快捷 地通過操作控制鍵盤來存 儲及調(diào)用預(yù)置位 2 聚焦控制 f o c u s n e a r f o c u s f a r 調(diào)整焦距時 攝像機 會以物景畫面的中心自 動聚焦 保持清晰圖 像 在特殊情況 下可以通過聚焦控制 得 到希望的圖像效果 3 光圈控制 i r i s o p e n c l o s e 光圈的大小決定著進 光量 應(yīng)該根據(jù)不同的環(huán)境 光線效果進行調(diào)整 在光線充足 的 環(huán)境下光圈應(yīng)調(diào)小一些 而在昏 暗的環(huán)境中光圈 應(yīng)該調(diào)大些 一體機鏡頭的工作電 壓一般在一 1 2 v 1 2 v的范圍內(nèi) 鏡頭由四根控制線 分別 是變倍控制線 z o o m 聚焦控制線 f o c u s 光圈 控制線 i r i s 及一根公 共端 c o m 組成 在每一根 控制線分別加不同 極性的電 壓即可實現(xiàn)t w i r 1 s i r i s f o c u s f o c u s 一 的控制 大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)研究與分析碩士論文 2 生3 云臺 運動 控制 模塊 云臺電源有交流2 4 v的 也有交流2 2 0 v的 不管其供電如何 旋轉(zhuǎn)云臺動作有 上 下 左 右四個基本方向 p a n l e f t p a n r i g h t t i l t u p t i l t d o w n 分別由上 下 左 右4 根相線和一根公共端共5 根線來控制 每一個動作分別由一 根相線與公共端 c o m 來控制 只要相線與公共端加有電 壓 就會產(chǎn)生某一方向 的動作 云臺 動作的的 執(zhí)行 機構(gòu)采用步 進電 機11 0 1 交流2 4 v的 步進電 機 不但噪聲小 而且 移動速度快 運動效果能夠滿足要求 步進電機的位移量與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比 其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率和步進角有關(guān) 控制輸入脈沖數(shù)量 頻率及電機各相繞組的接通順序 可以得到各種需要的運行特性 與能 夠?qū)?現(xiàn) 類似功能的 其 他 執(zhí) 行 元 件相比 步 進電 機 有以 下 幾 個明 顯 的 特點 a n n 2 1 1 可以開環(huán)方式控制而無需反饋就能對運動的位置和速度進行控制 也可在 要求精度更高時組成閉環(huán)控制系統(tǒng) 2 控制性能好 能快速啟動 制動和反轉(zhuǎn) 無穩(wěn)定問題 具有自 鎖功能 3 位移與輸入脈沖數(shù)相對應(yīng) 因而位置誤差不會長期積累 4 步距角選擇范圍大 可以從幾十分至幾十度大范圍內(nèi)選擇 轉(zhuǎn)速可以在相 當寬的 范圍內(nèi)平滑調(diào)整 可以 進行靈活的 控制和調(diào)整 步 進電 機的步距角和轉(zhuǎn)速大小 不受電 壓波動 負載變化的影響 僅與脈沖頻率有關(guān) 5 在小步距角情況下 可以在很低速度下穩(wěn)定運行 往往可以不經(jīng)減速器直 接驅(qū)動負載 6 若用同一頻率的脈沖電 源控制幾臺 步進電 機 可以實現(xiàn)多個電 機同步運行 由于云臺 運動的速度可以變化 且每一方向的行程是不受限制的 控制相對復(fù)雜 云臺運動的速度由控制鍵盤上的操作桿與圓心的距離來決定 這一距離反應(yīng)出來的是 一電 壓值 經(jīng)過?？?燈 數(shù)字 a d 轉(zhuǎn)換由 控制系統(tǒng)進行處理并控制步進電 機的工作頻 率 以 達到控制不同 速度的目 的 旋轉(zhuǎn)方位及位置由 操作桿與圓心的 坐標 x y 經(jīng)a d計算得到 2 4 4視頻 優(yōu)化處理模塊 此模塊主要實現(xiàn)對視頻圖像處理 以滿足不同 條件場合應(yīng)用的需 要 主要包括 白 平衡 背光補償 曝光設(shè)置 圖像特殊效果 自 動增益和攝像機初始化 平衡模塊實現(xiàn)對圖像的平衡設(shè)置 包括自 動平衡和手動平衡 背光補償模塊實現(xiàn)背光補償功能的 打開與關(guān)閉 此功能主要應(yīng)用于背景光線比 較 暗的特殊情況 自 動增益控制電 路使攝像機在不同的景物照度條件下都能輸出電 視傳輸規(guī)定的 g 碩士論文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 標準電 平 這種增益調(diào)節(jié)通常是通過檢測視頻信號的平均電 平自 動完成的 曝光模塊實現(xiàn)曝光度的設(shè)置 此功能主要應(yīng)用于對光線有特殊要求的場合 攝像機初始化主要應(yīng)用于攝像機的復(fù)位操作 包括初始化鏡頭時間 鏡頭自 檢以 及鏡頭的校正等 2 4 5屏顯 c o s d 字符盈加模塊 視頻字符疊加就是通過一定電路產(chǎn)生字符或動態(tài)時間信號并與輸入的視頻信號 進行疊加 使字符 時間 等附 加 信息在 監(jiān)視器的 指定位置上與圖 像信號同時 顯示 l 3 由于以往的監(jiān)控設(shè)備如一體攝像機 云臺控制器等均為進口 產(chǎn)品 在視頻信號中 只能疊加一些簡單的剪 日 文字母或數(shù)字信息 目 前由于國內(nèi) 大規(guī)模的應(yīng)用需求 在 很多視頻應(yīng)用領(lǐng)域要求具有顯示漢字的功能 以方便國內(nèi)操作人員知道該視頻信號以 何種方式來自 何處 以 及對應(yīng)視頻信號的其它相關(guān)信息 如一些實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息 等 并且要求中文字符信息可隨時更新 由于漢字字型的 特殊性和復(fù)雜性 所需疊加的漢字字符可以從現(xiàn)成的點陣漢字庫 文件中提取 如現(xiàn)實中 廣泛使用的c c d o s 2 1 3 h或 u c d o s中的一級漢字庫 在基 本應(yīng)用中 將點陣漢字庫的字模寫入專用的字符存儲器中 然后通過鍵盤選擇需要的 字符 調(diào)入視頻疊加電 路中 并顯示在監(jiān)視器的指定區(qū)域 這種顯示方式最大的特點是 所顯示的漢字字符可以隨意更改 而且輸出字型標準 美觀 大方 由于高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)并不需要專業(yè)級的視頻質(zhì)量 而且視頻信號采集點數(shù) 量很大 造成監(jiān)控系統(tǒng)的投資很大 因此 在監(jiān)控系統(tǒng)中增加動態(tài)視頻字符疊加器的 成本不應(yīng)太高 同時 根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境比 較惡劣 公路系統(tǒng)的 技術(shù)維護力量 比 較薄弱的實際情況 設(shè)計的動態(tài)視頻字符疊加器應(yīng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性 能 在惡劣的 工作環(huán)境中正常運行 2 4 6 報警防區(qū) 控制模塊 報警防區(qū)控制模塊是云鏡控制系統(tǒng)中 重要而特殊的組成部分 具體實現(xiàn)的功能有 以下幾點 報警輸入設(shè)置 此功能 對每一個報警輸入設(shè)置相互關(guān)聯(lián)的 預(yù)置點 具有響應(yīng)多路 報警輸入的功能 當有報警輸入時 系統(tǒng)將自 動調(diào)整云臺 鏡頭的方位 調(diào)用相對應(yīng) 的預(yù)置點 報警輸出設(shè)置 此功能 根據(jù)輸入的 報警信號驅(qū)動繼電 器完成相應(yīng)的動作 如使蜂 鳴器發(fā)出 鳴叫或使報警指示燈閃 爍 與此同時 當系統(tǒng)發(fā)出 報警信號時 監(jiān)控中 心的主控制系統(tǒng)可啟動錄像設(shè)備以 及 時記錄下事故的全過程 便于事后存檔和查詢 大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)研究與分析 碩士論文 z 生7輔助功能 棋塊 輔助功能模塊分為兩部分 1 一級輔助控制輸出 可用于控制雨刷 噴水 紅外燈等外圍設(shè)備的開啟和關(guān)閉 此主要依靠繼電 器開 關(guān)來實現(xiàn) c z 防護和隔離電 路 主 要考慮到云臺鏡頭攝像機的 工作環(huán)境惡劣 受外界電 磁干擾影響比 較大 所以 需增加各 種保護措施 如增加電 源防浪涌 雷擊保護 數(shù)據(jù)總線的保護 以 及對攝像 機視頻信號的保 護 以 延長一體機的 使用壽 命 隔離電 路主 要采用光電隔離來保護控 制芯片 15本章小結(jié) 本章主要對大型云鏡控制系統(tǒng)的設(shè)計需 求進行深入分析 分別論述了 一體化云鏡 攝像機各個功能模塊的控制原理及實現(xiàn)功能的 需求 對控制系統(tǒng)的實現(xiàn)進行初步的 研 究和分析 碩 士 論 文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 3大型云鏡控制系統(tǒng)總 體設(shè)計及實現(xiàn) 3 1 大型云鏡 控制系統(tǒng)方 案設(shè)計 本論文中 大型云鏡 一體攝像機控制系統(tǒng) 主要涉及的部 件有云鏡一體攝像機 控制 鍵盤 視頻傳輸 線路 控制信號總線及監(jiān)視 器等 作為監(jiān)控系統(tǒng)前端的云鏡一體機控制系統(tǒng)設(shè)計的 好壞直接影響到整個閉 路監(jiān)視 系統(tǒng)的可 靠性與可操作 性等關(guān)鍵指標 經(jīng)過綜合分析和權(quán)衡 采用自 動控制領(lǐng)域中的 潮流 即高性能單片 機設(shè)計的 控制系統(tǒng) 這樣可以 用很低的成本實現(xiàn)相對復(fù)雜的 控 制 方 案 實 現(xiàn) 控 制 系 統(tǒng) 的 嵌 入 式 先 進 性 和 智 能 化 t41 1 51 1 61 大型云鏡控制系統(tǒng)由 主單片機和一些外圍電路組成 它是整個云鏡一體機系統(tǒng)的 指揮中心 控制系統(tǒng)內(nèi) 各模塊協(xié)同 工作 并且負責與上位控制機 或鍵盤 的 通 信 以實 現(xiàn)系統(tǒng)的各種 功能 而且由于單片機的靈活性 能 夠比 較容易地修改控制方 案 設(shè)計并實現(xiàn)一個成功的 單片機控制系統(tǒng)是有成熟的規(guī)律可以 依照的 通常要明 確 以 下 幾 點 1 71 i 確定系統(tǒng)的目 標任務(wù) 目 標任務(wù)即是系統(tǒng) 要求實現(xiàn)的功能以 及技 術(shù)指 標 應(yīng)用的 場合不同廠 具體的要求 會有區(qū)別 目 標任務(wù)要 盡可能清晰 完善 完整的目 標任務(wù)為后續(xù)系統(tǒng)的 設(shè)計和開發(fā) 奠定堅實的基礎(chǔ) 有些目 標任務(wù)在開始設(shè)計時 并不 是非常 清楚 完善 隨著系統(tǒng)的研 制開發(fā) 現(xiàn)場的 應(yīng)用以 及市場的變化可能會有不斷的更新和變化 設(shè)計方案要盡可能 適應(yīng)這些變化 本論文中 控制系統(tǒng)的設(shè)計目 標明確 技術(shù)指標清晰 己 在上文做了 詳細的闡 述 2 系 統(tǒng)的總體設(shè) 計 在上一步的 基礎(chǔ)上 確定系統(tǒng)的總體設(shè) 計方案 系統(tǒng)的總 體設(shè)計 包括主單片機的選 擇 其它一些輔 助功能電 路中 關(guān)鍵器件的 選型 硬軟件實 現(xiàn)功能的劃分等 單片機以 及關(guān)鍵器 件的選擇需要考慮技術(shù)是否成先進 成熟 是否滿足系統(tǒng)的精 度 速度和可靠性要求 貨源是否充足 如出 現(xiàn)問 題是否有可以替 換的器件等 控制 系統(tǒng)技術(shù)指標的 實現(xiàn)與 整個系統(tǒng)的 硬件和軟 件都有關(guān)系 所以 要綜合考慮 硬件選擇 滿足精度要求的 產(chǎn)品 軟件采用合適的 數(shù)學(xué)模型和算法 硬件 軟 件功能在一定 程度 上具有互換性 即 有些 硬件電 路的 功能可以 用軟件實現(xiàn) 反 之同樣成立 具體采用什 么方法 要根據(jù)具體要求及整 個系統(tǒng)的 性能 價格比 加以綜合平衡后確定 一般而言 使用硬件完成 速度較快 可節(jié)省c p u的 時間 但價格比 較昂 貴 而且系統(tǒng)比 較復(fù)雜 勢必增加 硬件設(shè) 計和調(diào) 試的工作量和難度 用軟 件實現(xiàn)則 相對經(jīng)濟 但占 用 c p u較 多的時間 所以 一般的 原則是 在 c p u時間 允許的 情況下 盡量 采用軟件 所以總 i t 大型云鏡控制系統(tǒng)總體設(shè)計與實現(xiàn) 碩士論文 體設(shè)計時 必須權(quán)衡利弊 仔細劃分硬件和軟件的功能 總體方案決定整個系統(tǒng)的 硬件 和軟件設(shè)計 其質(zhì)量的 好壞直接 影響整 個設(shè)計開發(fā) 過程 所以 系統(tǒng)整體設(shè)計一定要從系統(tǒng)的目 標 任務(wù)入手 細 節(jié)與整體統(tǒng) 籌考慮 盡可 能多地參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的有關(guān)資料 綜合考慮系統(tǒng)的可靠性 先進性 通用性 可維護性 可擴展性和成本要求等 使確定的技術(shù)方案合理且符合有 關(guān)標準 在本論文中 由于需要實現(xiàn)的云鏡 控制系 統(tǒng)是為了 滿足 我國 廣大中 低端市場的需 求 因而在功能和性能的要求上不必一味追求最全面 最先進或最高效 在完成基本 控制功能的 前提下 側(cè)重解決 新問題 一 疊加中文字符 在下文將進行詳細講述 的 實現(xiàn) 總體說來 硬件和軟 件的設(shè) 計需各有側(cè)重 充分發(fā) 揮各自 的優(yōu) 勢 3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的總體設(shè)計完成后 將整個系統(tǒng)劃分成若干模塊 利用框圖表示出各模塊之 間的關(guān)系 數(shù)據(jù)流向 控制流向 一 說明 各模塊的 工作原理 采用的 核心技術(shù)以 及實現(xiàn) 的 功 能 結(jié) 構(gòu) 框圖 將 整 個系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 圖 形 化 清 晰 化 簡 單 化 有 助 于 對 系 統(tǒng)的 進一 步理解和掌握 并為 硬件和軟件設(shè)計的 模塊化打 下基礎(chǔ) 由上述可知 本論文中 云臺鏡頭控制系統(tǒng)主要由 云臺 控制電 路 鏡頭控制電 路 通信電路和字符疊加器等電路模塊組成 4 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 系統(tǒng)的硬件設(shè)計是根據(jù)總體設(shè)計方案以 及結(jié)構(gòu)框圖 在所選擇的單片機以 及關(guān)鍵 元器件的 基礎(chǔ)上 再 進一步確定系統(tǒng)中 所要使用的 元器件 分模塊繪制系統(tǒng)的電 路原 理圖 最后將各模塊的原理圖綜合起來 得到系統(tǒng)的總體電路圖 并依據(jù)電路圖設(shè)計 制作印 刷電路板以 及組裝樣機 等 設(shè)計時 要綜合考慮各元件的 驅(qū)動和帶負載能 力 必 要時做一些部件環(huán)節(jié)試驗 以驗證電路的正確性 電路板設(shè)計時要綜合考慮模擬電路 數(shù)字電 路 高頻電 路 低頻電 路 高壓電 路 低壓電 路的布線規(guī)則 地線的 布線方法 和原則 以 及印 刷電路 板導(dǎo) 線寬度與 所能 承受的電 壓 電 流關(guān)系等 并要綜合考慮抗 電磁千擾等問題 本論文作者工作中 主要設(shè)計了 兩塊硬件電 路板 一 塊實現(xiàn)云臺 鏡頭的 運動控制 另一塊實現(xiàn)動態(tài)字符疊加功能 在硬件設(shè)計過程中 所需 綜合考慮的問 題非常之多 非常之繁復(fù) 是 對實踐能力的 極大考驗和提高過程 5 系統(tǒng)的軟 件設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計 方案中 軟件實 現(xiàn)的功能 明 確數(shù)學(xué)模型和算法 遵循自 頂向下 模塊化設(shè)計的原則 綜合順序 程序設(shè)計 分支程序設(shè)計 子程序設(shè)計 中斷 服務(wù) 程序 設(shè)計的各種方法 繪制 程序流程圖 并編寫相 應(yīng)的 程序 上述的方案設(shè)計原則在下文 的具體實現(xiàn)過程中均能處處 體現(xiàn) 6 系統(tǒng)的 聯(lián)機調(diào) 試 運行和維 護 1 2 碩 士 論 文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 系統(tǒng)的 聯(lián)機調(diào)試指對整 個系統(tǒng)的 硬件和軟 件進行整體調(diào)試 是個比 較復(fù)雜 難度 相當大的過程 一般是分模塊進行 而且大的模塊又可分成小的模塊 比如主單片機 模塊 首先要檢查單片機是 否正常復(fù)位 是否 啟振 因為這是它正常 工作的前提 然 后才能驗證 程序是否正 常運行 硬件是軟件的工 作平臺 軟件只有工作在正確無誤的 硬件平臺 上才能驗證其正 確性 一 所以一般的 調(diào)試過程是硬件調(diào)試成功后再調(diào)試軟件 軟件利用開發(fā)系統(tǒng)先進行 模擬仿真后 再進行在線仿真調(diào)試 整個系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試成功 后 需要先在試驗環(huán)節(jié)運 行 根據(jù)運行狀況再進行相應(yīng)的硬件或軟件改動 實驗環(huán)境 運行滿足要求后 還要在 現(xiàn)場環(huán)境運行 現(xiàn)場環(huán)境相對試驗環(huán)境要復(fù)雜得多 一定要 認真觀察運行情況 分析出現(xiàn)的各種故障及原因 此時出現(xiàn)故障時 盡量 采用軟件的 方法修正 本論文涉及的是具體的工程項目 系統(tǒng)在實際工作過程中 可能 會受到 來自 系統(tǒng) 內(nèi) 部和外部的各種各樣的干擾 使系統(tǒng)發(fā)生 異常狀態(tài) 在整個設(shè)計 實現(xiàn)的過程中 應(yīng)全面考慮 盡量降低 錯誤和故障的發(fā)生率 理 論上的設(shè)計和實現(xiàn)在這一個環(huán)節(jié)將經(jīng) 受嚴峻的 考驗 根據(jù)出 現(xiàn)的 故障 順藤摸瓜 找出 問題所在 修改并進一步進行調(diào)試 運行 以使設(shè)計的控制系統(tǒng)逐漸趨向滿足設(shè)計需求 7 可靠性設(shè)計 對于單片機應(yīng)用系統(tǒng)來說 可靠性是最基本的技術(shù)指標 如果一個單片 機應(yīng)用系 統(tǒng)工作時 不能保證穩(wěn)定可靠 其它的功能無從談起 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的 可靠性指在規(guī) 定的條件下和規(guī)定的時間 內(nèi) 完成規(guī)定 功能的 能力 規(guī)定的條件包括環(huán)境條件 如 溫 度 濕度 振動 電 磁千擾等 使用條件 維修 條件 操作水平等 由 于本論文中 設(shè)計的 云鏡控制系統(tǒng)的工作 環(huán)境大多在室外 對可靠性的 要求比 室 內(nèi) 型的監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備更高 需要耗費較長的時間和較多的 精力 是成功設(shè)計此控 制系統(tǒng)的 最后關(guān)鍵一步 其重要性不言自 明 3 1 1 本論文中 采用的 徽處 理器介紹 本云鏡控制系統(tǒng)主單片機采用了a t me l公司較新發(fā) 布的帶 1 2 8 k字節(jié) f l a s h 的 在 線可 編 程8 位處 理 器a t m e g a 1 2 8 它 是 精 減 指 令集 微 處 理 器 系列 r is c 中 的 高 檔品 種 具 有 如 下主 要 特 點 1 司 1 先 進 的r i s c r e d u c e d in s tr u c ti o n s e t c o m p u te r 結(jié) 構(gòu) a t m e g a 1 2 8 具 有1 3 3 條 功能 強 大 的 指 令 大 部 分指 令 在 單 時 鐘 周期 內(nèi) 執(zhí) 行 有 3 2個 8 位通用工作寄 存器和外設(shè) 控制寄 存器 使實時控制的 表現(xiàn)更加完美 工作在 1 6 m h z 下 具有1 6 m i p s 的 性能 2 非易失 性程序和 數(shù)據(jù)存儲器 a t m e g a 1 2 8 采用 了h a r v a rd 結(jié) 構(gòu) 具 有 獨 立 的 數(shù) 據(jù) 和 程 序總 線 程序 存 儲 器 的 指 大型云鏡控制系統(tǒng)總體設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文 令通過一級流水線運行 其具有1 2 8 k b可重復(fù)編程f l a s h 程序存儲器 4 k b的 e e p r o m以及4 k b的內(nèi)部s r a m 在其b o o t區(qū)具有獨立的加密位 可通過片內(nèi)的 引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程 寫操作時真正可讀 3 具有j t a g接口 通過j t a g接口 對f l a s h e e p r o m熔絲位和加密位編程 4 增強的硬件功能 a t m e g a l 2 8 具 有2 個帶預(yù) 分 頻 器和 一 種比 較模 式的8 位定叻計 數(shù) 器 2 個 擴 充 的帶預(yù)分頻器和比較模式 捕獲模式的1 6 位定叻計數(shù)器 獨立振蕩器的實時計數(shù)器 2 通道8 位p w m 6 通道2 1 6 位精度p wm 8 通道1 4 位a d轉(zhuǎn)換 輸出比 較調(diào)節(jié) 器 8 個單端通道 7 個微分通道 2 個增益為1 1 0 或2 0 0 的微分通道 二線wc 串行接口 2 路可編程串行 u a r t接口 力從s p i 串行接口 帶內(nèi) 部振蕩器的可編 程看門狗定時器等 5 獨有的 特點 上電復(fù)位和可編程的低電 壓檢測 內(nèi)部可校準的r c振蕩器 5 種睡眠模式 即 空閑模式 a d c噪聲抑制模式 省電 模式 掉電 模式和待命模式 可通過軟件選擇 時鐘頻率 全局上拉禁止 6 開發(fā)控制系統(tǒng)方便 它具有一整套的 編程和系統(tǒng)開發(fā)工具 c編譯器 宏匯編器 調(diào)腳模擬器 j t a g i c e 在線仿真器和s l me g a 1 2 8 評估板 a t me l 公司提供一個免費的 集成開發(fā)軟件環(huán)境一 一 a v r s t u d i o 可從a t m e l 公司網(wǎng) 站下載 在該軟 件中可實現(xiàn)匯編語言的 編輯 純軟件仿真 目 標碼生成等功能 此外 a t m e l 公司 亦推出了刀 pa g口的仿真器一 一 氣 it a g i c e j t a g i c e 加上a v r s t u d i o構(gòu)成調(diào)試系統(tǒng) 除了實現(xiàn)a v r s t u d i o的原有功能外 還可實現(xiàn)對硬件系 統(tǒng)的調(diào)試以 及對芯片的 燒寫 另外 a v r s t u d i o可以 外掛第三方的c編譯器 如 免費的 a v r g c c 作為 c語言的源代碼調(diào)試 其它還有一些非免費的開發(fā)系統(tǒng)如 i m a g e c r a f t i a r 等 9 a 總之 使用這款高性能的單片機可以 保證控制系統(tǒng)基本動作的準確性和可靠性 使得整體系統(tǒng)開發(fā)方便 快捷 高 效 并為控制系統(tǒng)將來的功能擴展留有足夠的空間 12云合 運動控制棋塊的 功能 與設(shè) 計 為實現(xiàn)系統(tǒng)所提性能指標 合理的電機選擇及電機驅(qū)動電 路的 設(shè)計顯得非常重 要 綜合考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊 體積大 質(zhì)量較重及性價比 高等要求 最終采用由 兩相 步進電機及相應(yīng)高性能細分驅(qū)動器構(gòu)成驅(qū)動 機構(gòu) 由 于云臺的驅(qū)動采用步進電 機的 方 式 可以 事先將目 標位置設(shè)定儲存在微處理器中 并可控制云臺快速行進到設(shè)定位置 碩士論文大型云鏡攝像機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 這個功能在報警聯(lián)動系統(tǒng)中 十分有用 步進電機是一種將電 脈沖信號轉(zhuǎn)變成相應(yīng)角位移的機電執(zhí)行元件 它轉(zhuǎn)動的角度 與輸入脈沖的個數(shù)成正比 轉(zhuǎn)動的 速度與輸入脈沖的頻率成正比 目 前 比較常用的 步進電 機包括反應(yīng)式 永磁式及混合式步進電 機這三種 由 于混合式步進電機綜合了 反應(yīng)式和永磁式兩者的 優(yōu)點 具有輸出 轉(zhuǎn)矩大 動態(tài)性能好 步距角小等優(yōu)點 因此 在很多高精度運動控制場合被廣泛采用 本系統(tǒng)最終選用了 步距角為1 s 度的兩相混 合式步進電機作為執(zhí)行元件 盡管步進電 機具有快速啟停 精確步進 直接接收數(shù)字量以 及無累積誤差等特點 但由于步進電 機仍存在相對而言步距角較大 轉(zhuǎn)速不夠平穩(wěn)以 及低速振動等問題 限 制了 它在高 精度要求場 合下的 應(yīng) 用 為了 解決此問 題 需 進行 步距角細分 z 步進電 機步距角細分驅(qū)動的工作原理是 在每次輸入脈沖時 繞組電流的幅值不是一次升到 位而是分成階級 逐個階級地上升 即這里繞組電流不再是一個方波 而是一個分成 n個階級的階梯波 則電流每升或降一個階梯時 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一小步 當轉(zhuǎn)子按照這樣 的規(guī)律轉(zhuǎn)過n小步時 實際上相當于轉(zhuǎn)過一個步距角 談 竹獷 井 mf3id o w x 1 8m e 7 日o br e 9 ms r z 圖3 2 1電 機驅(qū)動芯片外圍電 路連接圖 本系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)簡單 控制靈活角度出發(fā)選用了二相步進電 機專用細分驅(qū)動芯片 a 3 9 7 7 來構(gòu) 成 相 應(yīng)的 細 分 驅(qū) 動 器 a 3 9 7 7 是 一 款a ll e g r o 公 司 新 近 開發(fā)出 的 專門 用于 兩相步進電 機的 微步進電 機驅(qū)動集成芯片 其內(nèi)部集成了直接譯碼接口 正反轉(zhuǎn)控制 電路 雙h橋驅(qū)動電 路 輸出電 流最大可達2 5 a a 3 9 7 7 通過其特有的譯碼器使其 大型云鏡控制系統(tǒng)總休設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文 控制變得相當簡單 最簡單的步進控制只需 s t e p 步進 和 d i r 方向 2 條 輸入線 輸出由d mo s 和雙h橋完成 通過 s t e p 腳簡單地輸入一個脈沖就可以 使電 極完成一次步進 省去了 老式驅(qū)動芯片中 相序表 高頻控制線及復(fù)雜的編程接口 步進方式可以由m s l 和ms 2 按不同的 狀態(tài)組合方式確定 從而方便地使電 機工作在 1 8 1 4 1 2 和整步方式 a 2 9 7 7 外圍電路連接圖如圖3 2 1 所示 3 3遠程通信棋塊的 功能與設(shè)計