單片機控制攝像頭

1、.基于單片機的攝像頭控制電路      視頻監(jiān)控是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、準(zhǔn)確、及時和信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也有了長足的發(fā)展。       針對監(jiān)控系統(tǒng)中采用的攝像機鏡頭所出現(xiàn)的一些問題，本文提出一種三可變攝像鏡頭的控制方式和控制電路設(shè)計。1攝像鏡頭控制原理       攝像機鏡頭的主要參數(shù)包

2、括：配套攝像機CCD(Charge Coupled Device電荷耦合器，即攝像機的光感元件)的大小、焦距、光圈、聚焦方式和接口，其中焦距、光圈和聚焦是在拍攝過程中需要精心調(diào)節(jié)的參數(shù)，尤其是光圈大小的調(diào)節(jié)更是攝像機適應(yīng)光線變化的根本方法。按照攝像機鏡頭光圈的調(diào)節(jié)方式，鏡頭主要分為自動光圈和手動光圈兩類。       自動光圈鏡頭根據(jù)驅(qū)動方式的不同分為視頻驅(qū)動和直流驅(qū)動兩種，但是都可以根據(jù)攝像機成像的亮度，通過鏡頭內(nèi)部電路自動調(diào)節(jié)光圈的大小，從而達到較好的拍攝效果。這類鏡頭不需要過多的外部控制電路，尤其是視頻驅(qū)動自動光圈鏡頭，僅需要將

3、攝像機產(chǎn)生的視頻圖像模擬信號接入鏡頭光圈控制端即可。這類鏡頭雖然可以根據(jù)外部光線的情況自動調(diào)節(jié)光圈大小以達到較好的成像效果，但是由于其調(diào)節(jié)過程對于外部控制器是不開放的，因此在一些需要系統(tǒng)控制器進行特殊控制的場合并不完全適用。另外。目前的高清晰工業(yè)攝像機往往沒有視頻圖像的模擬輸出，因此使用自動光圈鏡頭也存在一些困難。       手動光圈鏡頭分為定焦鏡頭、手動光圈變焦鏡頭和三可變鏡頭。其中，定焦鏡頭和手動光圈鏡頭都需要通過手工調(diào)節(jié)鏡頭的光圈、聚焦等參數(shù)實現(xiàn)鏡頭的調(diào)節(jié)，因此對于自動工作的系統(tǒng)適應(yīng)性較差。三可變鏡頭可以通過鏡頭內(nèi)部電機進行光

4、圈、變焦、聚焦的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)鏡頭參數(shù)的完全電可控，便于自動控制系統(tǒng)和遠端監(jiān)控根據(jù)實際應(yīng)用需要用程序調(diào)節(jié)鏡頭的拍攝參數(shù)以滿足特定的拍攝要求。本文主要針對這一類鏡頭，并以Computar的H6Z0812M型TV ZOOM LENS三可變鏡頭為例討論其控制電路的設(shè)計。      此鏡頭的控制主要通過在三對控制信號線上加載+8 V+12 V或-8 V12 V電源實現(xiàn)。這三對控制信號線分別對應(yīng)光圈、變焦、聚焦參數(shù)的調(diào)節(jié)，而每對控制信號的電源極性和存在時間長短決定了參數(shù)變化的方向和變化量的大小。例如：在光圈控制端輸入+12 V電源則光圈變大，通電時間越長光圈

5、開的越大：反之，輸入-12 V電源則光圈變小。通電時間越長則光圈變得越小。本文所討論的鏡頭控制電路主要按照系統(tǒng)終端或計算機的控制指令，為三可變鏡頭的三個輸入端提供具有精確脈沖寬度、正確極性和合適幅度的控制電壓信號，實現(xiàn)系統(tǒng)控制器對鏡頭參數(shù)的完全控制。2三可變鏡頭控制電路設(shè)計      根據(jù)前面的介紹，可以確定三可變鏡頭的控制電路完成控制功能需要三個步驟：1)與控制計算機進行通信，接收控制指令；2)解析控制指令的內(nèi)容，生成基本控制信號；3)控制功率電路產(chǎn)生鏡頭控制所需的控制信號。由于需要完成數(shù)據(jù)通訊和指令解析的功能，本文選擇具有串行通信接口的51

6、系列單片機89C51為核心設(shè)計鏡頭的控制電路。電路與上述三個步驟的工作相對應(yīng)，分為串行通信電路、中心控制電路、執(zhí)行電路三個部分。21串行通信電路      89C51單片機的串行接口采用了TTL電平方式，即2.4 V以上代表數(shù)字1，0.45 V以下代表數(shù)字0，而一般的標(biāo)準(zhǔn)串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS232則用大于+2V的電壓表示數(shù)字0，用小于-2 V的電壓表示數(shù)字1。因此，89C51與控制計算機之間的串行通信接口必須經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)化。一般的方法是采用專用器件(如MAX232等)完成這一轉(zhuǎn)換，但是需要額外提供一組±12 V電源，不利于設(shè)備的安全，另外由

7、于電路只需要接收串行信息，因此本設(shè)計采用如圖1所示的電路完成電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)串行通信。      當(dāng)RS232傳送數(shù)字“0”時，TXD和GND之間出現(xiàn)一個大于+2 V的電壓，光電耦合器TLP521一次側(cè)發(fā)光，二次側(cè)導(dǎo)通，輸出低電平，對應(yīng)TTL邏輯“0”；當(dāng)RS232傳送數(shù)字“1”時，TXD和GND之間出現(xiàn)一個小于-2 V的電壓，光電耦合器TLP521一次側(cè)不發(fā)光，二次側(cè)不導(dǎo)通，輸出高電平，對應(yīng)TTL邏輯“1”，從而完成了電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)的接收。這一電路不需要額外提供±12V電源，而且能夠避免控制計算機與鏡頭控制電路的直接電氣連接

8、，對于野外應(yīng)用具有更高的安全性。22執(zhí)行電路設(shè)計此部分的硬件設(shè)計主要是實現(xiàn)三可變鏡頭控制信號的輸出。圖2所示為鏡頭光圈的控制電路。聚焦和變焦的控制電路與之完全相同。       電路中雙刀雙擲繼電器S1用于進行電源極性的變換，實現(xiàn)控制參數(shù)變化方向的選擇。當(dāng)S1線包不通電時，AB端輸出+12 V電壓，控制光圈變大；當(dāng)S1線包通電時，AB端輸出-12 V電壓，控制光圈縮小，完成控制參數(shù)變化方向的轉(zhuǎn)換。      參數(shù)變化數(shù)值的控制通過控制驅(qū)動電壓的存在時間來實現(xiàn)。但是繼電器機械動作的持續(xù)性使它難以實

9、現(xiàn)精確的通斷時間控制，其誤差一般在10ms以上，因此在本電路中采用MOSFET作為電子開關(guān)，實現(xiàn)通斷時間的精確控制，誤差小于0.1 ms。常態(tài)下MOSFET截止，輸出端A、B無電流，光圈不動作。      在需要擴大光圈時，S1線包不通電，A端接+12 V，B端通過MOSFET接地，然后51單片機發(fā)出控制信號，使MOSFET導(dǎo)通，輸出A、B端形成電流回路，驅(qū)動光圈擴大；在需要縮小光圈時，S1線包通電，B端接+12 V，A端通過MOSFET接地，然后51單片機發(fā)出控制信號，使MOSFET導(dǎo)通，輸出A、B端形成電流回路，驅(qū)動光圈縮小。這一電路結(jié)構(gòu)和

10、工作方式不僅實現(xiàn)了動作時間的精確控制，還可有效地避免電路因帶電切換而造成的打火現(xiàn)象，提高了繼電器的工作壽命，減少了干擾。      此外，電路中的光電耦合器OP1主要用于隔離和變換51單片機的+5 V電源電壓和鏡頭動作的+12 V驅(qū)動電壓；三極管T1用來控制對繼電器S1線包的供電。23中心控制電路及軟件設(shè)計      中心控制電路如圖3所示。鏡頭控制模塊的控制核心是89C51。主要實現(xiàn)接收控制指令、解析控制指令和執(zhí)行控制指令三項功能。軟件采用51系列單片機的匯編語言編寫。主要是看重使用匯編語言具

11、有執(zhí)行速度快?？删_掌握動作時間，所占內(nèi)存小等方面的優(yōu)勢。      PC與89C51之間采用異步串行通訊方式。數(shù)據(jù)位最多可為8位，定義為動作類型和動作時間兩部分。用數(shù)據(jù)位前3位表示6種動作狀態(tài)，包括光圈擴大、光圈縮小、圖像放大、圖像縮小、焦距變大和焦距變小。數(shù)據(jù)位后5位表示動作時間，一共可以表示32種不同動作時間。根據(jù)軟件要實現(xiàn)的三項功能，程序首先進行初始化。89C52的兩個定時計數(shù)器分別用作波特率設(shè)定和動作時間計時。通過對工作方式控制寄存器TMOD的設(shè)置就可完成對兩個定時計數(shù)器工作模式的定義。定時計數(shù)器1采用工作方式2，用于定義波特率。定時計數(shù)器0采用工作方式1，用于鏡頭動作時間控制。      然后是指令的處理部分。通過“邏輯與ANL”運算將指令分解為動作類型和動作時間兩部分。利用比較轉(zhuǎn)移指令CJNE進行動作類型篩選，通過對工作寄存器組中R1、R2的賦值完成對引腳的設(shè)置：      采用中斷方式進行引腳輸出。由于在帶電狀態(tài)下變換雙刀雙擲開關(guān)的狀態(tài)可能會“打火”，為避免這種情況，在對R1，R2賦值時要實現(xiàn)