畢業(yè)設(shè)計(jì)云臺(tái)控制器的軟件設(shè)計(jì)

1、近年來(lái)，視頻監(jiān)控得到了迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。為擴(kuò)大監(jiān)控范圍，改善監(jiān)控視野，可以借助于云臺(tái)，即把攝像機(jī)裝在云臺(tái)上，通過(guò)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)可以控制攝像機(jī)鏡頭的參數(shù)。云臺(tái)在監(jiān)控系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，它直接反映監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控指標(biāo)。本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C52單片機(jī)的電動(dòng)云臺(tái)控制器。該控制器能夠接收控制臺(tái)的控制命令，控制云臺(tái)的垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)，以及攝像機(jī)的聚焦/散焦，變倍近遠(yuǎn)、光圈變力小，以調(diào)整攝像機(jī)的視野.本文在介紹課題的應(yīng)用背景的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了云臺(tái)所具備的功能，并針對(duì)這些功能提出了本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案。在軟件程序設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)要介紹了串行通訊的基本知識(shí)和詳細(xì)說(shuō)明了應(yīng)用于云臺(tái)中的通

2、訊協(xié)議PELCO-D和PELCO-P等協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了各部分的軟件流程圖。最后闡述了本設(shè)計(jì)所采用的有關(guān)軟件可靠性方面的措施。通過(guò)調(diào)試、系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了云臺(tái)的上下左右旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鏡頭聚焦、變倍、光圈的控制。達(dá)到了預(yù)期的應(yīng)用目標(biāo)。關(guān)鍵詞：云臺(tái)，協(xié)議,監(jiān)控系統(tǒng)，解碼器ABSTRASCTIn recent years, the development of video surveillance is rapid, the range of applications become wide. In order to expand the scope of monit

3、oring and improve the monitoring of vision, The pan/tilt/zoom (PTZ) can be used, which means to put a camera on a PTZ and to control the PTZ camera rotating. At the same time, the parameters of the camera lens can be controlled. The PTZ play a key role in the monitoring system, it reflects the perfo

4、rmance of monitoring system.In this paper, a controller for electric PTZ, which is based on microcomputer AT89C52 and applied in explosion-proof PTZ system, has been designed. It can receive commands from the controller, which control the PTZ motion, the camera, NEAR/FAR, TELE/WIDE, Close/Open. The

5、parameters of the camera can be saved in memory.First of all, the background of the subject, the classification of PTZ and the development of PTZ Controller are introduced. The functions of PTZ are analyzed. A program for these functions is proposed. Secondly, the entire process in detail about soft

6、ware is described. In the process of software design, the basic concepts of serial communication and both the PELCO-D and PELCO-P protocol are introduced. The main software programs and subroutine are finished. Finally, the reliability design about software is described.Through the actual running of

7、 the system, it is proofed that the system runs stable. The PTZ rotating and the parameters of the camera lens and Preset function can be controlled. The goal of the expected is achieved.KEY WORDS: pan/tilt/zoom, protocol, monitoring system, decoder前 言 云臺(tái)控制器是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中重要的前端控制設(shè)備，它接收中心控制設(shè)備發(fā)送的串行編碼信號(hào)，通過(guò)軟件解

8、碼后驅(qū)動(dòng)不同的硬件電路，以控制云臺(tái)、鏡頭、輔助照明燈光、雨刷等操作，能方便地跟蹤被監(jiān)控目標(biāo)。中心控制設(shè)備可以是視頻矩陣切換器、控制鍵盤、多媒體計(jì)算機(jī)、數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)等，中心控制設(shè)備和云臺(tái)控制器之間一般通過(guò)串行RS-485接口進(jìn)行通信。隨著單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，解碼器也逐漸由獨(dú)立設(shè)備向模塊化發(fā)展，尤其是在智能球形攝像機(jī)中應(yīng)用得更普遍。目前視頻監(jiān)控行業(yè)還沒(méi)有建立統(tǒng)一的中心控制設(shè)備與前端控制設(shè)備之間的通信控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠商都使用各自的通信控制協(xié)議，這些協(xié)議互不兼容，常用的通信控制協(xié)議有PELCO-D,PELCO-P PANASONIC,PHILIPS,SAMSUNG,RM1

9、10,CCR-20G,AB,AD,DALLES,KALATEL, KRE-301, VICON , ORX-10, YAAN, HY , ALEC，KONY等。目前市場(chǎng)上的云臺(tái)控制器大部分采用撥碼開(kāi)關(guān)的方式，由人工選擇要選用的通信協(xié)議，本設(shè)計(jì)就是采用撥碼開(kāi)關(guān)選擇多種協(xié)議像PELCO-P、PECLO-D、YAAN、明景等云臺(tái)協(xié)議，而單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)所選協(xié)議而執(zhí)行相應(yīng)控制協(xié)議方案。本設(shè)計(jì)通過(guò)上位機(jī)控制云臺(tái)控制器執(zhí)行相應(yīng)云臺(tái)上、下、左、右。鏡頭的變焦、變倍、光圈動(dòng)作等。通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性。目 錄摘 要IABSTRASCTII前 言III1緒論111191.2.3鏡頭、云臺(tái)、解碼器、轉(zhuǎn)換器的安

10、裝方法1012132總體方案設(shè)計(jì)152.1 系統(tǒng)功能分統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計(jì)1919192020203.2.4 RS-485標(biāo)準(zhǔn)213.3 PELCO-D協(xié)議223.4 PELCO-P協(xié)議253.5 YAAN協(xié)議2730334、軟件程序的實(shí)現(xiàn)3535363839405、實(shí)驗(yàn)調(diào)試及結(jié)論435.1 RS485串口中斷通信實(shí)驗(yàn)43435.3 撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)446、總結(jié)及展望456.1 總結(jié)456.2 云臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)展望46參考文獻(xiàn)50致 謝52附 錄 一 硬件電路53附 錄 二 軟件程序551緒論課題的應(yīng)用背景 隨著集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信等技術(shù)于一體的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，原先固定

11、不動(dòng)的攝像機(jī)由于只能監(jiān)視固定方向的圖像，而那些工作環(huán)境惡劣，監(jiān)控復(fù)雜的場(chǎng)合要求攝像機(jī)能夠隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況改變監(jiān)控方向，實(shí)現(xiàn)三維立體空間監(jiān)視，因此電動(dòng)云臺(tái)發(fā)展起來(lái)。云臺(tái)是一種能夠承載攝像機(jī)進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并能夠控制攝像機(jī)的焦距，變倍，光圈等參數(shù)的一種裝置。云臺(tái)里面除機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)外，還有電動(dòng)機(jī)、繼電器以及相應(yīng)的控制電路，這個(gè)控制電路通常被稱為云臺(tái)控制器。在監(jiān)控系統(tǒng)中云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)不能在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)整，可以通過(guò)控制室內(nèi)的操作臺(tái)遠(yuǎn)程通訊控制其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而滿足全方位的監(jiān)視要求，通過(guò)云臺(tái)控制攝像機(jī)的焦距，變倍，光圈等參數(shù)，以使得監(jiān)控視野更清晰。目前,圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的云臺(tái)和控制器通常都采用分開(kāi)設(shè)計(jì),這是

12、因?yàn)椴糠衷婆_(tái)安裝在外,工作環(huán)境惡劣,采用分開(kāi)設(shè)計(jì)能夠使整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)成本得到降低。本文采用單片機(jī)AT89C52設(shè)計(jì)一種通用云臺(tái)控制器,實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)、攝像機(jī)以及圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的部分輔助設(shè)備進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)場(chǎng)合的監(jiān)控范圍清晰，監(jiān)控靈活，高安全性，高可靠性等指標(biāo)。1、解碼器 解碼器，國(guó)外稱其為接收器/驅(qū)動(dòng)器（Receiver/Driver）或遙控設(shè)備（Telemetry），是為帶有云臺(tái)、變焦鏡頭等可控設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)電源并與控制設(shè)備如矩陣進(jìn)行通訊的前端設(shè)備。通常，解碼器可以控制云臺(tái)的上、下、左、右旋轉(zhuǎn)，變焦鏡頭的變焦、聚焦、光圈以及對(duì)防護(hù)罩雨刷器、攝像機(jī)電源、燈光等設(shè)備的控制，還可以提供若干個(gè)輔助功能開(kāi)

13、關(guān)，以滿足不同能夠用戶的實(shí)際需要。高檔次的解碼器還帶有預(yù)置位和巡游功能。 解碼器按照云臺(tái)供電電壓分為交流解碼器和直流解碼器。交流解碼器為交流云臺(tái)提供交流230V或24V電壓驅(qū)動(dòng)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)；直流解碼器為直流云臺(tái)提供直流12V或24V電源，如果云臺(tái)是變速控制的還要要求直流解碼器為云臺(tái)提供0-33或36V直流電壓信號(hào)，來(lái)控制直流云臺(tái)的變速轉(zhuǎn)動(dòng)。 按照通訊方式分為單向通訊解碼器和雙向通訊解碼器。單向通訊解碼器只接收來(lái)自控制器的通訊信號(hào)并將其翻譯為對(duì)應(yīng)動(dòng)作的電壓/電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)前端設(shè)備；雙向通訊的解碼器除了具有單向通訊解碼器的性能外還向控制器發(fā)送通訊信號(hào)，因此可以實(shí)時(shí)將解碼器的工作狀態(tài)傳送給控制器進(jìn)行分析，

14、另外可以將報(bào)警探測(cè)器等前端設(shè)備信號(hào)直接輸入到解碼器中由雙向通訊來(lái)傳誦現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警探測(cè)信號(hào)，減少線纜的使用。 按照通訊信號(hào)的傳輸方式可分為同軸傳輸和雙絞線傳輸。一般的解碼器都支持雙絞線傳輸?shù)耐ㄓ嵭盘?hào)，而有些解碼器還支持或者同時(shí)支持同軸電纜傳輸方式，也就是將通訊信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制與視頻信號(hào)以不同的頻率共同傳輸在同一條視頻電纜上。 解碼器的電路是以單片機(jī)為核心，由電源電路、通訊接口電路、自檢及地址輸入電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警輸入接口等電路組成。 解碼器一般不能單獨(dú)使用，需要與系統(tǒng)主機(jī)配合使用。 云臺(tái)是一種安裝在攝像機(jī)支撐物上的工作臺(tái)，用于攝像機(jī)與支撐物的聯(lián)結(jié)，云臺(tái)具有水平和垂直運(yùn)動(dòng)的功能。 云臺(tái)按照可以運(yùn)動(dòng)

15、功能分為水平云臺(tái)和全方位（全向）云臺(tái)。 按照工作電壓分為交流定速云臺(tái)和直流高變速云臺(tái)。 按照承載重量分為輕載云臺(tái)、中載云臺(tái)和重載云臺(tái)。 按照負(fù)載安裝方式分為頂裝云臺(tái)和側(cè)裝云臺(tái)。 根據(jù)使用環(huán)境分為通用型和特殊型。通用型是指使用在無(wú)可燃、無(wú)腐蝕性氣體或粉塵的大氣環(huán)境中，又可分為使用型和室外型。最典型的特殊型應(yīng)用是防爆云臺(tái)。2.2、云臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 全方位云臺(tái)內(nèi)部有兩個(gè)電機(jī)，分別負(fù)責(zé)云臺(tái)的上下和左右各方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。其工作電壓的不同也決定了該云臺(tái)的整體工作電壓，一般有交流 24V、交流220V及直流12V。當(dāng)接到上、下動(dòng)作電壓時(shí)，垂直電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速箱帶動(dòng)垂直傳動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)接到左、右動(dòng)作電壓時(shí)，水平電機(jī)

16、轉(zhuǎn)動(dòng)并經(jīng)減速箱帶動(dòng)云臺(tái)底部的水平齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)。 需要說(shuō)明的是云臺(tái)都有水平、垂直的限位栓，云臺(tái)分別由兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)限位功能。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限位栓時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作切斷電源，云臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。限位裝置可以位于云臺(tái)外部，調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單，也可以位于云臺(tái)內(nèi)部，通過(guò)外設(shè)的調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。但外置限位裝置的云臺(tái)密封性不如內(nèi)置限位裝置的云臺(tái)。 室外云臺(tái)與室內(nèi)云臺(tái)大體一致，只是由于室外防護(hù)罩重量較大，使云臺(tái)的載重能力必須加大。同時(shí)，室外環(huán)境的冷熱變化大， 易遭到雨水或潮濕的侵蝕。因此室外云臺(tái)一般都設(shè)計(jì)成密封防雨型。另外室外云臺(tái)還具有高轉(zhuǎn)矩和扼流保護(hù)電路以防止云臺(tái)凍結(jié)時(shí)強(qiáng)行起動(dòng)而燒毀電機(jī)。在低

17、溫的惡劣條件下還可以在云臺(tái)內(nèi)部加裝溫控型加熱器。3、通用型云臺(tái)的性能指標(biāo)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度 云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度衡量云臺(tái)檔次高低的重要指標(biāo)。云臺(tái)水平和垂直方向是由兩個(gè)不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，因此云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也分為水平轉(zhuǎn)速和垂直轉(zhuǎn)速。由于載重的原因，垂直電機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行保持時(shí)的扭矩大于水平方向的扭矩，在加上實(shí)際監(jiān)控時(shí)對(duì)水平轉(zhuǎn)速的要求要高于垂直轉(zhuǎn)速，因此一般來(lái)說(shuō)云臺(tái)的垂直轉(zhuǎn)速要低于水平轉(zhuǎn)速。 交流云臺(tái)使用的是交流電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度固定，一般為水平轉(zhuǎn)動(dòng)速度為4°/秒6°/秒，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)速度為3°/秒6°/秒。有的廠家也生產(chǎn)交流型高速云臺(tái)，可以達(dá)到水平15°/秒，垂直9&

18、#176;/秒，但同一系列云臺(tái)的高速型載重量會(huì)相應(yīng)降低。 直流型云臺(tái)大都采用的是直流電機(jī)，具有轉(zhuǎn)速高、可變速的優(yōu)點(diǎn)，十分適合需要快速捕捉目標(biāo)的場(chǎng)合。其水平最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4050°/秒，垂直可達(dá)1024°/秒。另外直流型云臺(tái)大都具有變速功能。變速的效果由控制系統(tǒng)和解碼器的性能決定，以使云臺(tái)電機(jī)根據(jù)輸入的電壓大小做相應(yīng)速度的轉(zhuǎn)動(dòng)。常見(jiàn)的變速控制方式有兩種，一種是全變速控制，就是通過(guò)檢測(cè)操作員對(duì)鍵盤操縱桿控制的位移量決定對(duì)云臺(tái)的輸入電壓，全變速控制是在云臺(tái)變速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平緩的變速過(guò)渡。另外一種是分檔遞進(jìn)式控制，就是在云臺(tái)變速范圍內(nèi)設(shè)置若干擋，各檔對(duì)應(yīng)不同的電壓（轉(zhuǎn)動(dòng)速度），操作前必

19、須先選擇所需轉(zhuǎn)動(dòng)的速度檔，在對(duì)云臺(tái)進(jìn)行各方向的轉(zhuǎn)動(dòng)操作。云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度尤其是垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度與負(fù)載（防護(hù)罩/攝像機(jī)/鏡頭總成）安裝方式有很大關(guān)系。云臺(tái)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度一般都能達(dá)到355°，因?yàn)橄尬凰〞?huì)占用一定的角度，但會(huì)出現(xiàn)少許的監(jiān)控死角。有些云臺(tái)改進(jìn)了限位裝置使其可以達(dá)到360°甚至365°（有5°的覆蓋角度），以消除監(jiān)控死角；有些球型云臺(tái)增加電動(dòng)滑環(huán)裝置，可使球型云臺(tái)360連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而線纜不會(huì)絞纏在一起。用戶使用時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行限位設(shè)置。例如安裝在墻壁上的壁裝式，即使云臺(tái)具有360°的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，實(shí)際上只需要監(jiān)視云臺(tái)正面

20、的180°角度，即使轉(zhuǎn)動(dòng)到后面方向的180°也只能看到安裝面（墻壁），沒(méi)有實(shí)際監(jiān)控意義。因此壁裝式只需要監(jiān)視水平180°的范圍，角裝式只需監(jiān)視270°的范圍。這樣避免云臺(tái)過(guò)多地轉(zhuǎn)動(dòng)到無(wú)需監(jiān)控的位置，也提供了云臺(tái)的使用效率。 頂裝式云臺(tái)的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度一般為+30°至-90°，側(cè)裝的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以達(dá)到±180°，不過(guò)正常使用時(shí)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度在+20°至-90°即可。云臺(tái)的載重量 云臺(tái)的最大負(fù)載是指垂直方向承受的最大負(fù)載能力。攝像機(jī)的重心（包括防護(hù)罩）到云臺(tái)工作面距離為50mm，該重心必須通過(guò)云臺(tái)回轉(zhuǎn)

21、中心，并且與云臺(tái)工作面垂直，這個(gè)中心即為云臺(tái)的最大負(fù)載點(diǎn)，云臺(tái)的承載能力是以此點(diǎn)作為設(shè)計(jì)計(jì)算的基準(zhǔn)。如果負(fù)載位置安裝不當(dāng)，重心偏離回轉(zhuǎn)中心，增大了負(fù)載力矩，實(shí)際的載重量將小于最大負(fù)載量的設(shè)計(jì)值。因此云臺(tái)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，重心偏離也越大，相應(yīng)的承載重量就越小。 云臺(tái)的載重量是選用云臺(tái)的關(guān)鍵，如果云臺(tái)載重量小于實(shí)際負(fù)載的重量不僅會(huì)使操作功能下降，而且云臺(tái)的電機(jī)、齒輪也會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷損壞。云臺(tái)的實(shí)際載重量可從3kg到50kg不等，同一系列的云臺(tái)產(chǎn)品，側(cè)裝時(shí)的承載能力要大于頂裝，高速型的承載能力要小于普通型。使用環(huán)境指標(biāo) 室內(nèi)使用的云臺(tái)的要求不高，云臺(tái)的使用環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)主要針對(duì)室外使用的云臺(tái)。其中

22、包括使用環(huán)境溫度限制、濕度限制、防塵防水的IP防護(hù)等級(jí)。一般室外環(huán)境使用的云臺(tái)溫度范圍為-20至+60，如果使用在更低溫度的環(huán)境下，可以在云臺(tái)內(nèi)部加裝溫控型加熱器使溫度下限達(dá)-40或更低。濕度指標(biāo)一般為95%不凝結(jié)。防塵防水的IP等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP66以上。IP防護(hù)等級(jí)的高低反映了設(shè)備的密封程度，主要指防塵和液體的侵入，它是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合1997年的BS5490標(biāo)準(zhǔn)和1976年的IECS529標(biāo)準(zhǔn)。IP后的第一個(gè)數(shù)值表示抗固體的密封保護(hù)程度，第二位表示抗液體保護(hù)程度，第三位表示抗機(jī)械沖擊碰撞。實(shí)際當(dāng)中一般只用的前兩位，即IPXX.另外在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)環(huán)境選擇使用相適合的材料和防護(hù)層，如鐵質(zhì)外

23、殼不適合使用在潮濕和具有腐蝕性的環(huán)境中。其各位含義如下表1-1:表1-1 IP防護(hù)級(jí)別各位含義第一位第二位第三位0無(wú)保護(hù)     無(wú)保護(hù)無(wú)保護(hù)1固體物質(zhì)達(dá)50mm，如手偶然接觸水的垂直下落，如冷凝2固體物質(zhì)答案12mm，如手指水的直接噴灑，傾斜不超過(guò)15°3固體物質(zhì)超2.5mm，如工具、電線水的噴灑，傾斜不超過(guò)60°4固體物質(zhì)超過(guò)1mm，如工具、細(xì)電線水從各個(gè)方向噴灑，允許有限侵入5防塵有限侵入（保證對(duì)設(shè)備無(wú)損害）水從各個(gè)方向低壓噴射，允許有限侵入碰撞能量2J6安全防塵  水從各個(gè)方向高壓噴射，如船艙，允許有限侵入7浸入水下15cm至

24、1m  碰撞能量6J8長(zhǎng)時(shí)間浸入水下9碰撞能量20J回差回差也稱為齒輪間隙（Gear Backlash），是考察云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)精度的重要指標(biāo)?？煽啃栽婆_(tái)的可靠性一般以平均故障（間隔）時(shí)間MTBF、平均修理時(shí)間MTTR、平均無(wú)故障時(shí)間MTTF及為動(dòng)開(kāi)關(guān)的極限次數(shù)等指標(biāo)衡量。4、特殊用途的云臺(tái)云臺(tái)的應(yīng)用范圍很廣，各種特殊行業(yè)也對(duì)云臺(tái)產(chǎn)品有一定的需求，由于使用環(huán)境特殊因此需要云臺(tái)產(chǎn)品具有滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特殊防護(hù)性能，常見(jiàn)的有水下型、高溫型、低溫型、防腐型和防爆型。特殊云臺(tái)對(duì)使用的材料、防護(hù)等級(jí)、防護(hù)方式等都有嚴(yán)格的要求，并必須遵守相應(yīng)的行業(yè)特殊標(biāo)準(zhǔn)。其中以防爆型云臺(tái)最為突出。防爆設(shè)備簡(jiǎn)述石油、化工、

25、煤炭和國(guó)防等許多工業(yè)部門，在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和貯存的各個(gè)過(guò)程中，經(jīng)?？赡苄孤痘蛞缟⒊龈鞣N各樣的易燃易爆氣體、液體和各種粉塵及纖維。這類物質(zhì)與空氣混合后，可能成為具有爆炸危險(xiǎn)的混合物，當(dāng)混合物的濃度達(dá)到爆炸濃度范圍時(shí)，一旦出現(xiàn)火源即會(huì)引起爆炸和發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重事故。當(dāng)前已經(jīng)研制出隔爆型、本質(zhì)安全型、增安型、正壓型、充油型、充砂型、無(wú)火花型等多種型式的防爆電氣設(shè)備。可燃性氣體、蒸汽級(jí)別、溫度組別舉例如下，凡是用于煤礦井下的防爆設(shè)備為I類設(shè)備，其它用于工廠的防爆設(shè)備為II類設(shè)備。在II類設(shè)備中按適用于爆炸性氣體混合物最大試驗(yàn)安全間隙或最小點(diǎn)燃電流比分為A、B、C三級(jí)。T1值T6為設(shè)備允許表面最高溫度，

26、T1450、T2300、T3200、T4135、T5100、T685。    I類設(shè)備的表面可能堆積粉塵時(shí)，允許最高表面溫度為150；II類設(shè)備的允許最高表面溫度為T4135、T5100、T685。    對(duì)于電壓不超過(guò)1.2V、電流不超過(guò)0.1A，且能量不超過(guò)20微焦或功率不超過(guò)25mw的電氣設(shè)備，在經(jīng)過(guò)防爆檢驗(yàn)部門認(rèn)可后，可直接使用于工廠爆炸性氣體環(huán)境中和煤礦井下。（二）防爆原理防爆設(shè)備的應(yīng)用原理一般有間隙型、防止接觸型、采用安全措施型及其它如利用爆炸的滯后特性支撐超前斷電等其他防爆原理。其中適用于電視系統(tǒng)的有間隙防爆原理和采用安全措施防爆原理。間隙

27、防爆原理    電火花及電弧可以引燃爆炸性混合物。由德國(guó)建立起來(lái)的間隙隔爆結(jié)構(gòu)，是防止電弧等引燃周圍爆炸性混合物較可靠的方法。它具有一個(gè)足夠牢固的外殼，能經(jīng)受內(nèi)部爆炸氣體混合物產(chǎn)生的最大爆炸壓力，確保不變形或損壞，并具有一定結(jié)構(gòu)間隙以使噴射出來(lái)的燃燒生成物通過(guò)一定的法蘭長(zhǎng)度冷卻到低于外部爆炸性混合物的自燃溫度。結(jié)構(gòu)間隙可以是平面結(jié)合面或圓筒結(jié)合面組成，還可以是曲路、螺紋或屏障式等結(jié)構(gòu)組成。除此之外。如微孔、網(wǎng)罩、疊片、充砂等結(jié)構(gòu)也屬于這種原理的防爆形式。采用安全措施的防爆原理    在設(shè)備上采用一系列的安全措施使其在最大限度內(nèi)不致產(chǎn)生火花、電弧或危險(xiǎn)溫度

28、，或采用有效的保護(hù)元件使其產(chǎn)生的火花、電弧或溫度不能引燃爆炸性混合物，以達(dá)到防爆目的。防爆增安型、本質(zhì)安全型等電氣設(shè)備都采用這一原理制造的。 防爆設(shè)備的標(biāo)志    隔爆型防爆設(shè)備“d”、本質(zhì)安全型設(shè)備有“ia”和“ib”。設(shè)備外殼的明顯處應(yīng)設(shè)置清晰永久性凸紋標(biāo)志“Ex”。同時(shí)設(shè)備外殼的明顯處還應(yīng)設(shè)置銘牌，并可靠地固定。上應(yīng)該有“Ex”標(biāo)志，防爆型式標(biāo)志，并順次標(biāo)明防爆型式、類別、級(jí)別、溫度組別等；防爆合格證編號(hào)；出產(chǎn)日期、產(chǎn)品編號(hào)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中指出必須注明的內(nèi)容等。例如“d II BT3”表示隔爆型II類B級(jí)T3溫度組防爆設(shè)備。防爆設(shè)備的材料    對(duì)于隔

29、爆型防爆設(shè)備外殼應(yīng)能承受1.5倍內(nèi)部實(shí)際最大爆炸壓力，但不得小于3.5×105 Pa。用于I類采掘工作面的設(shè)備，外殼須采用鋼板或鑄鋼制成；I類非采掘工作面的設(shè)備，其外殼可用牌號(hào)不低于HT25-47灰鑄鐵制成；I類攜帶式設(shè)備和II類設(shè)備，外殼可用抗拉強(qiáng)度不低于117.6N/mm2（12kg /mm2）、含鎂量不大于0.5%（重量比）的輕合金制成。本質(zhì)型設(shè)備的外殼材質(zhì)可用含鎂量不大于0.5%（重量比）的輕合金或表面電阻不大于1×109的塑料制成。 市場(chǎng)上流行的云臺(tái)的有很多種，主要分為固定云臺(tái)和電動(dòng)云臺(tái)，固定云臺(tái)適用于監(jiān)控范圍不大的情況，通常是將攝像機(jī)調(diào)節(jié)到一定俯仰和水平角度，鎖

30、定調(diào)整機(jī)構(gòu)即可。電動(dòng)云臺(tái)可以大范圍掃描監(jiān)控，擴(kuò)大了監(jiān)控的范圍。通常云臺(tái)的分類，按使用環(huán)境分為室內(nèi)型和室外型，室外型密封性好，防水、防塵、負(fù)載大;按安裝方式分為側(cè)裝和吊裝;按運(yùn)動(dòng)功能分為水平云臺(tái)和全方位(全向)云臺(tái)等。 其中根據(jù)使用環(huán)境的不同還分為通用型和特殊型。通用性是指使用在無(wú)可燃、無(wú)腐蝕性氣體或粉塵的大氣環(huán)境中。特殊型應(yīng)用于易燃易爆等惡劣大氣環(huán)境，最典型的特殊性應(yīng)用是防爆云臺(tái)。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于通用系統(tǒng)中云臺(tái)設(shè)計(jì)。 云臺(tái)、解碼器和計(jì)算機(jī)的硬件連接如圖1-1所示，云臺(tái)由攝像頭支架和驅(qū)動(dòng)器組成，驅(qū)動(dòng)器的作用是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)攝像頭支架的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)高性能攝像機(jī)云臺(tái)可以使支架

31、向多個(gè)方向(上、下、左、右、左上、右上、左下、右下等)轉(zhuǎn)動(dòng)，并可以調(diào)節(jié)攝像頭的焦距、光圈、景深等。云臺(tái)一般通過(guò)解碼器作為中間設(shè)備與計(jì)算機(jī)的RS232/RS485串口相連接，解碼器通過(guò)串口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。解碼器的主要作用是通過(guò)串口接收計(jì)算機(jī)的控制碼，并對(duì)此控制碼進(jìn)行地址解析和命令解析，將解析的命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能夠驅(qū)動(dòng)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制電壓，再傳遞給云臺(tái)以控制云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、攝像機(jī)鏡頭的調(diào)節(jié)及停止操作。圖1-1 云臺(tái)基本原理圖計(jì)算機(jī)對(duì)云臺(tái)和鏡頭的控制實(shí)際上是通過(guò)解碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)解碼器只能為一個(gè)云臺(tái)提供控制服務(wù)。每個(gè)解碼器都可以通過(guò)其內(nèi)部的物理開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置其對(duì)應(yīng)的地址，并且在一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)解碼器設(shè)置

32、的內(nèi)部物理地址應(yīng)該互不相同，否則就會(huì)出現(xiàn)混淆。每個(gè)解碼器內(nèi)部也設(shè)有一個(gè)地址解析器，負(fù)責(zé)將串口發(fā)出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行地址解析。計(jì)算機(jī)通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)和鏡頭的控制，對(duì)云臺(tái)和鏡頭的控制信號(hào)是計(jì)算機(jī)通過(guò)串口輸出到解碼器的單向控制信號(hào)。為了使用一個(gè)串口來(lái)控制多個(gè)云臺(tái)和鏡頭，每當(dāng)解碼器收到控制信號(hào)時(shí)，首先就要經(jīng)過(guò)解碼器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行地址解析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)解析的地址與解碼器內(nèi)部設(shè)置的地址一致時(shí)，則接受相應(yīng)的控制信號(hào)，并對(duì)該控制命令進(jìn)行解析，將命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能夠驅(qū)動(dòng)云臺(tái)和鏡頭的控制電壓，再將控制電壓傳遞給云臺(tái)和鏡頭以控制云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、鏡頭的調(diào)解或停止等操作;否則，若發(fā)現(xiàn)解析的地址與解碼器內(nèi)部設(shè)置的地址不一致時(shí)，則該控制

33、命令就不是本解碼器所對(duì)應(yīng)云臺(tái)或鏡頭的控制信號(hào)，解碼器不對(duì)控制命令做轉(zhuǎn)換。串行端口的本質(zhì)功能是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器，在Windows環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，必須設(shè)置通訊的串口地址、波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位，在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)要求(打開(kāi)串口)，通信完成后必須釋放資源(關(guān)閉串口)。271.2.3鏡頭、云臺(tái)、解碼器、轉(zhuǎn)換器的安裝方法變倍鏡頭或變倍攝像機(jī)（一體機(jī)），可以實(shí)現(xiàn)焦距、光圈、遠(yuǎn)近的監(jiān)控畫面變化； 云臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)左右、上下、自

34、動(dòng)等監(jiān)控位置變化； 解碼器可以把變倍鏡頭（或一體機(jī)）、云臺(tái)、報(bào)警信號(hào)等控制信號(hào)與主機(jī)之間進(jìn)行雙線互相傳輸；以前和現(xiàn)在我們使用云鏡控制器進(jìn)行操作，除了簡(jiǎn)單的操作方法外，大量的電纜消耗、布線的復(fù)雜性、不能異地控制等缺點(diǎn)，使得現(xiàn)在的監(jiān)控工程基本拋棄了云鏡控制器的使用，95%以上的工程使用解碼器（板）技術(shù)實(shí)現(xiàn)云鏡控制，布線簡(jiǎn)單、操控方便、容易維護(hù)。但是，對(duì)于出入行的新手而言，面對(duì)幾十、幾百甚至上千個(gè)接線端，確實(shí)有點(diǎn)頭大。我們現(xiàn)在對(duì)一組普通的設(shè)備的安裝接線方法進(jìn)行講解，希望能對(duì)大家有所幫助。第一步：把變倍鏡頭或一體機(jī)、云臺(tái)的電纜接入解碼器（不可帶電操作！）：參照鏡頭或一體機(jī)、云臺(tái)的說(shuō)明書、標(biāo)簽，對(duì)照解碼

35、器的接線圖，仔細(xì)準(zhǔn)確地把所有電纜接入解碼器的接線端子，兩者的接口必須完全對(duì)應(yīng)連接。注意：線頭根據(jù)接線端子的尺寸做到芯線與接線柱接觸良好、牢固，芯線不外露。做好在安裝前先把以上設(shè)備檢測(cè)后再實(shí)際安裝。如圖1-2為解碼器內(nèi)部接線實(shí)物圖第二步：接出攝像機(jī)電源、云臺(tái)電源、設(shè)定地址碼和波特率開(kāi)關(guān)：根據(jù)鏡頭或攝像機(jī)、云臺(tái)的要求，從解碼器的電源輸出端接出攝像機(jī)電源并調(diào)整云臺(tái)的電源，并根據(jù)主機(jī)的設(shè)定或壓縮卡的設(shè)定，調(diào)整好地址碼和波特率。接入220V電源線。最后接出485控制線：正負(fù)極必須完全對(duì)應(yīng)。調(diào)整主機(jī)、加電測(cè)試。圖1-2 解碼器內(nèi)部接線實(shí)物圖 將485控制器的連接線接入主機(jī)的COM1或COM2口，調(diào)整主機(jī)的

36、相關(guān)參數(shù)，全部安裝完畢后，再次檢查接線端口和電源、電壓，確認(rèn)無(wú)誤后，給解碼器加電測(cè)試，以下的設(shè)置以8008軟件為例：圖1-3為上位機(jī)控制軟件選擇攝像頭機(jī)的控制端口圖圖1-3 選擇攝像頭機(jī)的控制端口圖圖1-4為上位機(jī)選擇和設(shè)置與解碼器匹配的協(xié)議圖：圖1-4 選擇和設(shè)置與解碼器匹配的協(xié)議圖圖1-5 為上位機(jī)對(duì)攝像頭進(jìn)行控制圖：圖1-5 上位機(jī)對(duì)攝像頭進(jìn)行控制圖 云臺(tái)控制器有外置、內(nèi)置之分，外置控制器的解碼電路裝在殼體外面，云臺(tái)的控制信號(hào)線引出殼體，通過(guò)控制器給相應(yīng)的控制線加控制信號(hào)，就能實(shí)現(xiàn)云臺(tái)的上下左右旋轉(zhuǎn)等功能，內(nèi)置控制器的解碼電路裝在殼體里面，與整個(gè)云臺(tái)形成一體，采用串行通訊控制，引出線相對(duì)

37、較少，其電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，要結(jié)合云臺(tái)內(nèi)部形狀合理布局，此外還要考慮內(nèi)部安全，質(zhì)量等環(huán)節(jié)。早期的云臺(tái)控制器多采用模擬量信號(hào)通訊，控制信號(hào)也多為模擬量，執(zhí)行電路大多采用繼電器控制云臺(tái)內(nèi)部執(zhí)行電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這種類型控制器控制相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需考慮信號(hào)之間的通訊聯(lián)系問(wèn)題。由于現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控比較復(fù)雜，常常是多臺(tái)云臺(tái)同時(shí)工作，傳統(tǒng)的采用模擬量控制的方式產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，每一臺(tái)云臺(tái)的控制信號(hào)都要有專門的線路鋪設(shè)，而且隨著云臺(tái)的增多，控制信號(hào)之間的干擾也越來(lái)越嚴(yán)重，因此，隨著數(shù)字通訊技術(shù)的發(fā)展，對(duì)云臺(tái)的控制由傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量控制，一臺(tái)控制操作臺(tái)通過(guò)簡(jiǎn)單的串行連接可以控制多臺(tái)云臺(tái)的動(dòng)作，極大地提高了系統(tǒng)的

38、通訊信息集成化、綜合自動(dòng)化、降低成本等各項(xiàng)能力，云臺(tái)與控制器之間的通訊漸漸形成一種數(shù)字協(xié)議，因此，目前現(xiàn)有的云臺(tái)控制器大多具有解碼執(zhí)行功能，即能夠接收控制操作臺(tái)的控制碼，并解碼識(shí)別后執(zhí)行相關(guān)的功能。由于受地區(qū)、行業(yè)的限制、公司企集團(tuán)的利益驅(qū)使，目前控制器與控制操作臺(tái)的通訊協(xié)議沒(méi)有形成統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但仍然陸續(xù)出現(xiàn)一些有影響的云臺(tái)通訊協(xié)議，并具有一定的應(yīng)用范圍和市場(chǎng)，表現(xiàn)為市場(chǎng)流行多種控制協(xié)議，也就產(chǎn)生了多種協(xié)議類型的云臺(tái)控制器。美國(guó)Pelco公司在監(jiān)控行業(yè)具有領(lǐng)先地位，其公司制定的Pelco-D協(xié)議是目前市場(chǎng)上比較通用的協(xié)議，因此，本文所開(kāi)發(fā)的基于AT89C52單片機(jī)的云臺(tái)控制器能夠識(shí)別Pel

39、co-D/Pelco-P等協(xié)議，采用內(nèi)置解碼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 云臺(tái)控制器由AT89C52單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊、RS458通信模塊、電源模塊等組成。單片機(jī)接收上位機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)協(xié)議命令，對(duì)其命令解析驅(qū)動(dòng)相應(yīng)模塊執(zhí)行動(dòng)作，根據(jù)控制命令通過(guò)云臺(tái)對(duì)拍攝方向進(jìn)行上、下、左、右運(yùn)動(dòng)控制,或?qū)z像機(jī)的焦距、光圈和景深進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中接受上位機(jī)命令采用中斷方式，然后由單片機(jī)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，讓驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行控制字。本文的文章結(jié)構(gòu)如下： 第一章主要介紹了云臺(tái)控制技術(shù)的意義及發(fā)展現(xiàn)狀。第二章主要介紹總體方案設(shè)計(jì)。對(duì)現(xiàn)有云臺(tái)所具備的功能，進(jìn)行了分析，根據(jù)云臺(tái)的功能，提出幾種相應(yīng)的控制方案，并最終確定本設(shè)計(jì)采用

40、的控制方案。第三章主要介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。介紹一些串行通信基本知識(shí)，對(duì)軟件開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)發(fā)環(huán)境作了簡(jiǎn)要描述、通訊傳輸協(xié)議PELCO-D、PELCO-P協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)。第四章主要介紹通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)所采用的通訊傳輸協(xié)議PELCO-D等協(xié)議的程序?qū)崿F(xiàn)。軟件部分給出了本系統(tǒng)兩大模塊的程序流程圖等。第五章是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的調(diào)試階段。在這一章中簡(jiǎn)要介紹了程序調(diào)試的基本過(guò)程，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了云臺(tái)的上下左右功能，能夠控制鏡頭的焦距、光圈、變倍等參數(shù)，完成了本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第六章是總結(jié)，主要是對(duì)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的軟件問(wèn)題作下總結(jié)，對(duì)本設(shè)計(jì)的完成總結(jié)，本章最后是對(duì)課題的展望和收獲。2總體方案設(shè)計(jì)2

41、.1 系統(tǒng)功能分析云臺(tái)的功能主要是負(fù)責(zé)擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)視范圍，以及控制鏡頭等參數(shù)，使得視野更清晰。如圖2-1所示，云臺(tái)系統(tǒng)包括兩大模塊，鏡頭模塊和運(yùn)動(dòng)模塊。鏡頭模塊主要控制鏡頭的參數(shù)，細(xì)分為變焦、變倍、光圈等。而運(yùn)動(dòng)模塊又細(xì)分為上下動(dòng)作控制，左右動(dòng)作控制。電源供電模塊為所有的板塊提供工作電源。AT89C52 系統(tǒng)電源攝像機(jī)控制RS-485通信模塊模塊波特率設(shè)置波特率設(shè)置通信協(xié)議設(shè)置通信協(xié)議設(shè)置本地地址設(shè)置本地地址設(shè)置 系統(tǒng)電源攝像頭控制云臺(tái)控制云臺(tái)控制輔助控制輔助控制 圖2-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，如果沒(méi)有晶狀體，人眼看不到任何物體，如果沒(méi)有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像也就是白

42、茫茫的一片，沒(méi)有清晰的圖像輸出，當(dāng)圖像變得不清楚時(shí)，可以調(diào)整攝像頭的參數(shù)，改變CCD芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離(即相當(dāng)于調(diào)整人眼晶狀體的位置)，將模糊的圖像變得清晰。鏡頭有三個(gè)參數(shù)影響圖像的質(zhì)量，變倍(ZOOM )、焦距(FORCE)、光圈(IRIS ) 變倍:通過(guò)內(nèi)部的復(fù)雜透鏡組來(lái)實(shí)現(xiàn)放大倍率，移動(dòng)鏡頭內(nèi)部的鏡片，改變它們之間的相對(duì)位置，在一定范圍內(nèi)改變鏡頭的焦距長(zhǎng)度和視角。 焦距:是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，是指透鏡中心或其第二主平面到圖像聚集點(diǎn)處的距離，單位一般為毫米或英寸。光圈:用來(lái)控制光線透過(guò)鏡頭，進(jìn)入機(jī)身內(nèi)感光面的光量的裝置，位于攝像機(jī)鏡頭內(nèi)部，可用來(lái)控制通過(guò)鏡頭的光線的

43、多少。常用的鏡頭有三可變鏡頭，二可變鏡頭。二可變鏡頭是指變倍(ZOOM)、焦距(Focus)均通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)變化，而光圈(IRIS)通過(guò)攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)自動(dòng)控制，即自動(dòng)光圈。三可變是指焦距、變倍、光圈三個(gè)參數(shù)均通過(guò)電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)生變化。在監(jiān)控系統(tǒng)中，鏡頭的作用是非常重要的，它直接影響監(jiān)控視野的質(zhì)量，云臺(tái)控制系統(tǒng)接收控制操作臺(tái)所發(fā)控制命令，并解碼該命令對(duì)鏡頭的變倍，焦距，光圈等參數(shù)進(jìn)行控制。23云臺(tái)的上下左右運(yùn)動(dòng)，是其最基本的功能，云臺(tái)內(nèi)部有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，一個(gè)控制水平方向旋轉(zhuǎn).一個(gè)控制垂直方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，垂直電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速箱帶動(dòng)垂直傳動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，垂直旋轉(zhuǎn)的角度有士35、士45、士75等。當(dāng)左

44、右動(dòng)作時(shí)，水平電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并經(jīng)減速箱帶動(dòng)云臺(tái)底部的水平齒輪轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，水平旋轉(zhuǎn)的角度一般為350度。云臺(tái)都有水平、垂直限位栓，用以控制云臺(tái)水平和垂直旋轉(zhuǎn)的角度大小。限位栓是由兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限位栓時(shí)，碰觸微動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作切斷電源，云臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。23系統(tǒng)主要由AT89C52單片機(jī)主控模塊、RS-485通信模塊,參數(shù)設(shè)置模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊和系統(tǒng)電源模塊等組成。采用ATMEL公司推出的AT89C52微處理器。AT89C52單片機(jī)是具有4K可編程可擦除程序存儲(chǔ)器的低功耗、高性能CMOS的8位單片機(jī)。該芯片運(yùn)用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，并且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-5

45、1指令集和引腳兼容。通過(guò)多功能8位CPU與閃存芯片的單片機(jī)的結(jié)合，AT89C51單片機(jī)在許多嵌入式控制應(yīng)用中所體現(xiàn)的靈活性強(qiáng)，低成本的特性，使之成為功能強(qiáng)大的單片微機(jī)之一。2.2.3.2 RS485通信模塊由于一個(gè)監(jiān)控中心往往要實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控,且監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)的距離都較遠(yuǎn),因此,云臺(tái)控制器與監(jiān)控中心的通信采用RS 485總線。該總線允許的通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)一千二百多米,每條總線上允許連接設(shè)備最多可達(dá)32個(gè),經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)拇跀U(kuò)展,這完全能夠滿足圖像監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的要求。系統(tǒng)采用MAX 487專用芯片進(jìn)行通信模塊設(shè)計(jì)。參數(shù)控制模塊是用來(lái)設(shè)置云臺(tái)控制器的設(shè)備地址、通信協(xié)議和通信波特率參數(shù)的,

46、它們由撥碼開(kāi)關(guān)與單片機(jī)的I/O口直接相連，我們?cè)O(shè)置6個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置設(shè)備地址，可設(shè)置0-64個(gè)地址，通信協(xié)議設(shè)置是用來(lái)選擇云臺(tái)控制器與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所采用的通信協(xié)議,由于目前云臺(tái)控制器種類繁多,不同廠家都制定有互不相同的通信協(xié)議,為了最大限度地提高云臺(tái)控制器的通用性,本系統(tǒng)通過(guò)通信協(xié)議設(shè)置開(kāi)關(guān)可分別選用目前較為流行的4種通信協(xié)議: PELCO-D, PELCO-P、YAAN、明景等通信協(xié)議; 通信波特率設(shè)置是用來(lái)設(shè)置單片機(jī)與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行串行通信的波特率,考慮到通信距離、通信的可靠性和單片機(jī)波特率的設(shè)置參數(shù)等因素,在此用2個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行4種通信波特率的設(shè)置:1 200 b/s,2 400

47、b/s,4 800 b/s和9 600 b/s?？刂颇K是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)、攝像機(jī)和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的輔助設(shè)備進(jìn)行控制。云臺(tái)、攝像機(jī)和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的輔助設(shè)備的控制都是開(kāi)關(guān)控制,因此控制模塊由繼電器驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。繼電器選用12 V供電線圈的繼電器,驅(qū)動(dòng)電路選用集成8路達(dá)林頓管陣列的ULN2003集成電路，同時(shí)攝像頭驅(qū)動(dòng)部分采用CD4070和D2822共同驅(qū)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)攝像頭控制。電源模塊是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)電機(jī)、云臺(tái)控制器和攝像機(jī)進(jìn)行供電?？紤]到云臺(tái)控制器的通用性,電源模塊能夠提供單相交流24 V為電機(jī)提供電源,直流5 V為控制器供電和12 V為云臺(tái)鏡頭供電,單相24 V由變壓器繞組中的一組提供。直流5 V和12 V

48、由變壓器繞組其他繞組經(jīng)全波整流后經(jīng)LM7805、LM7912和LM7812集成三端穩(wěn)壓器輸出得到。詳細(xì)硬件設(shè)計(jì)見(jiàn)同組的任柱云臺(tái)控制器硬件設(shè)計(jì)部分。3系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計(jì) 視頻監(jiān)控中對(duì)云臺(tái)的控制可以分為兩個(gè)時(shí)代: 第一個(gè)控制時(shí)代，采用模擬量調(diào)節(jié)，云臺(tái)的上下左右動(dòng)作，以及鏡頭的三個(gè)參數(shù)控制都是采用模擬量調(diào)節(jié)?？刂菩盘?hào)由一組控制線連接引出，這種控制方式極為不便，接線較多，各個(gè)信號(hào)之間易出錯(cuò)。 第二個(gè)控制時(shí)代，采用數(shù)字量調(diào)節(jié)，云臺(tái)的所有動(dòng)作，均可采用數(shù)字信號(hào)命令來(lái)控制，云臺(tái)負(fù)責(zé)解碼這個(gè)命令，進(jìn)而完成相關(guān)的動(dòng)作。由此產(chǎn)生了一些控制協(xié)議。國(guó)內(nèi)外對(duì)于云臺(tái)鏡頭控制協(xié)議并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是由各個(gè)云臺(tái)、監(jiān)控設(shè)備

49、生產(chǎn)商自己定義，造成現(xiàn)今云臺(tái)鏡頭控制協(xié)議很多。盡管各個(gè)廠商的云臺(tái)控制協(xié)議各不相同，但它們的控制方式是基本一樣的，都是基于232/485控制，不同的僅僅是控制指令中的命令字而已。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通訊傳輸在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廠泛的應(yīng)用。通常在實(shí)際工作中，兩個(gè)設(shè)備之間的信息交換被稱為通信，通信的方式有兩種，并行通信和串行通信。并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送(發(fā)送或接收)的通信方式。其優(yōu)點(diǎn)是傳送速度高，缺點(diǎn)是在數(shù)據(jù)電壓傳送的過(guò)程中容易衰減互擾，數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳送線，線路工程費(fèi)用較高。串行通信指數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式，它的突出優(yōu)點(diǎn)是使用線路少，只需一對(duì)傳輸線

50、，避免了多條線路特性的不一致，簡(jiǎn)單實(shí)用，這樣就大大降低了傳送成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，因此在工業(yè)應(yīng)用中絕大多數(shù)使用串行通訊。串行通訊的基本接口方式分為RS-232和RS-485兩種標(biāo)準(zhǔn)。RS-232為全雙工工作模式，其信號(hào)準(zhǔn)位是參考地線而得，分別作為數(shù)據(jù)的傳送和接收，實(shí)際應(yīng)用中其傳輸距離可以達(dá)到15米，只具有一對(duì)一通訊。而RS-485卻能解決長(zhǎng)距離的串行通訊，解決了RS-232協(xié)議傳輸距離太近(15m)的缺陷。 串行通信的傳送方式通常有3種:單向(或單工)配置，只允許數(shù)據(jù)向一個(gè)方向傳送;半雙向(或半雙工)配置.允許數(shù)據(jù)向兩個(gè)方向中的任一方向傳送.但每次只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送;全雙向(全雙工)配置

51、，允許同時(shí)雙向傳送數(shù)據(jù)，全雙工配置要求兩端的通信設(shè)備都具有完整和獨(dú)立的發(fā)送和接收能力。 串行通信有兩種基本的通信方式:異步通信和同步通信，在異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀(包括一個(gè)字符代碼或字節(jié)數(shù)據(jù))傳送的。同步通信中，在數(shù)據(jù)開(kāi)始傳送前用同步字符來(lái)指示(常約定12個(gè))，并由時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，即檢測(cè)到規(guī)定的同步字符后，按照連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)，直到通信告一段落。 通信協(xié)議是對(duì)數(shù)據(jù)傳送方式的規(guī)定，包括數(shù)據(jù)格式定義和數(shù)據(jù)位定義等。通信雙方必須遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議。串行通信協(xié)議包括同步協(xié)議和異步協(xié)議兩種。在此只討論異步串行通信協(xié)議和異步串行協(xié)議規(guī)定的字符數(shù)據(jù)的傳送格式。 1)起始位 通信線上沒(méi)有數(shù)

52、據(jù)被傳送時(shí)處于邏輯1狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送設(shè)備要發(fā)送一個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)出一個(gè)邏輯0信號(hào)，這個(gè)邏輯低電平就是起始位。起始位通過(guò)通信線傳向接收設(shè)備，接收設(shè)備檢測(cè)到這個(gè)邏輯低電平后，就開(kāi)始準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位信號(hào)。起始位所起的作用就是設(shè)備同步，通信雙方必須在傳送數(shù)據(jù)值前協(xié)調(diào)同步。 2)數(shù)據(jù)值 當(dāng)接收設(shè)備收到起始位后，緊接著就會(huì)收到數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是5, 6, 7或8。這些數(shù)據(jù)位被接收到移位寄存器中，構(gòu)成傳送數(shù)據(jù)字符。在字符數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，數(shù)據(jù)位從最低有效仿開(kāi)始發(fā)送，依次順序在接收設(shè)備中被轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。 3)奇偶校驗(yàn)位 數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，可以發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。奇偶校驗(yàn)用于有限差錯(cuò)檢測(cè)，通信雙方須約定一致的

53、奇偶校驗(yàn)方式。如果選擇偶校驗(yàn)，那么組成數(shù)據(jù)位和奇偶位的邏輯I的個(gè)數(shù)必須是偶數(shù);如果選擇奇校檢，那么邏輯1的個(gè)數(shù)必須是奇數(shù)。 4)停止位 在奇偶位或數(shù)據(jù)位(當(dāng)無(wú)奇偶校驗(yàn)時(shí))之后發(fā)送的是停止位。停止住是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志，可以是I位、1.5位或2位的高電平。接收設(shè)備收到停止位之后，通信線路上便又恢復(fù)邏輯1狀態(tài)，直至下一個(gè)字符數(shù)據(jù)的起始位到來(lái)。 5)波特率設(shè)置通信線上傳送的所有位信號(hào)都保持一致的信號(hào)持續(xù)時(shí)間，每一位的信號(hào)持續(xù)時(shí)間都由數(shù)據(jù)傳送速度確定，而傳送速度是以每秒多少個(gè)二進(jìn)制位來(lái)衡量的，這個(gè)速度叫波特率。如果數(shù)據(jù)以每秒300個(gè)二進(jìn)制位在通信線上傳送，那么傳送速度為300波特，通常記為300

54、b/s。3.2.4 RS-485標(biāo)準(zhǔn) RS-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線，具體規(guī)格要求:接收器的輸入電阻R (in) 12K,驅(qū)動(dòng)器能輸出士7V的共模電壓，輸入端的電容<50 pF，在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，配置了120的終端電阻情況下，驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出電壓1.5V(終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān))接收器的輸入靈敏度為200mv(即(V+)-(V-) 0.2 V，表示信號(hào)“1”;（V+)-(V-)0.2V，表示信號(hào)“0")RS-485是一種基于差分信號(hào)傳送的串行通信鏈路層協(xié)議。它解決了RS-232協(xié)議傳輸距離太近(15m)的缺陷，是工業(yè)上廣泛采用

55、的較長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信鏈路層協(xié)議。 RS-485的信號(hào)在傳送出去之前會(huì)充分解成正負(fù)的兩條線路，當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后。再將信號(hào)相減還原成原來(lái)的信號(hào)，如果將原始的信號(hào)標(biāo)注為DT，而被分解后的信號(hào)分別標(biāo)注為D+和D-，則原始信號(hào)與分解后的信號(hào)在由傳輸端傳送出去時(shí)的預(yù)算關(guān)系如下: DT=(D+)-(D-) ( 3-1 ) 同樣，接收端在接收到信號(hào)后，也按上式的關(guān)系將信號(hào)還原成原來(lái)的樣子，而如果此線路受到干擾，則兩條傳輸線上的信號(hào)會(huì)分別成為(D+)+Noise。和(D) + Noise，則會(huì)成方程式如下: DT=（D+)+Noise- （D）+Noise=(D+)-(D) (3-2)此方程式與前一方程式的結(jié)果是一

56、樣的，所以使用RS-485網(wǎng)絡(luò)可以有效地防止噪聲干擾也正是因?yàn)檫@種特性，工業(yè)上比較適合使用這種串行傳輸方式。RS-485上的數(shù)據(jù)線雖然有兩條，不過(guò)這兩條線路卻是一個(gè)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位的正負(fù)端，真正的信號(hào)必須是兩條線路相減所得到的，因此在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，只可以有一個(gè)方向的數(shù)據(jù)在傳送，也就形成了半雙工的工作模式，這種不參考地結(jié)而由兩條信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位相減，從而得到信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位的傳導(dǎo)方式稱為差動(dòng)式輸入。1目前市場(chǎng)在監(jiān)控行業(yè)所采用的控制協(xié)議很多種，例如RV800(科立解碼器通訊協(xié)議)，CBC(日本CBC高速球通訊協(xié)議)，CS850A(松下CS850A高速球通訊協(xié)議)，PIH(利凌PIH717解碼器通訊協(xié)議)，MG-CS160(明景B0l通訊協(xié)議)等。由于美國(guó)PELCO公司在監(jiān)控行業(yè)占有重要位置，其推出的PELCO協(xié)議是當(dāng)前比較通用的云臺(tái)控制協(xié)議，是最為典型的云臺(tái)控制協(xié)議。PELCO協(xié)議主要分為兩種，PELCO-D協(xié)議和PELCO-P協(xié)議，PELCO-P協(xié)議一般采用RS-485接口進(jìn)行傳輸，波特率一般在1200-9600bps之間，1位起始位，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)位。PELCO-