基于SPCE061A单片机的云台镜头控制系统设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ・开发研究与设计技术・・・・・・　本栏目责任编辑：谢媛媛　基于ＳＰＣＥ０６１　Ａ单片机的云台镜头控制系统设计　徐安排’。徐声远　（１．西南林学院计算机与信息科学系，云南昆明６５０２２４；２．西南林学院计算机与信息科学系，云南昆明６５０２２４）　摘要：介绍了应用于数字视频监控系统中的云台镜头控制系统的主要功能，结构及原理．并给出了一种基于ＳＰＡＣＥ０６１Ａ单片机的　云台镜头控制系统的软硬件设计与实现方法　关键词：云台镜头控制；解码器；单片机；串行通信　中图分类号：ＴＰ３０２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—３０４４（２００７）０５—１　１　３０６—０１　ＸＵ　Ａｎ—Ｐｉ　．ＸＵ　Ｓｈｅｎｇ—Ｙｕａｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐａｎ／ｔｉｌｔ　ａｎｄ　Ｌｅｎｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＳＰＣＥ０６１　Ａ　（１．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｉｆｏｒｎｍａｔｉｏｎ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２４，Ｃｈｉｎａ）　ｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｐａｎ／ｔｉｌｔ　ａｎｄ　ｌｅｎｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏ—　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＳＰＣＥ０６１Ａ．　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｐｉｎ／ｔｉｋ　ａｎｄ　ｌｅｎｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｉｎ　ａｉｇｉｔａｌ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ－　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐａｎ／ｔｉｌｔ　ａｎｄ　ｌｅｎｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｅｃｏｄｅｒ；ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　１引言　在数字视频监控系统的设计与实现中，对云台的方位控制是　系统执行的重要任务之一。云台控制系统主要包括两大功能：一　是控制摄像机在上、下、左、右四个方向进行运动以达到控制摄像　方向的目的；二是控制摄像机进行变焦、聚焦、光圈调整等动作以　验、确认后，将控制命令解码，由加端口发出相应的控制命令实　现对云台和镜头的控制与调节。　——　电　保证图像的清晰。基于上述两大功能，结合应用实际，利用单片机　能够实现对云台的准确控制。　单片机　２系统总体设计　系统的组成框图如图１所示，系统通过计算机串口和解码器　进行通信，云台通过解码器作为中间设备与服务器端计算机的　ＲＳ４８５串口相连接。解码器的主要作用是：通过串口接收服务器　端计算机的控制码．并对控制码进行地址解析和命令解析．将解　析的命令转换成相应能够驱动云台转动和摄像机镜头动作的控　制电压，驱动云台控制电路和摄像机镜头控制电路以控制云台转　动，摄像机镜头的调节等操作【１】。　ｒ∞Ｉ１．１０Ｂｌ　５　——　电　——　三三Ｉ　图２云台／镜头解码器硬件原理图　３．１．２电源电路设计【２】　根据所选器件的需要．确保系统工作可靠．本云台镜头解码　器各部分采用独立电源供电，且不共地。其中一路＋３．６Ｖ用于单片　机系统供电；一路＋５Ｖ和两路＋１２Ｖ、一１２Ｖ用于串行通信、云台控　制电路和镜头控制电路部分：一路＋１２Ｖ用于给继电器和摄像机　提供电源。　３．１．３通信电路设计　系统采用ＲＳ－４８５串行通信协议与主机通信『４１。当数据信号　速率降低到９０Ｋｂｉｔ／Ｓ以下时，假定最大允许的信号损失为６ｄＢＶ　传送采用ＲＳ一４８５收发器ＭＡＸ４８５．由单片机的通用异步串行数　图１云台系　的组成框图　时，则电缆长度被限制在１２０ＯＭ。解码器与主控系统之间的数据　客户端计算机与服务器断计算机通过Ｉｎｔｅｍｅｔ相连接，对云　台和镜头的控制命令进行编码．通过ＴＣＰ／ＩＰ协议发送到服务器端　的计算机，服务器端计算机对客户端发来的控制命令进行接收，　通过解码器转换成对云台和镜头控制的信号，从而实现对云台和　镜头的远程控制。　３云台镜头控制系统解码器的硬件设计与实现　在云台镜头控制系统中．终端解码器是整个系统的核心部　件。解码器能够完成将接收到的各项操作指令正确解析，并且转　据发送管脚Ｔｘ（ＩＢＯ１０）和通用异步串行数据接收管脚Ｒｘ（ＩＢ０７）　发送和接收。图３为单片机和ＭＡＸ４８５构成的ＲＳ一４８５半双工点　对点通信电路。在该电路中，单片机负责发送指令，指令数据通过　ＲＳ一４８５传送到云台，云台按照接收到的指令．执行相应的动作。　３．１．４云台控制电路设计　云台通常分为固定云台和电动丢台两种。固定云台适用于监　视范围不大的情况．在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机　的水平和俯仰的角度．达到最好的工作姿态后锁定调整机构即　可。电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机　的监视范围。电动云台高速运动状态由两台执行电动机来实现，　每个电动机有两个绕组，当交流电源从一个绕组接入时，电机正　向旋转；从另外一个绕组接入时，电动机反向旋转。云台有四个控　换为相应的电信号．进而控制云台的运动和镜头的调节。　３．１终端解码器硬件电路设计　３．１．１解码器工作原理　云台镜头解码器主要由电源电路、通信电路、云台控制电路、　镜头控制电路、看门狗电路构成．由于本系统采用的ＳＰＣＥ０６１Ａ　自身具有ｗａｔｃｈｄｏｇ功能，所以省去了看门狗电路。其中单片机是　核心部分，结构如图２所示。单片机负责对控制信号进行接收、检　收稿日期：２００７－０２－２８　制端和一个公共端。公共端接地，由交流２２０Ｖ或２４Ｖ控制云台的　四个控制端分别完成云台上下左右运动．以实现精确地运行定　（下转第１３４４页）　作者简介：徐安排（１９８０一），男，云南昆明人，助教，在读研究生，研究方向：林业信息处理；徐声远（１９４５－），男，云南昆明人，教授，硕士生导师。　１　３０６　电雎知识与技术　维普资讯 http://www.cqvip.com ・开发研究与设计技术・・・・・・　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．ＣｌｅａｒＨｅａｄｅｒｓ０；　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｂｕｆｆｅｒ＝ＴＲＵＥ；　本栏目责任编辑：谢媛媛　ｐｒｉｖａｔｅ　ｖｏｉｄ　ＥｘｐｏｒｔＥｘｃｅｌ０　｛ＯＷＣ　１　１．ＳｐｒｅａｄｓｈｅｅｔＣｌａｓｓ　ｘｌｓｈｏｅｔ＝ｎ６ｗ　ＯＷＣ　１　１．Ｓｐｒｅａｄｓｈｅｅｔ—　Ｃｌａｓｓ０；　ｆ０ｒ（ｉ＿Ｏ－ｉ＜ｎｕｍｂｅｒｃｏｌｓ－ｉ＋＋）／／输出标题　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．ＣｏｎｔｅｎｔＴｙｐｅ＝“ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ／ｏｃｔｅｔ．ｓｔｒｅａｍ”：　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．ＡｐｐｅｎｄＨｅａｄｅｒ　ｆ．ＩＣｏｎｔｅｎｔ－Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ”，”ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ；　｛ｘｌｓｈｅｅｔ．ＡｃｔｉｖｅＳｈｅｅｔ．Ｃｅｌｌｓ【１，ｉ＋１】＝ｒｅａｄｅｒ．ＧｅｔＮａｍｅ（ｉ）．　ＴｏＳｔｒｉｎｇ０；）　ｗｈｉｌｅ（ｒｅａｄｅｒ．Ｒｅａｄ０）　／／输出字段内容　｛　ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜ｎｕｍｂｅｒｃｏｌｓ；ｉ＋＋）　｛ｘｌｓｈｅｅｔ．ＡｃｔｉｖｅＳｈｅｅｔ．Ｃｅｌｌｓ【ｒｏｗ，ｉ＋１】＝ｒｅａｄｅｒ．ＧｅｔＶａｌｕｅ（ｉ）．　ＴｏＳｔｒｉｎｇ０；　ｘｌｓｈｅｅｔ．ｇｅｔＲａｎｇｅ（ｘｌｓｈｅｅｔ．Ｃｅｌｌｓ　ｒｏｗ，１】，ｘｌｓｈｅｅｔ．Ｃｅｌｌｓ［ｒｏｗ，ｎｕｍｂｅｒ—　—ｅｏｌｓ］）．ｓｅｔ—ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ（ＯＷＣ１　１．ＸｌＨＡｌｉｇｎ．ｘｌＨＡｌｉｇｎＣｅｎｔｅｒ）；　）ｒｏｗ＋＋；｝　ｒｅａｄｅｒ．Ｃｌｏｓｅ０；　ｃｏｎｎ．Ｃｌｏｓｅ０；　ｘｌｓｈｅｅｔ．Ｅｘｐｏｒｔ（“Ｄ：＼＼ｃｈａｒｔ＼＼“＋Ｓｙｓｔｅｍ．ＤａｔｅＴｉｍｅ．Ｎｏｗ．ＴｏＳｔｉｒｎｇ（”　ｙｙｙｙＭＭｄｄｈｈｍｍｓｓ”）＋”．ｘｌｓ“，０ＷＣ１　１．ＳｈｅｅｔＥｘｐｏｒｔＡｃｔｉｏｎＥｎｕｍ．ｓｓＥｘ—　ｐｏｒｔＡｃｔｉｏｎＮｏｎｅ，ＯＷＣ１　１：ＳｈｅｅｔＥｘｐｏｒｔＦｏｒｍａｔ．ｓｓＥｘｐｏｒｔＸＭＬＳｐｒｅａｄ—　ｆｉｌｅｎａｍｅ＝“＋ＨｔｔｐＵｔｉｌｉｔｙ．ＵｒｌＥｎｃｏｄｅ（ｆｉ．ＦｕｌｌＮａｍｅ．Ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｅｘｔ．Ｅｎｃｏｄｉｎｇ．　ＵＴＦ８））；　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．ＡｐｐｅｎｄＨｅａｄｅｒ（“Ｃｏｎｔｅｎｔ－Ｌｅｎｇｔｈ“．ｆｉ．ｅｎｇｔＬｈ．ＴｏＳｔｒｉｎｇ０）；　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｗ　【ｅｎｌｅ（ｉｆ．ＦｕｌｌＮａｍｅ）；／／下载保存文件　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｆｌｕｓｈ０；　Ｓｙｓｔｅｍ．ＩＯ．Ｆｉｌｅ．Ｄｅｌｅｔｅ（“Ｄ：＼＼ｃｈａｒｔ＼＼“＋ｆｉｌｅＮａｍｅ）；／／删除临时文件　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｅｎｄ０；）　在上面的代码中，首先定义了一些关于Ｅｘｃｅｌ的对象。如　ＳｐｒｅａｄｓｈｅｅｔＣｌａｓｓ，ＡｃｔｉｖｅＳｈｅｅｔ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ等，这些都是在使用Ｅｘ　ｅｅｌ的ＣＯＭ对象时，必不可少的。　４小结　ＯＷＣ为开发人员在Ｗｅｂ应用中绘制图表提供了方便　同时　也是图标引擎最基本的机制。应用数据库与ＯＷＣ中的Ｓｐｒｅａｄ—　ｓｈｅｅｔＣｌａｓｓ对象结合，提供了跟Ｅｘｃｅｌ的接口，能够方便的进行数据　分析，并且能导出Ｅｘｃｅｌ下载到客户端。相信清晰实用的报表一定　会为成为Ｗｅｂ程序的亮点。　ｓｈｅｅｔ）；／／取当前系统服务器时间为文件名，生成临时Ｅｘｃｅｌ文件保　存至Ｄ：＼ｃｈａｒｔ＼ｌ　ｌ　（５）下载Ｅｘｃｅｌ文件保存在客户端，并将上一步生成的临时文　件删除。　ｐｒｉｖａｔｅ　ｖｏｉｄ　ＥｘｐｏｒｔＥｘｃｅｌＣｌｉｃｋ（ｏｂｊｅｃｔ　ｓｅｎｄｅｒ，Ｓｙｓｔｅｍ．ＥｖｅｎｔＡｒｇｓ　—参考文献：　【１】（美）Ｄａｖｅｓｔｅａｒｎｓ著，李志，译．Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｏｆｉｆｃｅ　２０００　Ｗｅｂ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ编程技术内幕【Ｍ】．北京：北京希望电子出版社，２０００．　ｅ１　｛ｔｈｉｓ．ＥｘｐｏｒｔＥｘｃｅｌ０；　ｓｔｉｒｎｇ　ｆｉｌｅＮａｍｅ：Ｓｙｓｔｅｍ．ＤａｔｅＴｉｍｅ．Ｎｏｗ．ＴｏＳｔｒｉｎｇ（”ｙｙｙｙＭＭｄ—　ｄｈｈｍｍｓｓ“１＋”．ｘｌｓ“；　ＨｔｔｐＲｅｓｐｏｎｓｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ＝ＨｔｔｐＣｏｎｔｅｘｔ．Ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｒｅｓｐｏｎｓｅ；　『２］Ｒ￣Ｎ萍，肖世德．新一代Ｗｅｂ开发技术ＡＳＰ．ＮＥＴ的发展与　探析【Ｊ】．微计算机信息，２００５，１：１９０—１９２　一　一一　Ｓｙｓｔｅｍ．ＩＯ．Ｆｉｌｅｌｎｆｏ　ｉｆ＝ｎｅｗ　Ｓｙｓｔｅｍ．ＩＯ．Ｆｉｌｅｌｎｆｏ（ｆｉｌｅＮａｍｅ）；　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｃｌｅａｒ０；　（－Ｙ－４￣ｇ　１３０６页）　位。单片机发出的控制信号完成电动机的正向和反向控制。图４　是双向可控硅实现的云台控制单路电路图（共有上下左右四路）　【３】维基百科．ＯＷＣ技术汇总．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｓｄｎ．ｎｅｔ／ｓｕｂｊｅｃｔ／ｏｗｅ／，　２００５－１　１－２３．　然保护区，矿山等特殊环境进行实时监控。有很好的应用前景。　【３】。　ＲＳ　８５＊　４　＼／　ＶＣｄ　Ｖ０ｃ２　Ｖｃ。　图３采用ＭＡＸ４８５构成的ＩＬＳ一４８５半双工点对点通信电路　图４云台控制电路　３．１．５镜头控制电路设计　对镜头的控制包括光圈大小、焦距远近和变焦大小控制。变　图５镜头控制电路　图６云台镜头控制程　焦镜头有光圈、聚焦、变倍三个直流电机，三个电机有一个公共接　地端，在非公共端加正、负电压时电机正反旋转。单片机发出的镜　头控制信号对镜头直流电机的正、反向电压进行控制，镜头控制　电路如图５所示。　序简要流程图　参考文献：　【１】丰洪才，邓华来，刘年波．用ＡｃｔｉｖｅＸ控件实现对云台和镜　３．２终端解码器软件设计『５１　系统的软件设计主要包括通信中断服务程序、云台电机控制　子程序、镜头电机控制子程序等。软件设计采用模块化程序设计　结构。图６是系统程序设计简要流程图。　４结束语　本文介绍了基于一种ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机的新型智能远程云　台控制系统，能够实现自动跟踪，自动聚焦，自动光圈调整等功　能。在此基础上，进行改进，加上适当的保护措施，可以应用于自　头的远程控制『Ｊ］．计算机应用研究，２Ｏ０４：２３４—２３５　【２】谭克俊，孟宪尧，房丽萍．基于８９Ｃ５１单片机的云台镜头解　码器设计『Ｊ１．大连海事大学学报，２００１，（２７，３）．　【３】董蕴化，魏辉．云台镜头控制系统终端解码器的设计与实　现．河南机电高等专科学校学报『Ｊ１，２００５，（１３，２）．　『４１吴益飞，李胜，蔡骅．基于ＭＳＰ４３０单片机的云台控制系统　设计与实现．微计算机与信息嵌入式与ＳＯＣ［Ｊ】，２００６，（２２，７２）．　【５］［￣］Ｍａｒｋ　Ｎｅｌｓｏｎ，著．串行通信开发指南【Ｍ】．中国水利水电出　版社。２０００．　电脑知识与技术