安防视频监控系统镜头控制器

在一些特殊应用场合,系统中可能同时用到了云台及电动镜头或仅仅用到了电动镜头,因而控制器既要对云台进行控制,也要对电动镜头进行控制。

在视频监控系统中,通常要用到变焦镜头。一般,这种镜头有光圈、变焦、变倍三个电机,因而可做正反向旋转,以实现六个动作,这六个动作分别称为:光圈大、光圈小、聚焦远、聚焦近、变倍进、变倍出。变焦镜头的电机大部分是直流电机,直流电机加反相电压后就会倒转,如果三个电机用一个公共接地端,总共就只有四根控制线。

由于电动三可变镜头内部的微型电动机均为小功率直流电动机,因此控制器要完成对电动三可变镜头的控制,只能输出小功率的直流电压,这就要求控制器内部具有稳压的直流电源,这一电源通常为直流3~12V。在实用中,为了能更精确地对镜头调焦或在小范围内调整镜头光圈,一般希望电动镜头的电动机转速慢些,也就是要控制器输出到电动镜头的直流控制电压稍小些;但有的时候,为了快速跟踪活动目标(如在很短的时间内将摄像机镜头由广角取景推到主体目标的局部特写景),就要求控制器输出的直流控制电压稍大一些。

因此,大多数云台镜头控制器的镜头控制输出端通常都设计为可变电压输出,即通过对控制器面板上的电压调节旋钮的调节,使镜头控制输出端的控制电压在直流3~12V之间连续变化。一种单路云台镜头控制器的电路如图1所示。

图1 电动云台和变焦镜头控制电路图

在摄像机离控制室比较近的情况下,通常可采用10芯电缆,云台两个交流电机需加AC220V或AC24V;镜头三个直流电机可加DC3~12V,将它们加到电机的控制线上。这种用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头的控制电压的优点是,原理简单,工作可靠;但其缺点是,浪费线材,且有很多能量消耗在传输电缆上,只适于近距离使用。

目前,微机广泛用于控制器,在距离较远的场合,常常用微机进行控制命令的串行传输。一般,用微机发串行控制码传送命令的优点是可以节省线材,其传输控制电缆由多芯改为2芯;电机的驱动电源就地供给,避免了电机驱动电源长途传送时的能量损失等。但是,为了对串行命令进行串/并转换、解码,以及形成电动云台和变焦镜头的驱动电压,必须在系统前端摄像机附近,配置一个接收解码器。当几个摄像机相距很近时,也可以共用一个特殊设计的接收解码器。

1.串行控制码的形式

用微机进行控制命令的串行传输的串行控制码的位数,由控制器的设计者根据控制器的功能自行决定,但一般包括五个部分,如图2所示。

图2 串行控制码示意图

(1)起始码:起始码通常是一位低电平,串行信号线上,平时是高电平,当控制码到达时,首先出现一位低电平。

(2)地址码:由于控制码要发到各个接收解码器,而每个接收器有一个地址,也就是接收器的序号,常常与摄像机号相同。接收器的本机地址通常由拨动开关设定,只有当接收到的地址码与本机地址相符合时,才执行后面的操作命令。

(3)操作码:操作码是指示地址相符的接收机进行何种操作,即控制某一电机做何种转动,这事先由设计者规定。

(4)校验码:校验码是为了校验地址码和操作码是否发生误码而设定的,最简单的方法是奇偶校验,即将地址码、操作码、校验码每一位都相互“异或”后,应得结果是0,否则就认为发生误码。奇偶校验能检验出一位误码。

(5)结束码:结束码通常是一位高电平。

2.发串行控制码的几种方法

在视频监控系统中,终端解码器中的CPU只有接收串行控制信号一个任务,CPU始终处于准备好接收的状态,所以没有必要进行双工通信。发送端只要把串行信号发出就行了,至于终端解码器是否接到串行控制命令并且执行,从监视器的图像上就能清楚地看到。一般,有下述几种发串行控制码的方法。

(1)控制器CPU无串行口但任务不多。当控制器使用没有串行口的CPU,且任务不多时,可用并行口或其他锁存器的一位输出串行信号。CPU执行程序依次将起始码、地址码、操作码、校验码的各个位,经这一位锁存器输出,每次锁存数据后,经一固定时间(波特率的倒数)再锁存下一位数据。

(2)控制器CPU无串行口但任务较多。在这种情况下,可以使用可编程串行接口,如8251等,也可以使用相应位数的锁存器和并/串转换电路来达到目的。后者编程比较方便,其方框图如图3所示。

图3 编程简单的串行控制码发送方法

图中,分频器将CPU的时钟分频为串行发送的波特率,CPU执行程序将控制码存入锁存器,然后向并/串转换电路送并入控制信号,串行控制码就发出去了。

(3)控制器CPU有串行口。当使用具有串行口的单片机8031时,可按CPU的具体要求发出串行控制码。将8031的串行发送置于方式3(SM0=1,SM1=1)。这时8031发送1个起始位(0),8个数据位(先发LSB),1个可编程的第9数据位,1个停止位(1)。当接收的终端解码器数目不多时,地址码用4位,操作码用4位,第九数据位作为奇偶校验位。

接收解码器个数超过16个,4位地址码不够,这时需要连续发送两次串行信号,发送端8031置多机通信方式,而接收端也置成多机通信方式。发送端的8031先发8位地址码,其第9位数据为1,再发8位操作码,第9位数据为0。接收端8031置多机通信方式时SM2=1,接收数据的第9位进入RB8,地址字节会中断所有接收器的CPU,CPU查看地址码是否与本机地址相符,相符时CPU清SM2,准备接收后面发来的操作码;当地址码与本机地址不符时,CPU将保持SM2不变,这时后面发来的操作码就不会引起中断。

在这种情况下可取消校验码,也可用地址码和操作码的最高位作为校验码,分别进行校验。

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