单片机控制摄像头(宝典)

单片机控制摄像头(宝典) 视频监控是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、 准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术 的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展。 针对监控系统中采用的摄像机镜头所出现的一些问题，本文提出一种三可变摄像镜头的控制方式和 控制电路。 摄像机镜头的主要包括:配套摄像机CCD(Charge Coupled Device 电荷耦合器，即摄像机的光 感元件)的大小、焦距、光圈、聚焦方式和接口，其中焦距、光圈和聚焦是在拍摄过程中需要精心调节的参 数，尤其是光圈大小的调节更是摄像机适应光线变化的根本方法。按照摄像机镜头光圈的调节方式，镜头 主要分为自动光圈和手动光圈两类。 自动光圈镜头根据驱动方式的不同分为视频驱动和直流驱动两种，但是都可以根据摄像机成像的亮 度，通过镜头内部电路自动调节光圈的大小，从而达到较好的拍摄效果。这类镜头不需要过多的外部控制 电路，尤其是视频驱动自动光圈镜头，仅需要将摄像机产生的视频图像模拟信号接入镜头光圈控制端即可。 这类镜头虽然可以根据外部光线的情况自动调节光圈大小以达到较好的成像效果，但是由于其调节过程对 于外部控制器是不开放的，因此在一些需要系统控制器进行特殊控制的场合并不完全适用。另外。目前的 高清晰工业摄像机往往没有视频图像的模拟输出，因此使用自动光圈镜头也存在一些困难。 手动光圈镜头分为定焦镜头、手动光圈变焦镜头和三可变镜头。其中，定焦镜头和手动光圈镜头都 需要通过手工调节镜头的光圈、聚焦等参数实现镜头的调节，因此对于自动工作的系统适应性较差。三可 变镜头可以通过镜头内部电机进行光圈、变焦、聚焦的调节，实现镜头参数的完全电可控，便于自动控制 系统和远端监控根据实际应用需要用程序调节镜头的拍摄参数(以满足特定的拍摄。本文主要针对这 一类镜头，并以Computar 的H6Z0812M 型TV ZOOM LENS 三可变镜头为例讨论其控制电路的设计。 此镜头的控制主要通过在三对控制信号线上加载+8 V,+12 V 或-8 V,12 V 电源实现。这三对控制 信号线分别对应光圈、变焦、聚焦参数的调节，而每对控制信号的电源极性和存 在时间长短决定了参数变 化的方向和变化量的大小。例如:在光圈控制端输入+12 V 电源则光圈变大，通电时间越长光圈开的越大: 反之，输入-12 V 电源则光圈变小。通电时间越长则光圈变得越小。本文所讨论的镜头控制电路主要按照 系统终端或计算机的控制指令，为三可变镜头的三个输入端提供具有精确脉冲宽度、正确极性和合适幅度 的控制电压信号，实现系统控制器对镜头参数的完全控制。 根据前面的介绍，可以确定三可变镜头的控制电路完成控制功能需要三个步骤:1)与控制计算机进 行通信，接收控制指令;2)解析控制指令的内容，生成基本控制信号;3)控制功率电路产生镜头控制所需 的控制信号。由于需要完成数据通讯和指令解析的功能，本文选择具有串行通信接口的51 系列单片机89C51 为核心设计镜头的控制电路。电路与上述三个步骤的工作相对应，分为串行通信电路、中心控制电路、执 行电路三个部分。 2(1 串行通信电路 89C51 单片机的串行接口采用了TTL 电平方式，即2.4 V 以上代表数字1，0.45 V 以下代表数字0， 而一般的串行通信标准RS232 则用大于+2V 的电压表示数字0，用小于-2 V 的电压表示数字1。因此， 89C51 与控制计算机之间的串行通信接口必须经过电压转化。一般的方法是采用专用器件(如MAX232 等)完 成这一转换，但是需要额外提供一组?12 V 电源，不利于设备的安全，另外由于电路只需要接收串行信息， 因此本设计采用如图1 所示的电路完成电平转换，实现串行通信。 当RS232 传送数字“0”时，TXD 和GND 之间出现一个大于+2 V 的电压，光电耦合器TLP521 一次侧 发光，二次侧导通，输出低电平，对应TTL 逻辑“0”;当RS232 传送数字“1”时，TXD 和GND 之间出现 一个小于-2 V 的电压，光电耦合器TLP521 一次侧不发光，二次侧不导通，输出高电平，对应TTL 逻辑“1”， 从而完成了电平转换，实现了串行数据的接收。这一电路不需要额外提供?12V 电源，而且能够避免控制 计算机与镜头控制电路的直接电气连接，对于野外应用具有更高的安全性。 2(2 执行电路设计 此部分的硬件设计主要是实现三可变镜头控制信号的输出。图2 所示为镜头光圈 的控制电路。聚焦和变焦 的控制电路与之完全相同。 电路中双刀双掷继电器S1 用于进行电源极性的变换，实现控制参数变化方向的选择。当S1 线包不 通电时，AB 端输出+12 V 电压，控制光圈变大;当S1 线包通电时，AB 端输出-12 V 电压，控制光圈缩小， 完成控制参数变化方向的转换。 参数变化数值的控制通过控制驱动电压的存在时间来实现。但是继电器机械动作的持续性使它难以 实现精确的通断时间控制，其误差一般在10ms 以上，因此在本电路中采用MOSFET 作为电子开关，实现通 断时间的精确控制，误差小于0.1 ms。常态下MOSFET 截止，输出端A、B 无电流，光圈不动作。 在需要扩大光圈时，S1 线包不通电，A 端接+12 V，B 端通过MOSFET 接地，然后51 单片机发出控制 信号，使MOSFET 导通，输出A、B 端形成电流回路，驱动光圈扩大;在需要缩小光圈时，S1 线包通电，B 端接+12 V，A 端通过MOSFET 接地，然后51 单片机发出控制信号，使MOSFET 导通，输出A、B 端形成电流 回路，驱动光圈缩小。这一电路结构和工作方式不仅实现了动作时间的精确控制，还可有效地避免电路因 带电切换而造成的打火现象，提高了继电器的工作寿命，减少了干扰。 此外，电路中的光电耦合器OP1 主要用于隔离和变换51 单片机的+5 V 电源电压和镜头动作的+12 V 驱动电压;三极管T1 用来控制对继电器S1 线包的供电。 2(3 中心控制电路及软件设计 中心控制电路如图3 所示。镜头控制模块的控制核心是89C51。主要实现接收控制指令、解析控制 指令和执行控制指令三项功能。软件采用51 系列单片机的汇编语言编写。主要是看重使用汇编语言具有执 行速度快。可精确掌握动作时间，所占内存小等方面的优势。 PC 与89C51 之间采用异步串行通讯方式。数据位最多可为8 位，定义为动作类型和动作时间两部分。 用数据位前3 位表示6 种动作状态，包括光圈扩大、光圈缩小、图像放大、图像缩小、焦距变大和焦距变 小。数据位后5 位表示动作时间，一共可以表示32 种不同动作时间。根据软件要实现的三项功能，程序首 先进行初始化。89C52 的两个定时,计数器分别用作波特率设定和动作时间计时。通过对工作方式控制寄 存器TMOD 的设置就可完成对两个定时,计数器工作模式的定义。定时,计数器 1 采用工作方式2，用于定 义波特率。定时,计数器0 采用工作方式1，用于镜头动作时间控制。 然后是指令的处理部分。通过“逻辑与ANL”运算将指令分解为动作类型和动作时间两部分。利用 比较转移指令CJNE 进行动作类型筛选，通过对工作寄存器组中R1、R2 的赋值完成对引脚的设置: 采用中断方式进行引脚输出。由于在带电状态下变换双刀双掷开关的状态可能会“打火”，为避免 这种情况，在对R1，R2 赋值时要实现双刀双掷继电器先进行动作变换，后通电。两步动作的间隔为10ms。 而动作时间以10 ms 为步长。根据预先设计的指令可以控制动作时间的范围在0 ms,320 ms 之间，可 满足本模块需求。 本文提出的基于89C51 的摄像头控制电路，经测试可以运用到实际监控中。且本控制电路结构简单， 控制可靠，环境适应性强