專利名稱：一種高速球型攝像機云臺的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種高速球型攝像機云臺的控制裝置，屬于直接應用于視頻、圖 像監(jiān)控的技術領域。
背景技術：
云臺控制裝置是安防領域中應用很廣，發(fā)展也很迅速的裝置，特別是在高速球型 攝像機上得到廣泛地應用，現(xiàn)有技術中大多數(shù)的云臺控制裝置分別由水平、垂直兩路電機 來控制，而電機控制方式通常采用開環(huán)控制。如圖1所示，該云臺控制裝置采用開環(huán)控制方式，控制芯片在基準位置接收到運 動指令后，發(fā)送運動控制指令至驅動電路，驅動電路根據(jù)運動控制指令控制步進電機轉動 一定的角度，實現(xiàn)傳動機構在水平或垂直方向上運動，從而使傳動機構上的攝像機能夠運 動至目標位置。上述控制方式的缺點在于每次重啟后，只能停留在固定起始位置，長時間運行如 果有失步或傳動機構遇較大阻力會產生累計誤差；云臺運動速度不易調節(jié)；云臺控制無法 人機交互，不易進行控制設置。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出的是一種高速球型攝像機云臺的控制裝置，其目的在于克服現(xiàn)有技術 所存在的上述缺陷，采用非易失性存儲元件，采用高速數(shù)字模擬轉換電路及步進電機控制 算法，同時在控制裝置中加入了視頻字符疊加電路。本發(fā)明的技術解決方案其特征是包括水平方向初始位置檢測、水平方向步進電 機驅動器、垂直方向步進電機驅動器、垂直方向初始位置檢測、地址設置開關、數(shù)模轉換器、 嵌入式微控制器、視頻字符疊加電路、串行總線接口、看門狗復位電路、數(shù)據(jù)存儲電路、原始 視頻信號、疊加后視頻信號、水平方向步進電機、垂直方向步進電機，其中水平方向步進電 機驅動器的信號輸出端接水平方向步進電機的信號輸入端，水平方向步進電機的信號輸出 端接水平方向初始位置檢測的信號輸入端，垂直方向步進電機驅動器的信號輸出端接垂直 方向步進電機的信號輸入端，垂直方向步進電機的信號輸出端接垂直方向初始位置檢測的 信號輸入端，嵌入式微控制器的第一信號輸入端接水平方向初始位置檢測的信號輸出端， 嵌入式微控制器的第二信號輸入端接垂直方向初始位置檢測的信號輸出端，嵌入式微控制 器的信號輸出端接數(shù)模轉換器的信號輸入端，數(shù)模轉換器的信號輸出端接水平方向步進電 機驅動器的信號輸入端、垂直方向步進電機驅動器的信號輸入端，嵌入式微控制器的第一 信號輸出/輸入端接地址設置開關的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第二信號輸出/ 輸入端接視頻字符疊加電路的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第三信號輸出/輸入 端接串行總線接口的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第四信號輸出/輸入端接看門 狗復位電路的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第五信號輸出/輸入端接數(shù)據(jù)存儲電 路的信號輸入/輸出端，視頻字符疊加電路的信號輸入端接原始視頻信號的輸出端，視頻字符疊加電路的信號輸出端接疊加后視頻信號的信號輸入端。本發(fā)明的優(yōu)點通過加入非 易失性存儲元件實現(xiàn)了云臺位置的掉電存儲，云臺重啟時，初始化完成后可自動進入預設 的或重啟前的位置，同時也可實現(xiàn)云臺定期校正，校正后仍恢復原狀態(tài)，不影響云臺位置； 高速數(shù)字模擬轉換電路及步進電機控制算法實現(xiàn)了云臺的運動速度在較寬范圍內進行調 節(jié)；視頻字符疊加電路為云臺操控提供操作菜單，從而實現(xiàn)人機交互，方便對云臺各參數(shù)的 設置。


附圖1是現(xiàn)有技術提供的一種采用開環(huán)控制方式的云臺控制裝置框圖。附圖2是本發(fā)明的結構示意框圖。附圖3是步進電機驅動系統(tǒng)結構圖。附圖4是upd6453字符疊加芯片的硬件設計框圖。附圖5是SST25VF016B flash存儲器芯片電路連接圖。附圖6是ARM復位電路。
具體實施例方式對照附圖2，其結構是包括水平方向初始位置檢測、水平方向步進電機驅動器 (L6219)、垂直方向步進電機驅動器(L6219)、垂直方向初始位置檢測、地址設置開關、數(shù)模 轉換器(TLC7255DA轉換芯片)、嵌入式微控制器(ARM7LPC2132)、視頻字符疊加電路、串行 總線接口、看門狗復位電路、數(shù)據(jù)存儲電路、原始視頻信號、疊加后視頻信號、水平方向步進 電機、垂直方向步進電機，其中水平方向步進電機驅動器的信號輸出端接水平方向步進電 機的信號輸入端，水平方向步進電機的信號輸出端接水平方向初始位置檢測的信號輸入 端，垂直方向步進電機驅動器的信號輸出端接垂直方向步進電機的信號輸入端，垂直方向 步進電機的信號輸出端接垂直方向初始位置檢測的信號輸入端，嵌入式微控制器的第一信 號輸入端接水平方向初始位置檢測的信號輸出端，嵌入式微控制器的第二信號輸入端接垂 直方向初始位置檢測的信號輸出端，嵌入式微控制器的信號輸出端接數(shù)模轉換器的信號輸 入端，數(shù)模轉換器的信號輸出端接水平方向步進電機驅動器的信號輸入端、垂直方向步進 電機驅動器的信號輸入端，嵌入式微控制器的第一信號輸出/輸入端接地址設置開關的信 號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第二信號輸出/輸入端接視頻字符疊加電路的信號輸 入/輸出端，嵌入式微控制器的第三信號輸出/輸入端接串行總線接口的信號輸入/輸出 端，嵌入式微控制器的第四信號輸出/輸入端接看門狗復位電路的信號輸入/輸出端，嵌入 式微控制器的第五信號輸出/輸入端接數(shù)據(jù)存儲電路的信號輸入/輸出端，視頻字符疊加 電路的信號輸入端接原始視頻信號的輸出端，視頻字符疊加電路的信號輸出端接疊加后視 頻信號的信號輸入端。在主控板的硬件電路設計中，共用了三片74HC245芯片，其功能是實現(xiàn)對ARM的部 分I/O管腳的分時復用；使用了 SP706SE看門狗復位芯片，實現(xiàn)ARM芯片的復位功能，保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行；使用SST25VF016B Flash芯片對數(shù)據(jù)的進行存儲和調用，實現(xiàn)數(shù)據(jù) 的掉電保存功能；其中TLC7255DA轉換芯片和L6219電機驅動芯片構成了電機控制模塊的 主要電路，實現(xiàn)球型攝像機云臺的水平和垂直步進電機的驅動；UPD6453、LM1881和⑶4053構成0SD字符疊加模塊的主要電路，實現(xiàn)球型攝像機的菜單顯示功能。電機控制模塊是主控板電路設計中的核心部分，它是實現(xiàn)球型云臺在水平方向上 360度、垂直方向上90度高速旋轉和精確定位的依托。此次設計采用兩個步進電機分別負 責球機云臺的水平旋轉和垂直旋轉。步進電機的工作原理及驅動方法步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈 沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，這個角度稱為步距角，它的 旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到 準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到 調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有累積誤差的特點，廣泛 應用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動，這種裝置就是步進電機驅動器，它是 把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，加以放大以驅動步進電機。步進電機的轉速與脈沖信號的頻 率成正比；步進電機轉動的角度由控制脈沖的個數(shù)決定。本次設計選用的是兩相混合式步 進電機，步距角為0. 9度，采用32細分雙極性電流驅動方法來驅動。根據(jù)32細分計算得 出的兩相電流數(shù)字量值，并將其以表的形式存儲在內存中，通過查表的方式，ARM控制器控 制數(shù)/模轉換芯片TLC7225將每一對數(shù)字量轉換成對應的控制電壓，再經過專用驅動芯片 L6219，從而模擬出正弦波形驅動電流來驅動兩相步進電機。對照附圖3，步進電機驅動系統(tǒng) 結構是ARM控制器的信號輸出端接數(shù)/模轉換芯片的信號輸入端，數(shù)/模轉換芯片的信號 輸出端接水平步進電機驅動器和垂直步進電機驅動器的信號輸入端。字符疊加模塊的電路設計采用upd6453進行字符疊加時，其外圍需要用到兩個芯片，LM1881和CD4053， LM1881用來給upd6453提供視頻信號的場同步，行同步，upd6453將疊加信號準備好后作為輸入送給⑶4053，⑶4053將原始視頻信號和字符疊加 信號整合后輸出，從而完成視頻流的字符疊加。其硬件設計結構框圖如附圖4所示。Upd6453芯片的電路連接設計圖如下所示，0SD-BUSY連接在LPC-2132的P0. 26 腳，用于反應芯片upd6453是否可以進行數(shù)據(jù)流的寫入；0SD-CLK連接在LPC-2132的P0. 25腳，提供數(shù)據(jù)流寫入的時鐘信號；0SD-CS連接在 LPC-2132的P0. 17腳，是upd6453的片選信號，低電平表示芯片可用；0SD-DATA連接在 LPC-2132的P0. 18腳，是數(shù)據(jù)流信號輸入通道；HS1、VS1連接在LM1881上，用于接收視頻流 的行同步、場同步信號輸入；0SC1連接在⑶4053上，是將疊加后的字符信號輸入給⑶4053。數(shù)據(jù)存儲模塊的電路設計高速智能球機具有強大的掉電保存功能，像球機預置位設置，菜單更改設置，球機 當前運行參數(shù)等都需要在掉電前進行保存，上電后再重新恢復當前狀態(tài)。這就需要在ARM 微控制器的外圍設計數(shù)據(jù)掉電存儲系統(tǒng)，本次設計中使用flash存儲器對需要保存的數(shù)據(jù) 進行保存。Flash存儲器的主要特點是在掉電的情況下可以保存數(shù)據(jù)信息，且存儲速度快，容 量大。本次設計選用的flash芯片是16Mbit SPI串行的flashsst25VF016B，它是一款8位 SPI Flash存儲芯片，容量為2MB，共分為500個扇區(qū)，每個扇區(qū)大小為4KB。SST25VF016B芯片的讀寫操作以字節(jié)為單位，能在2. 7-3. 6V電源電壓下完成讀寫操作。其應用電路連接 圖如附圖5所示。SST25VF016B的引腳包括電源引腳、SPI接口引腳、控制引腳，該芯片通過SPI控 制引腳與CPU連接。在電路圖上具體為SPI_SCK是串行時鐘線，SPI_SI是串行數(shù)據(jù)輸入 引腳，SPI_S0是串行數(shù)據(jù)輸出引腳，SPI_CS是片選線，該引腳電平為低時，芯片激活工作狀 態(tài)，接口電路中的/WP、/HOLD引腳外接上拉電阻。復位電路設計一個穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，不能缺少系統(tǒng)復位的功能，即在程序異常，掛起的情況 下，由復位系統(tǒng)對ARM微控制器進行一次軟復位的操作，相當于在不掉電的情況下使ARM芯 片重啟了一次，本次設計開發(fā)選用的復位芯片就是SP706SE，其復位電路設計如附圖6。復位系統(tǒng)所用ARM管腳及相關應用程序宏定義#define SP706_WDI(1 << 20)//P0. 20 口為喂狗信號腳
(I00CLR = SP706_WDI)
拉低P0. 20
(I00SET | = SP706_WDI) // 拉高 P0. 2#define WDI_L0ff()電平#define WDI_HIGH()電平SP706SE的復位腳/RST連接在ARM LPC-2132的/REST上，該看門狗系統(tǒng)的實現(xiàn)是 通過在主程序中調用WDI_L0W()和WDI_HIG()這兩個宏定義，通過不斷的拉高和拉低P0. 20 腳的電平，避免使得SP706SE的WDI腳持續(xù)低電平超過1. 6秒，如果這樣，/RST則會產生低 電平，使得ARM復位一次。在程序正常運行情況下，P0. 20腳的電平始終變化著的，不會出 現(xiàn)上述情況，一旦程序異常出現(xiàn)跑飛的情況，/RST低電平會使得ARM復位，使的程序恢復正
權利要求
一種高速球型攝像機云臺的控制裝置，其特征是包括水平方向初始位置檢測、水平方向步進電機驅動器、垂直方向步進電機驅動器、垂直方向初始位置檢測、地址設置開關、數(shù)模轉換器、嵌入式微控制器、視頻字符疊加電路、串行總線接口、看門狗復位電路、數(shù)據(jù)存儲電路、原始視頻信號、疊加后視頻信號、水平方向步進電機、垂直方向步進電機，其中水平方向步進電機驅動器的信號輸出端接水平方向步進電機的信號輸入端，水平方向步進電機的信號輸出端接水平方向初始位置檢測的信號輸入端，垂直方向步進電機驅動器的信號輸出端接垂直方向步進電機的信號輸入端，垂直方向步進電機的信號輸出端接垂直方向初始位置檢測的信號輸入端，嵌入式微控制器的第一信號輸入端接水平方向初始位置檢測的信號輸出端，嵌入式微控制器的第二信號輸入端接垂直方向初始位置檢測的信號輸出端，嵌入式微控制器的信號輸出端接數(shù)模轉換器的信號輸入端，數(shù)模轉換器的信號輸出端接水平方向步進電機驅動器的信號輸入端、垂直方向步進電機驅動器的信號輸入端，嵌入式微控制器的第一信號輸出/輸入端接地址設置開關的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第二信號輸出/輸入端接視頻字符疊加電路的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第三信號輸出/輸入端接串行總線接口的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第四信號輸出/輸入端接看門狗復位電路的信號輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第五信號輸出/輸入端接數(shù)據(jù)存儲電路的信號輸入/輸出端，視頻字符疊加電路的信號輸入端接原始視頻信號的輸出端，視頻字符疊加電路的信號輸出端接疊加后視頻信號的信號輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高速球型攝像機云臺的控制裝置，其特征是步進控制器 的信號輸出端接數(shù)/模轉換芯片的信號輸入端，數(shù)/模轉換芯片的信號輸出端接水平步進 電機驅動器和垂直步進電機驅動器的信號輸入端。
全文摘要
本發(fā)明是一種高速球型攝像機云臺的控制裝置，包括水平方向初始位置檢測、水平和垂直方向步進電機驅動器、垂直方向初始位置檢測、地址設置開關、數(shù)模轉換器、嵌入式微控制器、視頻字符疊加電路、串行總線接口、看門狗復位電路、數(shù)據(jù)存儲電路、原始視頻信號、疊加后視頻信號、水平方向步進電機、垂直方向步進電機。優(yōu)點通過加入非易失性存儲元件實現(xiàn)云臺位置的掉電存儲，云臺重啟時，初始化完成后自動進入預設的或重啟前的位置，同時實現(xiàn)云臺定期校正，仍恢復原狀態(tài)，不影響云臺位置；高速數(shù)字模擬轉換器實現(xiàn)云臺的運動速度在較寬范圍內進行調節(jié)；視頻字符疊加電路為云臺操控提供操作菜單，實現(xiàn)人機交互，方便對云臺各參數(shù)的設置。
文檔編號H04N7/18GK101980089SQ201010269548
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權日2010年9月2日
發(fā)明者付懷文, 任廣振, 操星, 費章君, 趙志中, 陳飛凌 申請人:南京南自信息技術有限公司