專利名稱：一種高速球型攝像機(jī)云臺(tái)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種高速球型攝像機(jī)云臺(tái)的控制裝置，屬于直接應(yīng)用于視 頻、圖像監(jiān)控的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
云臺(tái)控制裝置是安防領(lǐng)域中應(yīng)用很廣，發(fā)展也很迅速的裝置，特別是在高速球型 攝像機(jī)上得到廣泛地應(yīng)用，現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)的云臺(tái)控制裝置分別由水平、垂直兩路電機(jī) 來(lái)控制，而電機(jī)控制方式通常采用開(kāi)環(huán)控制。如圖1所示，該云臺(tái)控制裝置采用開(kāi)環(huán)控制方式，控制芯片在基準(zhǔn)位置接收到運(yùn) 動(dòng)指令后，發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 一定的角度，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在水平或垂直方向上運(yùn)動(dòng)，從而使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的攝像機(jī)能夠運(yùn) 動(dòng)至目標(biāo)位置。上述控制方式的缺點(diǎn)在于每次重啟后，只能停留在固定起始位置，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行如 果有失步或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)遇較大阻力會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差；云臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度不易調(diào)節(jié)；云臺(tái)控制無(wú)法 人機(jī)交互，不易進(jìn)行控制設(shè)置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出的是一種高速球型攝像機(jī)云臺(tái)的控制裝置，其目的在于克服現(xiàn)有 技術(shù)所存在的上述缺陷，采用非易失性存儲(chǔ)元件，采用高速數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路及步進(jìn)電機(jī) 控制算法，同時(shí)在控制裝置中加入了視頻字符疊加電路。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案其特征是包括水平方向初始位置檢測(cè)裝置、水平方 向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、垂直方向初始位置檢測(cè)裝置、地址設(shè)置開(kāi) 關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)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(mén)狗復(fù)位電路、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)電路、原始視頻信號(hào)、疊加后視頻信號(hào)、水平方向步進(jìn)電機(jī)、垂直方向步進(jìn)電機(jī)，其中 水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端接水平方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端，水平方向步進(jìn) 電機(jī)的信號(hào)輸出端接水平方向初始位置檢測(cè)裝置的信號(hào)輸入端，垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 的信號(hào)輸出端接垂直方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端，垂直方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸出端接垂直 方向初始位置檢測(cè)裝置的信號(hào)輸入端，嵌入式微控制器的第一信號(hào)輸入端接水平方向初始 位置檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端，嵌入式微控制器的第二信號(hào)輸入端接垂直方向初始位置檢測(cè) 裝置的信號(hào)輸出端，嵌入式微控制器的信號(hào)輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端，數(shù)模轉(zhuǎn)換 器的信號(hào)輸出端接水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端、垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信 號(hào)輸入端，嵌入式微控制器的第一信號(hào)輸出/輸入端接地址設(shè)置開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入/輸出端， 嵌入式微控制器的第二信號(hào)輸出/輸入端接視頻字符疊加電路的信號(hào)輸入/輸出端，嵌入 式微控制器的第三信號(hào)輸出/輸入端接串行總線接口的信號(hào)輸入/輸出端，嵌入式微控制 器的第四信號(hào)輸出/輸入端接看門(mén)狗復(fù)位電路的信號(hào)輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第 五信號(hào)輸出/輸入端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的信號(hào)輸入/輸出端，視頻字符疊加電路的信號(hào)輸入端接原始視頻信號(hào)的輸出端，視頻字符疊加電路的信號(hào)輸出端接疊加后視頻信號(hào)的信號(hào)輸 入端。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)加入非易失性存儲(chǔ)元件實(shí)現(xiàn)了云臺(tái)位置的掉電存儲(chǔ)，云 臺(tái)重啟時(shí)，初始化完成后可自動(dòng)進(jìn)入預(yù)設(shè)的或重啟前的位置，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)云臺(tái)定期校正， 校正后仍恢復(fù)原狀態(tài)，不影響云臺(tái)位置；高速數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路及步進(jìn)電機(jī)控制算法實(shí)現(xiàn) 了云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度在較寬范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)；視頻字符疊加電路為云臺(tái)操控提供操作菜單， 從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，方便對(duì)云臺(tái)各參數(shù)的設(shè)置。

附圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的一種采用開(kāi)環(huán)控制方式的云臺(tái)控制裝置框圖。附圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖。附圖3是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。附圖4是upd6453字符疊加芯片的硬件設(shè)計(jì)框圖。附圖5是SST25VF016B flash存儲(chǔ)器芯片電路連接圖。附圖6是ARM復(fù)位電路。
具體實(shí)施方式
對(duì)照附圖2，其結(jié)構(gòu)是包括水平方向初始位置檢測(cè)、水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 (L6219)、垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(L6219)、垂直方向初始位置檢測(cè)、地址設(shè)置開(kāi)關(guān)、數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(TLC7255DA轉(zhuǎn)換芯片)、嵌入式微控制器(ARM7LPC213》、視頻字符疊加電路、串行 總線接口、看門(mén)狗復(fù)位電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、原始視頻信號(hào)、疊加后視頻信號(hào)、水平方向步進(jìn) 電機(jī)、垂直方向步進(jìn)電機(jī)，其中水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端接水平方向步進(jìn)電 機(jī)的信號(hào)輸入端，水平方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸出端接水平方向初始位置檢測(cè)的信號(hào)輸入 端，垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端接垂直方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端，垂直方向 步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸出端接垂直方向初始位置檢測(cè)的信號(hào)輸入端，嵌入式微控制器的第一信 號(hào)輸入端接水平方向初始位置檢測(cè)的信號(hào)輸出端，嵌入式微控制器的第二信號(hào)輸入端接 垂直方向初始位置檢測(cè)的信號(hào)輸出端，嵌入式微控制器的信號(hào)輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號(hào) 輸入端，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端接水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端、垂直方向步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端，嵌入式微控制器的第一信號(hào)輸出/輸入端接地址設(shè)置開(kāi)關(guān)的 信號(hào)輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第二信號(hào)輸出/輸入端接視頻字符疊加電路的信號(hào) 輸入/輸出端，嵌入式微控制器的第三信號(hào)輸出/輸入端接串行總線接口的信號(hào)輸入/輸 出端，嵌入式微控制器的第四信號(hào)輸出/輸入端接看門(mén)狗復(fù)位電路的信號(hào)輸入/輸出端，嵌 入式微控制器的第五信號(hào)輸出/輸入端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的信號(hào)輸入/輸出端，視頻字符疊 加電路的信號(hào)輸入端接原始視頻信號(hào)的輸出端，視頻字符疊加電路的信號(hào)輸出端接疊加后 視頻信號(hào)的信號(hào)輸入端。在主控板的硬件電路設(shè)計(jì)中，共用了三片74HC245芯片，其功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)ARM的部 分I/O管腳的分時(shí)復(fù)用；使用了 SP706SE看門(mén)狗復(fù)位芯片，實(shí)現(xiàn)ARM芯片的復(fù)位功能，保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行；使用SST25VF016B Flash芯片對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的掉電保存功能；其中TLC7255DA轉(zhuǎn)換芯片和L6219電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成了電機(jī)控制模塊的 主要電路，實(shí)現(xiàn)球型攝像機(jī)云臺(tái)的水平和垂直步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；UPD6453、LM1881和⑶4053構(gòu)成OSD字符疊加模塊的主要電路，實(shí)現(xiàn)球型攝像機(jī)的菜單顯示功能。電機(jī)控制模塊是主控板電路設(shè)計(jì)中的核心部分，它是實(shí)現(xiàn)球型云臺(tái)在水平方向上 360度、垂直方向上90度高速旋轉(zhuǎn)和精確定位的依托。此次設(shè)計(jì)采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別負(fù) 責(zé)球機(jī)云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的工作原理及驅(qū)動(dòng)方法步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈 沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度稱為步距角，它的 旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到 準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到 調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有累積誤差的特點(diǎn)，廣泛 應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是 把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)，加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻 率成正比；步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度由控制脈沖的個(gè)數(shù)決定。本次設(shè)計(jì)選用的是兩相混合式步 進(jìn)電機(jī)，步距角為0. 9度，采用32細(xì)分雙極性電流驅(qū)動(dòng)方法來(lái)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)32細(xì)分計(jì)算得 出的兩相電流數(shù)字量值，并將其以表的形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，通過(guò)查表的方式，ARM控制器控 制數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片TLC7225將每一對(duì)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制電壓，再經(jīng)過(guò)專用驅(qū)動(dòng)芯片 L6219，從而模擬出正弦波形驅(qū)動(dòng)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)兩相步進(jìn)電機(jī)。對(duì)照附圖3，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)是ARM控制器的信號(hào)輸出端接數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)輸入端，數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào) 輸出端接水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端。字符疊加模塊的電路設(shè)計(jì)采用upd6453進(jìn)行字符疊加時(shí)，其外圍需要用到兩個(gè)芯片，LM1881和CD4053， LM1881用來(lái)給upd6453提供視頻信號(hào)的場(chǎng)同步，行同步，upd6453將疊加信號(hào)準(zhǔn)備好后作為輸入送給CD4053，⑶4053將原始視頻信號(hào)和字符疊加 信號(hào)整合后輸出，從而完成視頻流的字符疊加。其硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如附圖4所示。Upd6453芯片的電路連接設(shè)計(jì)圖如下所示，OSD-BUSY連接在LPC-2132的P0. 26 腳，用于反應(yīng)芯片upd6453是否可以進(jìn)行數(shù)據(jù)流的寫(xiě)入；OSD-CLK連接在LPC-2132的P0. 25腳，提供數(shù)據(jù)流寫(xiě)入的時(shí)鐘信號(hào)；OSD-CS連接在 LPC-2132的P0. 17腳，是upd6453的片選信號(hào)，低電平表示芯片可用；OSD-DATA連接在 LPC-2132的P0. 18腳，是數(shù)據(jù)流信號(hào)輸入通道；HS1、VS1連接在LM1881上，用于接收視頻流 的行同步、場(chǎng)同步信號(hào)輸入；OSCl連接在CD4053上，是將疊加后的字符信號(hào)輸入給⑶4053。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的電路設(shè)計(jì)高速智能球機(jī)具有強(qiáng)大的掉電保存功能，像球機(jī)預(yù)置位設(shè)置，菜單更改設(shè)置，球機(jī) 當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)等都需要在掉電前進(jìn)行保存，上電后再重新恢復(fù)當(dāng)前狀態(tài)。這就需要在ARM 微控制器的外圍設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)掉電存儲(chǔ)系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)中使用flash存儲(chǔ)器對(duì)需要保存的數(shù)據(jù) 進(jìn)行保存。Flash存儲(chǔ)器的主要特點(diǎn)是在掉電的情況下可以保存數(shù)據(jù)信息，且存儲(chǔ)速度快，容 量大。本次設(shè)計(jì)選用的flash芯片是16Mbit SPI串行的flash sst25VF016B，它是一款8位SPI Flash存儲(chǔ)芯片，容量為2MB，共分為500個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)大小為4KB。SST25VF016B 芯片的讀寫(xiě)操作以字節(jié)為單位，能在2. 7-3. 6V電源電壓下完成讀寫(xiě)操作。其應(yīng)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(guò)SPI控制 引腳與CPU連接。在電路圖上具體為SPI_SCK是串行時(shí)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(shí)，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(fù)位電路設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，不能缺少系統(tǒng)復(fù)位的功能，即在程序異常，掛起的情況 下，由復(fù)位系統(tǒng)對(duì)ARM微控制器進(jìn)行一次軟復(fù)位的操作，相當(dāng)于在不掉電的情況下使ARM芯 片重啟了一次，本次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)選用的復(fù)位芯片就是SP706SE，其復(fù)位電路設(shè)計(jì)如附圖6。復(fù)位系統(tǒng)所用ARM管腳及相關(guān)應(yīng)用程序宏定義#define SP706_WDI (1 << 20) //Ρ0· 20 口為喂狗信號(hào)腳#define WDI_L0ff() (IOOCLR | = SP706_WDI)//拉低 Ρ0· 20電平#define WDI_HIGH() (I00SET | = SP706_WDI)//拉高 Ρ0· 2電平SP706SE的復(fù)位腳/RST連接在ARM LPC-2132的/REST上，該看門(mén)狗系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是 通過(guò)在主程序中調(diào)用WDI_L0W()和WDI_HIG()這兩個(gè)宏定義，通過(guò)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(guò)1. 6秒，如果這樣，/RST則會(huì)產(chǎn)生低 電平，使得ARM復(fù)位一次。在程序正常運(yùn)行情況下，P0. 20腳的電平始終變化著的，不會(huì)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(huì)使得ARM復(fù)位，使的程序恢復(fù)正
堂
巾ο
權(quán)利要求1. 一種高速球型攝像機(jī)云臺(tái)的控制裝置，其特征是包括水平方向初始位置檢測(cè)裝置、 水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、垂直方向初始位置檢測(cè)裝置、地址設(shè) 置開(kāi)關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)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(mén)狗復(fù)位電 路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、原始視頻信號(hào)、疊加后視頻信號(hào)、水平方向步進(jìn)電機(jī)、垂直方向步進(jìn)電 機(jī)，其中水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端接水平方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端，水平 方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸出端接水平方向初始位置檢測(cè)裝置的信號(hào)輸入端，垂直方向步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端接垂直方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端，垂直方向步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸出 端接垂直方向初始位置檢測(cè)裝置的信號(hào)輸入端，嵌入式微控制器的第一信號(hào)輸入端接水平 方向初始位置檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端，嵌入式微控制器的第二信號(hào)輸入端接垂直方向初始 位置檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端，嵌入式微控制器的信號(hào)輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端， 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端接水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端、垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器的信號(hào)輸入端，嵌入式微控制器的第一信號(hào)輸出/輸入端接地址設(shè)置開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入 /輸出端，嵌入式微控制器的第二信號(hào)輸出/輸入端接視頻字符疊加電路的信號(hào)輸入/輸出 端，嵌入式微控制器的第三信號(hào)輸出/輸入端接串行總線接口的信號(hào)輸入/輸出端，嵌入式 微控制器的第四信號(hào)輸出/輸入端接看門(mén)狗復(fù)位電路的信號(hào)輸入/輸出端，嵌入式微控制 器的第五信號(hào)輸出/輸入端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的信號(hào)輸入/輸出端，視頻字符疊加電路的信 號(hào)輸入端接原始視頻信號(hào)的輸出端，視頻字符疊加電路的信號(hào)輸出端接疊加后視頻信號(hào)的 信號(hào)輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型是一種高速球型攝像機(jī)云臺(tái)的控制裝置，包括水平方向初始位置檢測(cè)、水平和垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、垂直方向初始位置檢測(cè)、地址設(shè)置開(kāi)關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)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(mén)狗復(fù)位電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、原始視頻信號(hào)、疊加后視頻信號(hào)、水平方向步進(jìn)電機(jī)、垂直方向步進(jìn)電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)通過(guò)加入非易失性存儲(chǔ)元件實(shí)現(xiàn)云臺(tái)位置的掉電存儲(chǔ)，云臺(tái)重啟時(shí)，初始化完成后自動(dòng)進(jìn)入預(yù)設(shè)的或重啟前的位置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)云臺(tái)定期校正，仍恢復(fù)原狀態(tài)，不影響云臺(tái)位置；高速數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度在較寬范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)；視頻字符疊加電路為云臺(tái)操控提供操作菜單，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，方便對(duì)云臺(tái)各參數(shù)的設(shè)置。
文檔編號(hào)H04N5/232GK201897709SQ201020513359
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者付懷文, 任廣振, 操星, 費(fèi)章君, 趙志中, 陳飛凌 申請(qǐng)人:南京南自信息技術(shù)有限公司