摘 要：設(shè)計(jì)一種通用云臺(tái)控制器。系統(tǒng)以新型單片機(jī)P89V51RD為核心，硬件設(shè)計(jì)采用RS 485通信專(zhuān)用器件MAX 485和新型感性負(fù)載專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片ULN2803，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像監(jiān)控系統(tǒng)中多種云臺(tái)以及攝像機(jī)和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)輔助設(shè)備的控制。新型單片機(jī)、專(zhuān)用通信和驅(qū)動(dòng)器件的采用簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。經(jīng)測(cè)試通用云臺(tái)控制器性能穩(wěn)定、兼容性好。

關(guān)鍵詞：通用云臺(tái)控制器；P89V51RD；RS 485；圖像監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1816803

Design and Realization of Universal PTZ Controller Based on P89V51RD

ZHANG Meiqi，HU Guowen，QIU Rongxin，GAO Ju

(College of Electrical Information Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng，224003，China)

Abstract：A universal PTZ controller is designed in detail.The hardware system is implemented using P89V51RD，new inductive load drive chip ULN2803 and communication chip MAX485.Then introducing modularization，software is developed.It realizes the different PTZs，the cameras and auxiliary equipments which can be controlled in image supervisory control system.Adopting new type MCU and the special IC，the hardware system is simplified and the whole performance is increased.Experimental results indicate that the new high quality PTZ controller system is simplicity，stability and compatibility.

Keywords：universal PTZ controller;P89V51RD;RS 485;image supervisory control system

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，圖像監(jiān)控系統(tǒng)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于銀行、交通、商場(chǎng)、智能小區(qū)等場(chǎng)所。為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的性能和降低系統(tǒng)成本，云臺(tái)控制器在一些要求較高的圖像監(jiān)控系統(tǒng)中被廣泛采用。目前，圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的云臺(tái)和控制器通常都采用分開(kāi)設(shè)計(jì)，這是因?yàn)椴糠衷婆_(tái)安裝在室外，工作環(huán)境惡劣，采用分開(kāi)設(shè)計(jì)能夠使整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)成本得到降低。本文采用新型單片機(jī)P89V51RD設(shè)計(jì)一種通用云臺(tái)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)、攝像機(jī)以及圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的部分輔助設(shè)備進(jìn)行控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工作原理

云臺(tái)控制器硬件是以P89V51RD單片機(jī)為核心，主要實(shí)現(xiàn)RS 485通信、波特率設(shè)置、通信協(xié)議設(shè)置，本機(jī)地址設(shè)置、攝像機(jī)控制、云臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制、輔助設(shè)備控制等功能，其硬件構(gòu)成如圖1所示。

云臺(tái)控制器接收監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令，然后根據(jù)控制命令通過(guò)云臺(tái)對(duì)拍攝方向進(jìn)行上、下、左、右運(yùn)動(dòng)控制，或?qū)z像機(jī)的焦距、光圈和景深進(jìn)行調(diào)節(jié)，甚至還可以對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的輔助設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制（如：雨刷，射燈等）。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由P89V51RD單片機(jī)主控模塊、RS 485通信模塊，參數(shù)設(shè)置模塊、控制模塊和系統(tǒng)電源模塊等組成。

2.1 主控模塊

系統(tǒng)采用原Philips公司（現(xiàn)為NXP公司）推出的P89V51RD新型單片機(jī)，該單片機(jī)除了具有80C51單片機(jī)具有的功能和資源外，還集成有64 kB FLASH程序存儲(chǔ)器、1 kB的片內(nèi)RAM等資源，具有在系統(tǒng)編程（In System Programming，ISP）和自調(diào)試功能(SoftICE)。采用這款單片機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中既可以省去價(jià)格不菲的單片機(jī)仿真器和編程器，又可以采用簡(jiǎn)單的接口電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線調(diào)試和編程。

2.2 RS 485通信模塊

由于一個(gè)監(jiān)控中心往往要實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，且監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)的距離都較遠(yuǎn)，因此，云臺(tái)控制器與監(jiān)控中心的通信采用RS 485總線。該總線允許的通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)一千二百多米，每條總線上允許連接設(shè)備最多可達(dá)32個(gè)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)拇跀U(kuò)展，這完全能夠滿(mǎn)足圖像監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的要求。系統(tǒng)采用MAX 485專(zhuān)用芯片進(jìn)行通信模塊設(shè)計(jì)，電路原理圖如圖2所示。

2.3 參數(shù)設(shè)置模塊

參數(shù)控制模塊是用來(lái)設(shè)置云臺(tái)控制器的

設(shè)備地址、通信協(xié)議和通信波特率參數(shù)的，它們由撥碼開(kāi)關(guān)與單片機(jī)的I/O口直接相連?？紤]到設(shè)備地址在通信協(xié)議中占用一個(gè)字節(jié)，因此設(shè)備地址由8個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)組成，可設(shè)置0～255，共256個(gè)地址值；通信協(xié)議設(shè)置是用來(lái)選擇云臺(tái)控制器與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所采用的通信協(xié)議，由于目前云臺(tái)控制器種類(lèi)繁多，不同廠家都制定有互不相同的通信協(xié)議，為了最大限度地提高云臺(tái)控制器的通用性，本系統(tǒng)通過(guò)通信協(xié)議設(shè)置開(kāi)關(guān)可分別選用目前較為流行的4種通信協(xié)議：PELCOD，PELCOP，SAMSUNG和SYYT通信協(xié)議；通信波特率設(shè)置是用來(lái)設(shè)置單片機(jī)與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行串行通信的波特率，考慮到通信距離、通信的可靠性和單片機(jī)波特率的設(shè)置參數(shù)等因素，在此用2個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行4種通信波特率的設(shè)置：1 200 b/s，2 400 b/s，4 800 b/s和

9 600 b/s。

參數(shù)設(shè)置模塊的電路原理圖如圖3所示。

2.4 控制模塊

控制模塊是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)、攝像機(jī)和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的輔助設(shè)備進(jìn)行控制。云臺(tái)、攝像機(jī)和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的輔助設(shè)備的控制都是開(kāi)關(guān)控制，因此控制模塊由繼電器驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。繼電器選用12 V供電線圈的繼電器，驅(qū)動(dòng)電路選用集成8路達(dá)林頓管陣列的ULN2803集成電路。

ULN2803中每個(gè)達(dá)林頓管的最大驅(qū)動(dòng)電壓/電流為50 V/500 mA，且ULN2803的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)TTL電平兼容，這一特性使得該器件廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)控制、工業(yè)控制和消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品中。ULN2803的選用使驅(qū)動(dòng)控制電路的可靠性、穩(wěn)定性和簡(jiǎn)潔性得到極大的提高。系統(tǒng)控制電路原理如圖4所示。

2.5 電源模塊

電源模塊是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)控制器、云臺(tái)和攝像機(jī)進(jìn)行供電?？紤]到云臺(tái)控制器的通用性，電源模塊能夠提供單相交流220 V和24 V供電用于云臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)，直流5 V和12 V的云臺(tái)控制器供電，直流12 V的攝像機(jī)供電和直流6～12 V連續(xù)可調(diào)的攝像機(jī)參數(shù)調(diào)整電壓。單相交流220 V可以直接取自供電系統(tǒng)，單相24 V由雙繞組變壓器中的一組提供。直流5 V和12 V由雙繞組變壓器的15 V繞組全波整流后經(jīng)LM78M05CT和LM78M12CT集成三端穩(wěn)壓器提供。直流6～12 V連續(xù)可調(diào)電壓由15 V繞組全波整流后經(jīng)LM317T構(gòu)成的可調(diào)電壓電路提供。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)軟件可劃分為以下模塊：系統(tǒng)初始化，指令數(shù)據(jù)包接收，指令數(shù)據(jù)包校驗(yàn)和指令控制。為了提高指令數(shù)據(jù)包接收的實(shí)時(shí)性和可靠性，指令數(shù)據(jù)包接收采用中斷方式進(jìn)行。因此系統(tǒng)軟件可分為主程序和中斷程序2大部分。

3.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序的流程圖如圖5所示。

主程序由系統(tǒng)初始化、指令數(shù)據(jù)包校驗(yàn)、設(shè)備地址判斷和指令控制等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)初始化模塊主要是用實(shí)現(xiàn)讀取本機(jī)地址、判斷通信協(xié)議、設(shè)置串行通信的波特率等功能；指令數(shù)據(jù)包校驗(yàn)?zāi)K是根據(jù)通信協(xié)議的規(guī)定算法對(duì)接收到的指令數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)正確性校驗(yàn)，以保證接收到指令的正確性；設(shè)備地址判斷是從指令數(shù)據(jù)包中讀取設(shè)備地址，然后與設(shè)置的本機(jī)地址進(jìn)行比較，如果是本機(jī)地址，則控制指令是發(fā)送給本機(jī)的，執(zhí)行控制指令，否則控制指令不是發(fā)送給本機(jī)的，不執(zhí)行控制指令；指令控制模塊是根據(jù)接收到的指令進(jìn)行相應(yīng)的云臺(tái)、攝像機(jī)或輔助設(shè)備的運(yùn)行或狀態(tài)控制。

3.2 中斷程序設(shè)計(jì)

串口中斷服務(wù)程序是用于完成指令數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)接收，程序流程圖如圖6所示。

單片機(jī)每接收完1個(gè)字節(jié)后執(zhí)行1次串口中斷服務(wù)程序。為了保障數(shù)據(jù)接收過(guò)程不被打斷，在中斷程序中，首先清除串口接收中斷標(biāo)志RI和關(guān)閉系統(tǒng)中斷，然后進(jìn)行指令數(shù)據(jù)包的接收過(guò)程，最后開(kāi)系統(tǒng)中斷，中斷返回。

在指令數(shù)據(jù)包的接收過(guò)程中，從指令數(shù)據(jù)包的起始標(biāo)志（同步字符）開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，指令數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)由指令數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度決定。

4 結(jié) 語(yǔ)

系統(tǒng)以Philips公司推出的新型單片機(jī)P89V51RD為控制核心，分別采用RS 485通信專(zhuān)用器

件MAX 485和ULN2803進(jìn)行RS 485通信和繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，數(shù)據(jù)接收程序采用中斷方式進(jìn)行，提高了數(shù)據(jù)接收的實(shí)時(shí)性和可靠性。經(jīng)過(guò)在某銀行流媒體數(shù)碼監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，該通用云臺(tái)控制器能夠很好地支持4種常用通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了對(duì)市場(chǎng)上多種云臺(tái)的支持，有效地解決了一種云臺(tái)控制器只能夠?qū)崿F(xiàn)一種云臺(tái)控制的問(wèn)題，從而為該類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)云臺(tái)設(shè)備的選用和維護(hù)提供了方便。

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作者簡(jiǎn)介 張美琪 男，1970年出生，陜西潼關(guān)人，講師。研究方向?yàn)檐浖こ?，嵌入式技術(shù)。

胡國(guó)文 男，1957年出生，江蘇泰州人，教授。研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)。