第21 卷第1 期JOURNAL OF HANGZHOU INSTITUTE OF Vol. 21 ,No. 1
2001 年2 月ELECTRONIC ENGINEERING Feb. 2001
闭路监视系统中云台镜头控制的原理及实现
戴 钧,戴国骏
(杭州电子工业学院计算机分院,浙江杭州310037)
收稿日期:2000 - 11 - 22
作者简介:戴钧(1960 - ) ,男,浙江杭州人,讲师,计算机控制.
摘要:本文提出了闭路监视系统中云台及其电动三可变镜头的实用控制方法,详细论述了控制系
统的结构及原理,并给出了一种由89C51 单片机控制的简单易行的云台镜头解码控制电路,在此
控制电路的基础上,对云台/ 镜头的控制策略作了较为详细的论述。
关键词:云台;镜头;控制;单片机
中图分类号:TP23 文献标识码:A 文章编号:1001 - 9146(2001) 01 - 0059 - 05
0 引 言
云台镜头的控制是整个闭路监视系统一个重要组成部分,它接收来自系统控制台发出发的控制命
令,解释并控制云台进行上、下、左、右各方向的行进动作并对镜头进行变焦(ZOOM) 、聚焦(FOUCS) 、光
圈( IRIS) 的控制,控制系统的要求是动作运行准确、可靠。由于云台运行动作的可控性及云台的多样
性,该控制系统设计的好坏直接影响到整个闭路监视系统的可靠性与可操作性等关键指标,是整个闭路
监视系统中的重要部件,由于目前国内采用的云台镜头大多直接进口,有关这方面的文献报道较少,本
文结合作者多年从事监控系统设计的工作体会与经验,提出了一种云台及电动三可变镜头的控制方法,
并着重介绍云台控制与电动镜头控制电路的设计。
云台与镜头解码控制系统主要由通讯电路,云台控制电路和镜头控制电路组成,并由一片单片微机
控制,摄像机电源和云台电源单独由外部供给。这样,不同的摄像机、云台该控制系统都能控制。云台
镜头控制系统见图1 所示。下面结合系统框图着重介绍控制系统中各部分的功能及电路实现。
1 通讯控制和云台控制
图1 中,串行通行口只需接收控制台发给本机(地址相符) 控制云台和镜头的命令,由微机解码后,
分别控制云台或镜头的动作。如果命令出错,则控制云台镜头不动作。如此,可以可靠地保证云台和镜
头的动作正确性。因此,一个具有高可靠性的通信协议十分必要,它不仅需要有检错功能,还需能在失
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图1 云台/ 镜头控制系统原理图
步的情况下能自动同步。这样,系统才能可靠的工作,使云台不会出现误动作和过冲,影响云台的使用
寿命。
由于云台有水平云台,旋转云台和万向云台等多种类型,水平云台和旋转云台的运动速度是恒定
的,只有上、下、左、右四个运行方向,每一方向都有一个限位开头,因而每一方向行程的距离固定,而万
向云台运动速度是可变的,且运动方向是任意,控制比较复杂。在这里主要讨论旋转云台的控制设计方
法。
云台的电源有交流24V 的,也有交流220V 的,不管其供电如何,旋转云台动作有上、下、左、或等四
个基本方向,分别由上、下、左、右4 根相线和1 根公共端共5 根线来控制,每一个动作分别由一根相线
与公共端(COM) 来控制,只要相线与(COM) 端加有电压,就会产生某一方向的动作。以交流220V 云台
为例,其动作见表1 所示:
表1 云台控制线与动作的关系
各相线与COM线的电压关系
UP 线DOWN 线LEFT线RIGHT 线
功 能
220V 0 0 0 云台向上
0 220V 0 0 云台向下
0 0 220V 0 云台向左
0 0 0 220V 云台向右
0 0 0 0 云台不动
从表1 可以看出,云台运动方向的控制很容易用继电器实现,只要每一根相线用一个继电器控制,
而所有的相线的输入接电源的一端,公共端接电源的另一端即可。此外,在每一个继电器加一放电回
路,以防止继电器动作时产生火花,损坏继电器的触点。控制时,应避免多相同时通电,以免操作难以把
握行进方向并对云台造成损坏。在这种控制系统的结构中,由于云台供电是由继电器的控制,所以,无
论是AC24V 云台还是AC220V 云台,系统都能控制。由于普通云台的供电电流都不大,普通继电器都能
满足要求。
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2 万向云台控制和镜头控制
万向云台由于其运动的速度可以变化,且每一方向的行程是不受限制的,控制相对复杂,其运动方
向也是由上、下、左、右四个基本动作组成,速度由操作杆与圆心的距离来决定,这一距离反应出来的是
一电压值,经过A/ D 转换由微机处理控制步进电机的工作频率,以达到不同的速度控制目的。旋转方
位及位置由操作杆与圆心的(X ,Y) 坐标的A/ D 值经计算得到。由于万向云台的驱动采用步进电机,因
此,可以事先将目标位置设定储存在微机中,并可控制云台快速行进到设定位置。这个功能在报警联动
系统中十分有用。
镜头控制主要目的是实现对电动三可变镜头进行变倍近(W) 、变倍远(T) 、光圈变大、光圈变小、调
焦近、调焦远的控制。三可变镜头的工作电压一般在- 12V～ + 12V 的范围内。镜头有4 根控制线,分
别是变倍控制线(ZOOM) 、聚焦控制线(FOUCS) 、光圈控制线( IRIS) 、及1 根公共端(COM) 组成。每一根
控制线与(COM) 端组成一相应功能的控制。在每一控制线分别加不同极性的电压即可实现T/ W、IRIS
+ / IRIS - 、FOUCS + / FOUCS - 的控制。镜头的供电由控制系统内部稳压电源产生,在微机的控制下,输
出控制镜头所需的控制电压。至与摄像机的电源都由外部直接供给,无需控制。镜头控制电路原理见
图2 所示:
图2 三可变电动镜头控制电路图
图2 中控制线IN1、IN2、IN2、IN4 分别由单片机经电平变换输出驱动控制,分别控制ZOOM、FOCUS、
IRIS 和COM端输出信号线的之间的电压关系,信号线IN1 - IN4 之间的逻辑关系与ZOOM、FOCUS、IRIS
输出的电压如表2 所示:
表2 镜头控制线的功能表
控制信号线之间关系镜头控制线输出电压
IN1 IN2 IN3 IN4 ZOOM FOCUS IRIS
功 能
1 0 0 0 + VD 0 0 变焦近
0 1 1 1 - VD 0 0 变焦近
0 1 0 0 0 + VD 0 聚焦近
1 0 1 1 0 - VD 0 聚焦近
0 0 1 0 0 0 + VD 光圈变大
1 1 0 1 0 0 - VD 光圈变小
0 0 0 0 0 0 0 不动作
1 1 1 1 1 1 0 不动作
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从表中2 分析可知,镜头的控制线只有4 根,其中1 根为公共线。在控制镜头时,只能有一个动作,
不然,镜头不易控制。因此,为避免镜头失控,在同一时间中,镜头只能有一个动作。例如:在控制光圈
时,变焦及聚焦应保持不变。只要遵循这一原则,在微机的控制下,控制电路将变得十分简便。
3 编程控制流程
云台/ 镜头的控制主要由单片机通过串行通讯接收从控制台来的命令码,分析并控制云台镜头的动
作,通讯工作在单工方式,只接受来自系统控制台发来的控制云台镜头的命令。因此,为了可靠地执行
控制台的命令,控制台应不断地发出控制命令。云台镜头的控制基本流程如图3 所示:
图3 云台/ 镜头控制流程图
4 结束语
云台/ 镜头控制系统是作者多年从事监控系统设计期间结合实际工作的体会而设计的一套完整系
统。它与其他产品相比,具有简单实用、可靠,性价比高的特点,产品在社会上得到广泛应用,并取得了
良好的经济和社会效益。
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Principle and realization of PAN/ TILT and LENS control system
in closed circuit TV monitor system
DAI jun ,DAI Guo2jun
( The school of Computer , Hangzhou Institute of Electronics
Engineering Hangzhou Zhejiang 310037 , China)
Abstract :This paper introduces a practical control method of PAN/ TILT and LENS in closed circuit TV monitor
system ,makes an detail description of the structure and principal of the control system and at last proposes a kind of
facility PAN/ TILT and LENS controlled circuit using ATMEL’s 89c51 single chop computer and it’s control strate2
gy.
Key words :PAN/ TILT;lens ;Control ;Single chip computer
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