监控系统中电动云台的设计及其方案简绍.docx
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监控系统中电动云台的设计及其方案简绍
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监控系统中电动云台的设计及其方案简绍(总9页)
第10章电动云台和变焦镜头控制
基本驱动电路
串行传送控制信号
单片机解码器
硬件解码器
控制器和解码器的连接
基本驱动电路
在控制室,除了要对视频信号进行切换,在视频信号上叠加地点、日期、时间等附加信息外,还要对摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制。
电动云台通常有水平旋转和俯仰旋转两个电机可以进行正、反向旋转,四个动作分别称为上、下、左、右。
电动云台的电机大部分是交流电机,这种电机有两个绕组,两个绕组有一个公共端,当一个绕组接交流电压时,
另一绕组经移相电容接入交流电压,当交流电压分别从两个绕组接入时,可使电机作正向或反向旋转。
两个电机的公共端接在一起,一共有五根控制线。
变焦镜头通常连接有光圈、聚焦和变倍三个控制电机,可以正、反向旋转。
六个动作分别称为光圈大、光圈小、聚焦远、聚焦近、变倍进、变倍出。
变焦镜头的电机大部分是直流电机,直流电机加正向电压后正转,加反向电压后就会倒转。
三个电机共用一个接地端,共有四根控制线。
在摄像机离控制室比较近的情况下,可用多芯电缆将10个动作的控制电压从控制室传到摄像机处。
图10―1是用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头控制电压的电路图。
在控制室利用琴键开关将交直流电压加到电机的控制线上。
电动云台虚线框内的线路中4个常闭触点是4个限位开关,当云台旋转到压住限位开关后,常闭触点断开,云台不再往该方向旋转。
这种电路使用很多机械开关,因电机启动时的大电流和电机断开时的高反压,开关容易损坏,目前已很少采用这种电路。
在控制器大都采用单片机的情况下,要用锁存的TTL电平去控制云台和镜头。
图10―1用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头控制电压电路图
电动云台的驱动
单片机用锁存器输出的TTL电平来控制电动云台。
通常有继电器驱动和双向可控硅驱动两种方法。
1.继电器驱动
用继电器驱动云台的电路如图10―2所示。
当输入控制信号D3~D0的电平是0001B时,继电器J0吸合,云台向右旋转;当D3~D0的电平是0010B时,继电器J1吸合,云台向左旋转;当D3~D0的电平是0100B时,继电器J2吸合,云台向下旋转;当D3~D0的电平是1000B时,继电器J3吸合,云台向上旋转。
图10―2继电器电动云台驱动电路
常用来驱动云台的继电器有JZC―22FA型。
其体积为××,触点负荷为220V(AC)、3A或28V(DC)、10A,JZC―22FA有005、006、009、012、024等五种规格,其额定电压分别是5V、6V、9V、12V、24V(DC);线圈电阻分别是70Ω、100Ω、220Ω、400Ω、1600Ω;吸合电压分别为4V、、、、;释放电压分别为、、、、。
2.双向可控硅驱动
与继电器相比,可控硅驱动有体积小、重量轻、寿命长、价格低廉等优点。
所以,目前较多的产品是用双向可控硅来控制电动云台的。
图10―3是双向可控硅和电路符号。
面对双向可控硅正面,左边的引脚是主电极MT1或称A1,中间的引脚是主电极MT2或称A2,右边的引脚是控制极G或称门极。
触发信号加在MT2和G两极之间。
图10―3(a)是双向可控硅的常用引脚排列。
比如,BTA06C就是这种排列,也可能会有与此图不同的排列。
初次使用时最好用多用表判别,方法如下:
先找MT2极,多用表置于R×100挡,将黑表笔接任意一个电极,用红表笔碰另外两个电极,如果表针都不动,说明黑表笔接的是MT2极。
剩下两电极间有2~10Ω的正反向电阻差,可用多用表R×10挡或R×1挡来量,电阻小时,接黑表笔的是MT1极,红表笔接的是G极。
因为电阻差很小,要仔细观察才能判别出来。
图10―4是触发电路。
其中,光电耦合器MOC3021是一种双向可控硅输出结构的光电耦合器,用来触发双向可控硅时电路最简单,而且能将单片机系统与可控硅、电机、市电隔离开来,以免电机启动时的感应电动势和火花影响单片机工作。
表10―1是MOTOROLA公司MOC3000系列光电耦合器的主要参数。
图10―3双向可控硅和电路符号(a)引脚排列;(b)电路符号
图10―4双向可控硅触发电路
表10―1MOC3000系列光电耦合器主要参数
对MOC3021,有下列典型值:
·输入端电流II=10~15mA。
·发光管上的电压降U12=~。
·最大输出电流Ip=1A。
·MOC3021的输入端限流电阻R
当MC1413输出V2为低电平时,要求
MOC3021导通,这时
·限流电阻R1用来限制MOC3021的输出电流Ip不要超
过极限值1A。
式中,Up为交流电压峰值,交流电压为220V,波动10%,最高电压有效值为242V,峰值电压为。
因而有
可取R1=360Ω。
·最小触发电压UT:
由于串入电阻R1,使触发电路有一个最小触发电压,低于这个电压时,双向可控硅不导通。
UT按下式计算:
UT=R1×IGT+UGT+UTM
式中:
IGT为双向可控硅最小触发电流;UGT为双向可控硅最小触发电压;UTM为MOC3021输出端压降,典型值,最大值3V。
图10―6是双向可控硅云台控制电路。
图10―6双向可控硅云台控制电路
在选取双向可控硅的电流、电压极限值时,应留有较大的余量。
云台的电压是220V~,电流不超过200mA。
一般取双向可控硅的电流为3~6A,耐压为600~800V。
运算放大器与晶体管驱动与继电器驱动相比,有寿命长,可靠性高和价格便宜等优点。
变焦镜头的驱动
图10―8是用运算放大器与晶体管驱动变焦镜头的实用电路。
图中当输入控制信号D5~D0的电平是100000B时,运算放大器N1输出正电压,晶体管V1导通,电压U+加到光圈电机正端,电机正转,光圈变大;当D5~D0的电平是010000B时,运算放大器N1输出负电压,
晶体管V2导通,电压U-加到光圈电机正端,电机反转,光圈变小;当D5~D0的电平是001000B时,运算放大器N2输出正电压,晶体管V3导通,电压U+加到聚焦电机正端,电机正转,聚焦变远;当D5~D0的电平是000100B时,运算放大器N2输出负电压,晶体管V4导通,电压U-加到聚焦电机正端,电机反转,聚焦变近;
当D5~D0的电平是000010B时,运算放大器N3输出正电压,晶体管V5导通,电压U+加到变倍电机正端,电机正转,变倍变进;当D5~D0的电平是000001B时,运算放大器N3输出负电压,晶体管V6导通,电压U-加到变倍电机正端,电机反转,变倍变出。
当电机旋转太快,不易对镜头进行精细调节时,可以降低U+、U-的幅度,或在输出电压与电机之间串接电阻来使电机转速降低。
图10―8用运算放大器的变焦镜头驱动电路
串行传送控制信号
前面介绍的驱动电路中,变焦镜头的驱动电压有4根控制线,电动云台的驱动电压有5根控制线,再加上摄像机电源控制,雨刷控制等,控制线较多。
当控制器与摄像机距离较远时,浪费大量线材,很多能量也消耗在传输线上,所以常常采用发串行控制信号的办法来节省线材和能量损失。
具体做法是在控制器部分由单片机发出串行的控制信号,
在摄像机附近配置一个接收解码器,对接收到的串行命令进行解码,形成云台和变焦镜头的驱动电压。
这样控制线改为二芯,可以节约线材,电机的驱动电压就地供给,避免了驱动电压长距离传送时的能量损失。
下面介绍串行通讯中的一些基本概念和标准通讯接口。
硬件解码器
在电视系统中,解码器是用得较多的设备,当然是越简单越好。
VD5026、VD5027编解码电路
VD5026、VD5027是一对编码解码芯片,它们的工作电压是2~6V,静态工作电流只有1μA,使用的外接元件少,编码、解码芯片各接一个相同的电阻。
VD5026、VD5027是18脚双列直插电路,图10―27是它们的引脚图。
其中,地址A0~A7可以是高电平
(1)、低电平(0)、开路(高阻)和第4种状态。
第4种状态时,A0不使用,A1~A7若与A0短路即为第4种状态。
当利用这4种状态来决定地址时,最多可以有
47=214=16K=16×1024种地址。
VD5026、VD5027的OSC1、OSC2接电阻R后,芯片的振荡器频率f=1600/R(kHz)(R为kΩ)。
典型值R=80kΩ,f=200kHz。
每个数据位是128个时钟周期,每个字是13位数据,包括8位地址、4位数据、1位校验,一个字的时间是13×128×5μs=,每个字发出之前有一组同步信号的时间相当于3个数据位,是3×128×5μs=。
每一次发送将包括同步信号的字连续发4次,所以总的一次发送的时间是4×+=。
图10―27VD5026和VD5027引脚图
图10―28是VD5026与多个VD5027通讯的示意图。
这里89C51的P0口和P1口完全作锁存器用,右下部两个VD5027的线路与上面的一个VD5027的线路完全一样,只是本机地址设置得不一样。
图10―28VD5026与多个VD5027通讯的示意图
硬件解码器的实用电路
图10―31是一个硬件解码器的实用电路。
这里用2块VD5027,它们的A1~A7由拨动开关来决定本机地址,最多可以有27个地址,有128台解码器。
一块VD5027的A0接高电平,另一块VD5027的A0接低电平,所以地址的最低位决定数据送两块芯片中的哪一块。
第一块VD5027的4位数据供变焦镜头与云台控制用,因为经常规定云台和变焦镜头的10个动作不在同一时刻执行,每次只能一个动作有效,
所以在发送端将10个动作编码为4位数据,在接收端又把4位数据由4-16译码器CD4514译码后去控制变焦镜头和电动云台。
另一块VD5027的4位数据去控制摄像机电源、雨刷等能同时进行的动作,这里用ULN2803去驱动光耦双向可控硅电路,ULN2803是与MC1413(ULN2003)类似的驱动电路。
图10―31硬件解码器的实用电路
输入部分采用RS―485接口芯片75176,所以在控制器发信号的部分,单片机经锁存器给VD5026送地址、数据,VD5026的输出信号通过RS―485接口芯片75172或75174输出。
硬件解码器线路简单,抗干扰性能好,实际的使用效果也证明了这一点。
在解码器没有其他诸如数据采集、计算等附加功能时,用硬件解码器比单片机解码器效果好。
控制器和解码器的连接
两种连接方式
控制器与解码器的连接方式通常有星型和总线型两种方式。
本文采用总线型连接
图10―33控制器和解码器的总线型连接
总线型连接是一个控制信号发送端连接到多个解码器,如图10―33所示。
这时,最好选用较低的串行信号波特率。
最远的一个解码器输入阻抗与线路特性阻抗匹配,其余的各个解码器输入设为高阻。
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- 监控 系统 电动 设计 及其 方案