一种带预置存储功能的防爆电动云台镜头步进串行控制器设计

    1 引言

    为扩大重要场所的监控范围，越来越多的监控场所都将摄像机安装在云台上，控制云台的垂直和水平运动，从而带动摄像机调整到合适的监控位置，同时还能控制调整摄像机的变焦，变倍，光圈等参数。系统能够接收控制台的控制命令，控制云台的垂直运动和水平运动，以及摄像机的聚焦/散焦，变倍近/远、光圈变大/小，以调整摄像机的视野。同时还能预置存储当前摄像机的位置参数，以备下次调用。系统可预置调用多达 255 个预置位。

    2 系统功能及硬件组成原理

    步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或转速的精密执行元件，其转速只与脉冲频率成正比，在负载能力范围内这些因素不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化[1]。鉴于步进电机具有结构简单，定位准确，无累积误差，低速条件下仍能获得大转矩等特点，使得系统采用步进电机来控制变得非常简单。云台／镜头控制系统原理图，如图 1 所示。

    系统上电复位，寻找初始位置，采集地址协议波特率选择开关设定值，初始化相关的参数，控制台发出RS485 控制信号，经过通讯接口单元，送进单片机，单片机解码控制信号，进行相关的动作，调整云台和镜头到合适位置，或者预置调用当前位置（云台与控制台之间的通讯设置必须保持一致才能进行通讯）。

    2.1 单片机选择

    AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，256 字节RAM，32 位 I/O 口线，两个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器，允许程序存储器在系统可编程，自带一个看门狗定时器。

    2.2 通讯接口电路

    系统与控制台之间的通信采用 RS485 串行通讯协议，RS485串行总线接口标准以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰能力。控制台发出控制命令，单片机通过由接口芯片MAX487 组成的通讯电路接收此命令。

    2.3 地址协议波特率选择开关

    系统电路板上有一组 8 位拨码开关用来设置该系统的地址码，通讯协议和波特率，拨码开关拨到“ON”的位置表示“1”，拨到“OFF”的位置表示“0”。第八位（最高位）置 0 表示采用 PELCO—D 协议，置 1 表示采用 PELCO—P 协议。第七位六位为波特率设置，波特率选用1200，则设置00，选用2400则设置01，选用4800则设置10，选用9600则设置11，其余5位表示地址码，一共可设置32 个地址。拨码开关设定完成后系统必须重新上电，其设置才能生效。

    2.4 镜头控制    对镜头的控制包括光圈大小、焦距远近和变焦大小控制。变焦镜头有光圈、聚焦、变倍三个直流电机，三个电机有一个公共接地端，在非公共端加正、负电压时电机正反旋转。单片机发出的镜头控制信号对镜头直流电机的正、反向电压进行控制，即可实现对镜头的控制[2]。其电路，如图2所示。