基于Ｐ８９Ｖ５１ＲＤ的通用云臺控制器設計與實現

摘 要：設計一種通用云臺控制器。系統以新型單片機P89V51RD為核心，硬件設計采用RS 485通信專用器件MAX 485和新型感性負載專用驅動芯片ULN2803，軟件采用模塊化設計思想，實現對圖像監控系統中多種云臺以及攝像機和監控現場輔助設備的控制。新型單片機、專用通信和驅動器件的采用簡化了系統硬件結構、提高了整個系統的性能和可靠性。經測試通用云臺控制器性能穩定、兼容性好。

關鍵詞：通用云臺控制器；P89V51RD；RS 485；圖像監控系統

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：B 文章編號：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

隨著社會的進步和科技的發展，圖像監控系統已越來越廣泛地應用于銀行、交通、商場、智能小區等場所。為了提高監控系統的性能和降低系統成本，云臺控制器在一些要求較高的圖像監控系統中被廣泛采用。目前，圖像監控系統中的云臺和控制器通常都采用分開設計，這是因為部分云臺安裝在室外，工作環境惡劣，采用分開設計能夠使整個系統的維護成本得到降低。本文采用新型單片機P89V51RD設計一種通用云臺控制器，實現對云臺、攝像機以及圖像監控系統中的部分輔助設備進行控制。

1 系統設計及工作原理

云臺控制器硬件是以P89V51RD單片機為核心，主要實現RS 485通信、波特率設置、通信協議設置，本機地址設置、攝像機控制、云臺運動控制、輔助設備控制等功能，其硬件構成如圖1所示。

云臺控制器接收監控中心發送的控制命令，然后根據控制命令通過云臺對拍攝方向進行上、下、左、右運動控制，或對攝像機的焦距、光圈和景深進行調節，甚至還可以對監控現場的輔助設備進行開關控制（如：雨刷，射燈等）。

2 系統硬件設計

系統主要由P89V51RD單片機主控模塊、RS 485通信模塊，參數設置模塊、控制模塊和系統電源模塊等組成。

2.1 主控模塊

系統采用原Philips公司（現為NXP公司）推出的P89V51RD新型單片機，該單片機除了具有80C51單片機具有的功能和資源外，還集成有64 kB FLASH程序存儲器、1 kB的片內RAM等資源，具有在系統編程（In System Programming，ISP）和自調試功能(SoftICE)。采用這款單片機在整個系統開發中既可以省去價格不菲的單片機仿真器和編程器，又可以采用簡單的接口電路實現系統在線調試和編程。

2.2 RS 485通信模塊

由于一個監控中心往往要實現對多個現場進行監控，且監控中心與現場的距離都較遠，因此，云臺控制器與監控中心的通信采用RS 485總線。該總線允許的通信距離最遠可達一千二百多米，每條總線上允許連接設備最多可達32個，經過適當的串口擴展，這完全能夠滿足圖像監控系統對監控節點的要求。系統采用MAX 485專用芯片進行通信模塊設計，電路原理圖如圖2所示。

2.3 參數設置模塊

參數控制模塊是用來設置云臺控制器的

設備地址、通信協議和通信波特率參數的，它們由撥碼開關與單片機的I/O口直接相連。考慮到設備地址在通信協議中占用一個字節，因此設備地址由8個撥碼開關組成，可設置0～255，共256個地址值；通信協議設置是用來選擇云臺控制器與監控中心進行數據通信所采用的通信協議，由于目前云臺控制器種類繁多，不同廠家都制定有互不相同的通信協議，為了最大限度地提高云臺控制器的通用性，本系統通過通信協議設置開關可分別選用目前較為流行的4種通信協議：PELCOD，PELCOP，SAMSUNG和SYYT通信協議；通信波特率設置是用來設置單片機與監控主機進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波特率的設置參數等因素，在此用2個撥碼開關進行4種通信波特率的設置：1 200 b/s，2 400 b/s，4 800 b/s和

9 600 b/s。

參數設置模塊的電路原理圖如圖3所示。

2.4 控制模塊

控制模塊是用于實現對云臺、攝像機和監控現場的輔助設備進行控制。云臺、攝像機和監控現場的輔助設備的控制都是開關控制，因此控制模塊由繼電器驅動電路構成。繼電器選用12 V供電線圈的繼電器，驅動電路選用集成8路達林頓管陣列的ULN2803集成電路。

ULN2803中每個達林頓管的最大驅動電壓/電流為50 V/500 mA，且ULN2803的設計與標準TTL電平兼容，這一特性使得該器件廣泛應用于計算機控制、工業控制和消費類產品中。ULN2803的選用使驅動控制電路的可靠性、穩定性和簡潔性得到極大的提高。系統控制電路原理如圖4所示。

2.5 電源模塊

電源模塊是用于實現對云臺控制器、云臺和攝像機進行供電。考慮到云臺控制器的通用性，電源模塊能夠提供單相交流220 V和24 V供電用于云臺控制驅動，直流5 V和12 V的云臺控制器供電，直流12 V的攝像機供電和直流6～12 V連續可調的攝像機參數調整電壓。單相交流220 V可以直接取自供電系統，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LM78M05CT和LM78M12CT集成三端穩壓器提供。直流6～12 V連續可調電壓由15 V繞組全波整流后經LM317T構成的可調電壓電路提供。

3 系統軟件設計

系統軟件采用模塊化思想進行設計，根據系統功能分析系統軟件可劃分為以下模塊：系統初始化，指令數據包接收，指令數據包校驗和指令控制。為了提高指令數據包接收的實時性和可靠性，指令數據包接收采用中斷方式進行。因此系統軟件可分為主程序和中斷程序2大部分。

3.1 主程序設計

主程序的流程圖如圖5所示。

主程序由系統初始化、指令數據包校驗、設備地址判斷和指令控制等模塊構成。系統初始化模塊主要是用實現讀取本機地址、判斷通信協議、設置串行通信的波特率等功能；指令數據包校驗模塊是根據通信協議的規定算法對接收到的指令數據包進行數據正確性校驗，以保證接收到指令的正確性；設備地址判斷是從指令數據包中讀取設備地址，然后與設置的本機地址進行比較，如果是本機地址，則控制指令是發送給本機的，執行控制指令，否則控制指令不是發送給本機的，不執行控制指令；指令控制模塊是根據接收到的指令進行相應的云臺、攝像機或輔助設備的運行或狀態控制。

3.2 中斷程序設計

串口中斷服務程序是用于完成指令數據包的數據接收，程序流程圖如圖6所示。

單片機每接收完1個字節后執行1次串口中斷服務程序。為了保障數據接收過程不被打斷，在中斷程序中，首先清除串口接收中斷標志RI和關閉系統中斷，然后進行指令數據包的接收過程，最后開系統中斷，中斷返回。

在指令數據包的接收過程中，從指令數據包的起始標志（同步字符）開始進行數據接收，指令數據個數由指令數據包長度決定。

4 結 語

系統以Philips公司推出的新型單片機P89V51RD為控制核心，分別采用RS 485通信專用器

件MAX 485和ULN2803進行RS 485通信和繼電器驅動電路設計，硬件結構簡單、可靠性高。軟件采用模塊化設計思想，數據接收程序采用中斷方式進行，提高了數據接收的實時性和可靠性。經過在某銀行流媒體數碼監控系統中的實際應用測試，該通用云臺控制器能夠很好地支持4種常用通信協議，實現了對市場上多種云臺的支持，有效地解決了一種云臺控制器只能夠實現一種云臺控制的問題，從而為該類監控系統云臺設備的選用和維護提供了方便。

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作者簡介 張美琪 男，1970年出生，陜西潼關人，講師。研究方向為軟件工程，嵌入式技術。

胡國文 男，1957年出生，江蘇泰州人，教授。研究方向為電力電子技術。