（系统工程专业论文）一体化球型摄像机控制系统的设计及实现.pdf

南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 ab s t f a c t s p e e d d o m e c amer a i s a k i n d o f i nteg r at e d d e vi c e s i n s upe rv i s o ryc o n t ro l s ys t em， whi c h i s a c o mbi n at i o n o f anal o g v i d e o c ap tu re ， p an/t i l t h e ada d d l 即 s c o l l ti .o l and c o m mu n i c atio n . a s a n e wp r o d u c 玄 。 f s 叩e r v i s o r y c o 幻 t 0 1 5 邓 t e m ， i t s y n c re ti ze s so m e fu n c 石 o n s ， re du c i n g the c o nne ct i o n o f the p ars i nsys t e mt ot he m aximu me x t e n t . t h e m a l o r t a sks o f t ll e the s i s ar e h ar d 认 ra r es y s t e m d e s i g n and s o n w ar es y s 1 e l 1 1d e s i gn o fc o ntro 1s y s t emand c o mmun i c atio n s y st e mo f l 五 ghs p e e d d o me c ame r a 、 、 l h l chh i t s th e m a r k e t ， i n c l u di n g : . d e t e rnu n e the fi u 1 ct i o no f th i s s p e e d d o me c am e r a andi t s t e c hni c alp ar am e t e r s ， acco r d i n g tot her e q u e s t fromc u s to 岭 ， and t h 即e s t a b l i s h the o ver al l d e s i 助 o f thes y s t e l l l ; . d e s i gn th eh ar d 、 v ar e s 仃 u c tu r e姐 d s c h e m at i cw i ri n gd i a g r am b a s e do n t o p 一 t o 一 b o tt o mme tho dand d i ffer e ntfu1 l c t j o n s o f t h i s s p e e d d o me c am e r a ; . c o m p l e t e s o ft 、 、 ra r e d e s i g n and d e b u g g i n g w o rko n mo d u l ara p l r o a c h ， o n t h e b a s i s o f c i r c 习 l t s y s t e l n . thi ss p e e dd o m ec am e ra e njo y stheb e s tp r i c ev c r s u sp e rfo rma n c er a t 1 o ，w it lthe c h 翻ct e ri s t i c o f a e s the t i c app e arance ， c o n v e n i e ntu s e and m u h i p l e 加 刀 ct i o n s and b e c o m e s m a i n s tream item s i n s up俐 i s o ryc o l l t l l s y s t e m. a ft e r te s t ， t h e s y s t e mh a s i m p l e m ent e d the e xpe c t e d 九 n c t i on a l l d t e c 俪 c alp ar ame t e r s h av e a c 11 i e v e d th e des i re d r e s u l t . f in a l l 苏 th e th e s i s ana l y z e s t h e d eve l 叩ment a l t e n d e n c y o f s p e e d d o m ec axn e r a i nb r i e f and p r e s ent s th e p r o s p e ctin g o f fo ri h e r res e ar c h - k e y v 叭 l r d s : s p e e d d o m e c ame r a ， s t e p p i n g m o t o r， c h ar ac t e r s u p e r i mpo s i ti o n ， 八 t ll l e g a l 2 8 声明 本学位论文是我在导师的 指导下取得的研究成果，尽我 所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的 部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已 在论文中 作了明 确的说明。 研 究 生 签 名 : 魏 希布、7 司月 。 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档， 可以 借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内 容，可以向 有关部门或机构送 交并授权其保存、 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内 容。 对 于保 密论文， 按保密的 有关 规定和程序处理。 研 究 生 签 、 : 舰 午 啼_ 州争 年 神少 日 南京理工大学硕士论文 一休化球型摄像机控制系统的设计及实现 1绪论 1 . 1本论文 研究背景和 意义 随 着经济的高 速发 展， 城市建设速度的不断加快， 城市人口的不断 集中， 引 发了 交 通、社会治安、重点 区域防范 等城市管理 难题。 在我 们的日 常生活中， 每一天都在发生着无数的犯罪和恐怖案件， 即 使在世界和 平 持续了 半个多世纪的 今天也不例外。 2 0 01年发生在美国 的 “ 9 . 1 1 ” 事件造成数干 人的 死伤， 震惊全球. 此后虽然各国 都加强安全防范， 但是恐怖事件 仍然接二连三。 2004 年9 月9日 ， 澳大 利亚驻印尼大使馆外突然发生爆炸， 近200 人 在爆炸中 伤亡， 伤者中包括4 名中国人.当 人们对韩国 地铁纵火案还记忆犹新时， 2004 年2 月6日 又发生了 莫斯科地铁爆 炸案件。 各种恐怖事件的发生给世界安全蒙上了 一层阴影川 。 同时我们日 常生活当中的 各种犯罪 现象更是数不胜数， 我们不得不时 刻苦惕， 防 止被 窃 被盗被抢 被蒙骗。 这些是在良 好的社会秩序下不应该出 现的不良 现象， 在出现了这 些 现象之后， 及时 有效的处理是非常重要的， 但是更重要的 是制定 行之有效的防范措 施， 建立高 效的 视频监控系统 ( 又称闭 路监控系统c c t v ) ， 在这些不良 现象出 现之 前或者出 现初期， 就予以 防范和制止。 只有这样， 才能更加有效 地减少 社会的 犯罪率， 保障人们的生活安全。 通过视频监控系统 不仅可以发 现火灾隐患， 还能发现其它暴力或破坏行为、 记录 逃票行为， 便于公安安全等相关部门 及时采取制止和 劝阻措施， 一旦发生 破坏造 成严 重后果， 视频监控的 录像信息也可以 作为事后处理的证据。因此在英国 有多达 2 50 万套的闭 路电视监控系 统， 据说平均每一位伦敦市民每天要被拍摄3 00次之多。 可见， 有效合理周密的监控系 统能 够大大 提高 社会治安的效率， 减少犯罪现象、 避免社 会治 安的混乱13 。 大多数国 家都非常重视视频监控设施的建立， 而且在人们的日常生活中， 特别是在许多重大活动中，视频监控设施发挥了巨大的作用。 为了 满足人们对快捷的视频监控需求，美国的一家 c c t v制造商成功开发出 s p e e d d o m ec a 侧 e r a 。 从这个外来词汇的 直观翻译来看， 有人 把它叫 做一体 化球 型 摄 像 机 ， 也 有人 把 它叫 做 高 速 球 型 摄 像 机， 还 有 人 称它 为 快球 1均 。 不 论 它 最标 准的 名称是什么， 所要关注的 是它是否 真正 地能够为人们日 常的 生活带 来稳定、 高 速、 智 能的享受. 1 ， 2国内 外研究现状 一体化球型摄像机刚开始面世时， 用户对其价格望而 止步。 然而， 随 着其技 术品 质的不断 成熟，价格也由刚刚面世时的5 、6 万 ( 人民币)降到现 在的 几千元至2 万 元不等; 同 时， 随 着一体化球型摄像机的 技术工艺日 趋完善， 各层次 定位的 产品 相继 绪论硕 士 论 文 问世，可供用户选择的市场空间越来越大。 现在， 一 体化球型 摄像机凭 借各项优越的指 标， 在各种 监控设施中 独占 鳌头， 并 且凭借其自 身的 优势 逐渐获 得了青睐.由于其外 形美观、无 压迫感、 且不易被察觉、 安装方 便等众多 特点， 因 此具有无可比 拟的 优势。 在价格上， 它的综合成本随着技术 的不断进步而逐 渐降 低， 为下一步在监控系统的 大量应用提供了有利条 件: 在系统集 成上， 它最大限 度地减少了 在系统 搭建中 连接部 分出现问题的 几率: 在使用上， 其 人 性化的功能设 计， 快速的安 装方式 便于安 装者使 用维护，因 此倍受用户的青睐。 一 体化球 型摄像机都配 有大 倍率的光学变焦 镜头， 水平分辨 率较高， 内置高转 速 云台， 可以快 速、 准确地实 现定 位监视，另外一 体化球型 摄像机一般还带有 预置点， 有花样 扫描、自 动巡 航等功能，内 置解码器能够支持多种控制功 能， 无 盲点 监视; 能 自 动适 应环境明暗 和远近目 标的变 化; 可 靠性高， 可长期 稳定运行， 可以 更好地实 现 视频监 控等诸多 特殊要求19 。 一体化球型摄像机 己经被广泛应用于需要随时调整监控角度的场所，如政府项 目 、 高档次高 层大楼，以 及商场、 学校、酒 店、 宾馆大堂等， 另外还有专门 适合医 院 手术室等对环 境要求 较高 场所的防 尘型以 及低温、 电 机无火花的防爆型 产品 11 21 。 其他 专业用一体化 摄像机，如军 用、航空 等，因为用 途不同， 相应具有不同的 特殊功能， 如防高压、 防 腐蚀、 防 震动等。 可以 做到良 好的防 水功能 也是一体 化摄像 机的 特色之 一， 一 体化摄 像机室外型都具有防 水功能， 而传统摄像机需和云台、 防护 罩配合使用 才可以达到防水的功能。 许多国际 知名品 牌的 一体化球型摄像机陆 续登陆中国， 他们同 早先进入中国 的品 牌 ( 如 p e lco 、 a d 、p anas 。 川 c 等) 组成了阵 容强大的 海外兵团，凭 借在视频监控 领域几十年的生产经验、宜传和产品优良的性能， 在中国 市场有相当的影响力。 p ecl o公司的 产品在市场上最具有代表性。 从北京的天安门 广场、 青岛 交通监控系 统， 到 广州白 云机场监控， 从中国的 各大银行、 重点 大学到目 前各地区正 在如火如茶 进行的 “ 平安城市”建设项目 ，p e l c o的身影几乎遍布中国16 。除此之外，在中国 市 场 上占 有 较 大 份 额的 国 外 公司 主 要 有， b a x a l l ( 贝 克 尔) ， n tk( 洛 泰 彭， 划atel ( 卡拉 特) 、y 画1 ( 亚安) 、 p aj 拍 5 0 血 ( 松下) 、三星等。但同 时他们也存在订货和售 后维护时间长、 系统兼容性能差、 价格过高等多 项弱点， 并且 不支持汉字的屏 幕显示. 虽然国产 球机从知名度上讲与进口品 牌有一定差距， 各品 牌之间的 质量也因 研发 深度的不同而 参差不齐， 但是， 在激烈的 市场竞争中也出现了 中国自 己 的名牌 产品， 他们在产品品质、 功能、 稳定性等多方面都有了 可喜的 提高， 在系统的兼 容性、 性价 比 和维护上则 超过了 进口 产品， 因此被业界广泛肯 定， 而且 在市场份额上也 有不断的 提升。 南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 过程中遇到的难点问题做了重点分析。 最后， 结合已 经完 成的产品， 进一步了 解市场需求和发展趋势， 对一体化球型摄 像机的发展做进一步探索和展望。 南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 2一体化球型摄像机特点和分析 2 ， 1 一体化球型摄像机的 主要功能 这款一体化球型 摄像机需要完成以 下功能: . 更换机芯后原 功能 设置继续有效; . 自 动运行功能; . 8 段定时功能: . 220 个预置点随 意存储， 并支持自 动巡航功能， 4 条巡航路径， 每条巡航路径 可存储 32个预 置点; . 4 条巡航扫描路 径: . 4 条模式扫描路 径: . 4 条左右扫描路 径; . 8 个区 域指示; . 8 个隐 私保护区 域: . 内 置方向指示 功能: . 支持 r s485，同 轴视控，m a n c h e s t e r及 bl一 p l l a s e总线接口，兼容 p e l c o 一 p 、p e l c o 一、k a 工 八 t e l 、s a ms i 刃 阿 g 、s a e 、v c l等协议; . 8 个隐 私保护区 域: . 标题信息可定时消隐 ( 除球机标题外关 . 定时彩色/ 黑白转换; . 通信和视频端口可达到 400 0v 防雷要求; . 精密电 机驱 动， 运转平稳、反应灵敏，定位准确; . 机械驱动装置支持水平 3600 连续旋转，无监视盲区; . 每秒0. 1 “ 慢速旋转，图 像不抖动; . 垂直方向自 动翻转功能; . 内置一体化数字处理彩色摄像机， 具有自 动聚焦、自 动背光补 偿、自 动 亮度 控制、自 动白 平衡及自 动彩色/ 黑白 转换功能: . 全中文菜单， 支持中文拼音输入法，可编辑球机标题、预置点 标题、 左右扫 描标题等; . 具有菜单密码保 护功能: . 可通过屏幕菜单 设置、 演示、 运行、 删除以 下各项功能: 预置点、 巡航路径、 模式扫描、左右扫描、区域指示、隐私保护区域等。 一体化球型摄像机特点和分析 硕士论文 2 . 2一体化球型 摄像机主要功能 介绍 这款一体 化球型摄像机增加了菜单功能， 用户能够在进 行系统设置的同时从 屏幕 画面上看到设 置结果， 使系统操作更加人 性化。 在系统设置时， 用户主要 对以下 儿个 功能进行设置: . 系统信息 系统信息 设置包括球机的地址、标题、 系统时间以 及密 码等的设 置。 . 球机地址 通过拨 码开关设置球机 地址， 范围 是0 2 55。当 地 址范围 大于2 55 时， 使用 软地址模式 扩展球机地址，范围是1 一 9 9 99。 . 球机标题 标题可以由中文、英文和数字组成。 . 系统时间 设置当前 时间，并由 此开始计时，时间 将显示在屏 幕上。 . 镜头参数设置 镜头参数设置 包括对镜头拉伸速度、 数字变 焦、光圈、 摇杆以 及黑白 / 彩色转换 时间的设置。 . 一体机参数设置 在这个菜单 选项里可以设置一体机的曝光 模式、 白 平衡模式、 背光补偿模式和最 小聚焦距离。 . 曝光模式 根据参数表，选择曝光模式与 “ 快门” 、 “ 光圈”还是 “ 增益”有关。 . 白平衡模式 可设置为自 动或者手动。 设置为自 动时，根据环 境和被摄物体光线的 变化， 自 动调节呈现画面的颜色。设置为手 动时， 可以 调整图 象的红增益和蓝增益，从 而调整图象的颜色基调。 . 背光补偿模式 可以打开或关闭，在对光线有特殊要求的场合才会启用此功能。 . 云台 参数 设置 在云台 参数里设置正北方向， 以设定的 方向 为正北方向， 作为 水平旋转参考的基 础， 通过屏幕 可以 了解当 前镜头偏离基准位置的 角度。 . 自 动运行设 置 . 预置点 所谓预 置点是指将当 前状态 下云台的 水平、倾斜角 度和一体机镜头焦距、 光 圈 等参数存 储到球机的存 储器中，用户 通过选择需要观 察的位置确定 预置点 ，并 l 0 南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 将其信息保存。在需要调用时可以快速调用这些参数，从而将云台和一体机移动 到相应的位置。 本球机最多可以 存储220 个预置点，并且可以设定中文标题。 . 巡航扫描 巡航扫描是指将已 经设置好的预置点按照需要的 顺序加入到一个队列中 ，然 后通过一 个指令可以 让球机按照设定的预置点顺序往复不停的运动。该球机有 4 条巡航扫描路径， 每条路径不超过犯个预置点。 . 模式扫描 模式功能是用户启 动模式录制功能后，球机能够连续记录用户在某一段时间 内 对球 机转动及镜头 操作的运 行轨迹， 通过操作命令可以 将录下的操作过程自 动 循环的回 放。该 球机有4 条 模式扫描路径。 令 左右扫描 自 动扫描是指预 先设定 左限 位和右限 位，可以 实现一体机在左右限位之间以 设定的 速度水平自 动来回 扫描。 该球机有4 条左右扫描路径。 . 自 动扫描 自 动运行功能是 使用者 在一段时间 ( 时间可自由 设置)内 没有操作时， 球型 摄像机能自 动回到 使用者预先设置的 某一个重要的 预置位( 即通常所说的看守 位) 或执行 某一 预先设定的 功能， 如自 动扫描、花样扫描或自 动巡航等。 . 自 动翻转 操作者将球型 摄像机的 镜头操作到底 部 ( 垂直)时，球机的镜头会自 动翻转 18 00，并随即向 上转，可直接观看到背面的 景物， 从而实现纵向18 00的 全程连续 监视。 . 定时运行设置 用户在指定的时间 段内 完成预先设定的功能，这些功能包括预置点、巡航扫描、 模式扫描及左右扫描等。 用户可以 设置完成这些功能的开始时间和结束时间。 . 隐 私保护设置 在此可以 在被监视的区域内 选择任何 位置设置隐私 保护， 为每一个选择的位 置设 置一个隐 私保护区 域号， 最多可以 设置8 个隐私保护块。 每个隐私保护区 域由 用户设 定其大小， 并可以 设置其激 活或 删除。 . 报鳌设置 报普设置主要实行 报普防区 及其动态 侦测功能。 主要有7 路报普输入设置、 2 路 报警输出 设置以 及报普 联动。 . 报警输入 一体化球型摄像机特点和分析硕士论文 即报警输入通道选择，共7 个报替输入通道。 可以 改变需要设置的通道，改 变后，系统将自 动刷新相关设置。 今 报警输出 即报警输出通道选择，用来设定当前通道报普后，是否联动报警输出的继电 器.可以设置为关闭、其中 1 路输出或2路同时输出。 今 报警联动 用来设定当 前通道报警后，是否联动一 些预先设置的 特殊功能，如 1 一 2 20 号预置点、4条模式扫描、4 条左右扫描和4条自动扫描等。 2 . 3一体化球型摄像机的 技术指标 该款一体化 球型 摄像 机完 成上述主要功能时，需 要达到 下面所列的 技术指标: . 电源:a c 2 4 士 4 v，50h z : . 耗电量:室内球巧 w，室外球55 w; . 解码器:内置; . 电机:步 进电机; . 预置点:220 个 ( 可设置标题) ; . 预置点精 度: 幼. 1 。; . 报警输入/ 输出:输入 7 条，输入 2 条; . 焦距速度 自 动控制:控制速度根据焦距的长短 自 动调节; . 自 动翻转 功能: 垂直90。到 底时可自 动翻转; . 调用预置位最大速度: 4 0 00 /s; . 水 平 手 动 旋 转 速 度: 。 .1 一 1 6 00 /s ; . 水 平旋转范围: 3 6 00 连续旋转: . 垂 直手动旋转速度: 。 . 1 。 一1600 /s; . 垂直旋转范围:垂直 9 00 ，带自动翻转: . 控制方 式: rs4 85总线，同轴视控、bi 一 p l l a s e ; . 通信波特率: 2400/480 0 /9 600 / 1 9 200 b p s ; . 环境温度:室内球 一10+50，室外球 一4 0 +60: 南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 3一体化球型摄像机控制系统硬件和软件总体设计 3 . 1 一体化球型 摄像机设计原则 可扩展性: 由 于用户以 后的 需求会不断 增多， 存储的 数据会不断增多， 本次设计 需要充分考虑系统扩展是否方便。 可用性和可靠性: 方案在充分考虑用户实际情况的基础上， 选择性能可靠的元器 件，减少其他因素造成故障的可能性。 易用性: 功能设置人性化， 菜单界面操作简单， 对照说明书能够熟练设置和 操作 一体化球型摄像机。 3 . 2硬件结构 3 . 2 . 1硬件总体结构 系统功能、 特征和技术参数决定了 系统硬件的组成。 这 款一体 化球型摄像机的硬 件部分主要包括:控制键盘通信模块，视频字符叠加模块， 一体机控制模块，电机控 制 ( 水平和垂直) 模块， 报警输入输出 模块。 键盘通 信模块 通过中央 控制单元实 现对 各个模块的具体控制。系统硬件总体结构如图3 . 1 所示。 图3. 1系统硬件总体结构图 这些模块的 功能 控制和实现主要是通过 单片机来完成的。 所以 如 何充分利用单片 机资 源以 及这些模块如何和单片机通信是需要解决的首要问题。 图3 .2 所示为系统模 块通讯示意图。 一体化球型摄像机控钊系统硬件和软件总体设计硕士论文 杆帆如蜘 图3 .2系统模块 通讯示惫图 主 单片 机选型需要考虑以下几点: 1) 由 于系统具有字 符叠加功能， 对实时性的 要 求非常高， 所以 在设计时需要使用频率较高的单片 机; 2) 该单片 机需要有 两个u a r i ， 通讯端口， 完成和一体化摄像机以 及控制键盘通信: 3) 单片 机必须同时具 有丰富的 可 扩展 r a m的1/ 0口; 4) 单片机需自 带的定时器大于3 个， 其中两 个用于 步进电 机的 加、 减速控制 :5) 分 析系 统控制步进电 机，字 符叠 加芯片， 外扩 存储器 和其他器件， 如传感器， 热 敏电阻 等需要的1/ 0资源， 可确定单片 机大 概需要的引脚数; 6) 单片机 的 价格， 价格因 素在产品的设计中是同 样重要的， 影响 着产品 在行业中 的 竞争力。 经 过反复挑选和比 较， 最后选用a t m e ga1 28单片 机。 该 单片机工作 频率达1 6 m h z ， 带 有 128 k的r as h 和4k 的e e p r o m， 最多外扩64k的r a m。 从单片机 选用p lcl 任73。 p lc系列单片机具有高速度、 低电压、 低功耗等特点 ， 体现了 现在单片 机产业的新趋势， 使用非常 广泛。 该单片机 满足了 报替输 入输出 需要 的 1/ 0个数，且性价比高。 主、 从单片机分 别在两 块电路板上。 八 t m e g al 28 所在的电 路板控制系统的视频 字符叠加模块， 控制 键盘通信模块， 一体机控制模块， 电 机控 制 ( 水平和垂直) 模块。 p lc1 6 f 7 3 所在的电路板控制报替输入输出模块。 3 . 2 . 2硬件 系统资源 分配 根据各 个模块 和单片机之间的 通信情况和各个模块 对系统资 源的需 求， 可以 对主 单片 机的资 源做如图3. 3 所示的资源分配图。 l 4 南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 裂 果 案 i 冉3 97 9 ! ，八 9 为 器 益 1一卜 视预伯 号钧入 鄂 薰 牌一 “ l 界 甲 -.- 卜 一竺- 卜 一 体机，月 门 夕 用 抽 cu 日丫念 钻 . 弃几 舰 二 洲 ， 翻旧 沉以刀 ， 月 口犷月 ， 力. 口钾 口口 图3. 3系统资源分配图 根据以 上分析完成对单片 机引脚的具体分配， 同时考虑到器件外围 模块的电 路设 计画出系 统电 路图，如附录a所示。加工 焊接完的电路板实物图 如附录b 所示。 3 . 2 . 3电路 板连接 该系 统的 实现主要通过三块电路板完成，一是电 源板 ( 输出sv、12v电 压供控 制 板使用 和处理报警功能) ， 二是控制板 ( 实现球机的主要控制功能) ， 三是拨码开关 板 ( 设置 控制键盘通信协议、波特率和球机地址) 。 控制板是本次设计开发的主要内 容， 在该 板中 完成系统的各项主 要功能，实 现一体化球型摄像机的控制。 这三块 板相互之间的连接以 及它们和垂直和水平电机之间的连接主要通过接插 键完成， 具体如图3 .4所示。电 路板连接实物图如附 录 c 所示。 一体化球型摄像机控制系统硬件和软件总体设计硕士论文 红 色和抓色相 连 图3 .4 各电路板连接示惫图 3 . 3系 统软件总体设计思路 图3. 5 所示为软 件系统各 模块总体关系图。 首先， 在系 统上电后 完成系统的 初始 化 ( 初 始化模块) ，为系统的正常 工作做 好准备。初始化工作完 成后进入软件系 统最 1 6 南京理工大学硕士论文 一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 核心的 模块 协议转换模块， 通过该模块识别控制键盘预期的 操作对象， 从而 系统 可以 执行各模块的功 能， 这些 模块包括电 机控制模块、 一 体机通信模块、 视频字 符叠 加模块、实时时钟模块和数据 存储模块。 图3. 5软件系统模块关系图 总体操作流程图 如图3. 6 所示。 通过该图可以 看出系 统的 执行流 程， 从系统上电 初始化到响应用户发出的操作指令完成该指令。 系统初始化工作包 括读取球机地址、 控制键盘协议、 串口 初始化、 各端口 初始化、 定时器初始化、 读取一体机通信协议 等。 控制键盘协议主要包括p e l c o 一、 p elc o 一 s a m s u n g 、 a 工 e c 、 k 冉 工 a i e l等。 这些协议将在下一章中详细介绍.一体机协议 包括s o n y 协议和hit a c hi协议， 也将在下一章中详细介绍。 初始化准备工作完成后 等待控制键盘命令， 如果有命 令则进 入中断 处理。 在 控制 键盘命令接收完成后， 进入软件设计 最核心的部分， 把从控制键盘接收到的数据 转化 为自 己 待处 理的信息 包。 从控制键盘 接收到的数据可以 是对一体机本身的 控制， 也可 以 是对一体机运动的 控制， 即水平和垂 直步进电 机的控制。 在对一体机本身的控制时， 需要将从键盘接收的 数据格式 转化为由 单片机和一体机之间 通讯的 数据格式: 在 对一 体机运动的 控制时， 需要识别 用户指令，向电 机发送运动控制命令。 系统处理完 指令 后再次 进入等待状态， 等待新的 指令到来。 一体化球型摄像机控制系统硬件和软件总体设计 硕士论文 图3. 6系统总体操作流程图 3 ， 4软件开发工具介绍 本次软件设计使用的 开发工具是icc a v r和a v rs to d l o ， 用c语言 在icc 声 夕 r 中 编写程序，生成* .cof 文件， 然后在a v rs tu d i o 调试运 行。 3 . 4 . i i c c a v r编译器简 介 c语言目 前已 经成为设 计嵌入式系统的标准 语言， 它既 有普通高级语言的结 构化 编程、 可 读性好、 便于维护的特点， 又具有汇编等低级语言 对硬 件方位的方便、 代码 效率高的 特点， 为此十分 适用于嵌入式 系统的 程序设计。 因此， 在对 户 t 功 e g al 28 编译器的选择时， 考虑到时 间 上的 局限以 及开发的方 便 性等问题， 最终选择了加a g e c r a ft的icc a v r 工具。 icc a v r是 美国l m a g e cr aft 公司 推出的 一种c 编译器， 主要 用于a j m e l公司 的 l 8 南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 . 数据 1 表示 镜头左 右平移的 速度， 数值从$ 00 ( 停止) 到$3f( 高速) ，另外 还有一个值是 $ ff， 表示最高 速; . 数据 2 表示 镜头上 下移动的 速度， 数值从$ 00 ( 停止) 到$3f( 高速) ，另外 还有一个值是$ ff， 表示最高 速; . 数据2 表示镜头上下 移动的 速度， 数值从$ 00 ( 停止)到$3f( 最高 速) ; . 校 验 码 是 指b yt e z 到b yt e 6 这5 个 数的 和 ( 若 超过2 55则 除 以2 56然 后 取 余 ) 。 b .p e l c o 一协议 . 指令格式 令 数据格式:1 位起始位，8 位数 据位， 1 位停止位，无校验位 今 波 特 率: 24 0 0 /4 8 0 0 / 9 6 0 0 如 5 .命令格式 b 声 v 日” e f unc l i o n l$ 人05 1 ，x ( 日 切 战七 出 ” . 曲s in n) 2 $ 0 0to$ i f ad dre ss 3 d创 比bytel ( s e e 比l o w) 4 data b yt e z(s e e b e l o w) 5 d a t a b yt e 3( s eeb e 10 w ) 6 d at a b yt e 4(s eebelo w) 7$ 八f e 狱 ( 叨d 勺 即 ” 创比i o n ) 8 $00 一 $ f f cb e c k s u 幻 口 所有的值都是用的 16进制表示。 . 同 步字节始终为f f h ; . 停止码是固定 值$ a f ; . 地址码为 摄像 机的逻 辑地址号， 地址范围 是o ohi f h ; 令 校 验 码 是b yt e z 到b yte6 这5 个数 的 异 或 值 以o r)。 数据 1 到4的意义如下: bitn l j l 】 悦 r focusfar。 focus腼pan卿 iris蜘pan城 .close狱up camere妙riltdown 洋 昌 带 一体化球型摄像机控制系统各模块设计和功能实现硕士论文 da l a3 p ans pee d $0o tos 3 f and $4o for t u r b o da ta 4 肠lts p e e d $ 0 0 to$ 3 f 4 . 2 . 2 . z s a ms t 】 n g协议 s a m s u n g 协 议 是由s a m s u n g 公 司 制 定 的 控制 键盘 协 议 591， 同 样 是 广 泛 使 用 的 一款协议， 协议的具体内 容如下介绍. .指令格式 . 数据格式:8 位数据位，1 位停止 位， 无校验位 令 波 特 率 : 4 5 0 0 / 9 6 0 0 / 1 9 2 00 / 3 8 4 o o b p s .命令格式 g b yte f i x ed b扒elbyte 3d 扒e48b 尹eg 5 加 时 co d e ao h( 1 ) b y l刃 2 s e n d c r ad d 叹1 ) t arg e t ad 州 1 ) c o n ” 刀 and ( 5 ) c h e c ks 切 口 ( 1 ) . 命令码格式 d a l a b 叨 e仰p e co n t e n tsr e 川 时k s b yte l 5 切 rt c o dea o h d ata p a c k ets 团 i n g p o int b 刃e z s e 幻 d e r ad 由 s e n d e r a d d “ 笼 5 * 5 翻 口 s u n g we b t x : f e h b 到e3t ar g e 1 a d 山t arg o t 时d r e s s b y te4 co 兹 口 山 川 d * c 别 叮 . r a a dj us七 刀 e o t : o o h 任朗句 卿u se伽ily) p 翻/ t i 】 t c o m 加 . 记: o i h 5 外t e mc o m吐 脸 口 d : 03h b 叭e s b 州e 6 b y 妞7 b yt e s b 刃 e g c h e c ks i 】 d l sb 申 。 f ( f f f fh 一 ( s um fr om b 刃e z tob yt es 一体机水平 / 垂 直指令 ( 第4 字节) 如下: 有京理工大学硕士论文 一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 b yte4b yte sb yt e 6b yt e 7b 犷e g bito o l h f ocus f 盯 p 阳l 七 众 p 叻 mo tor 5 伴ed 0 0 妇 卜4 0 h t ll t 加iotor 5 卯e d 即 环 确 o h f 优usn已 犷 p an 几ght bit l 0 匕已 af t 妞 t up bitz 卜 贻q阵n 舫 l t do w nbit3 】 行 s cl o sebn 4 云刃mtelebit s bit6乙沁mwid e blt 7 水平/ 垂直/ 视角/ 焦距指令如下: p ano 刀 n ) 肠加口。 物) 云 扣m邵 de) f o 此倒e 叮 ) p an洲 沙幻 丁 习 t (up ) z oom( 介i e ) f o c u s ( f az) f u 刀 c t i o n 00 s t o p l0 mo t ion ofv a 】 u e“ 1 ” 0lmo t 1 0 nofv aju e“ 1 ” 11 k e e p th e c u 口 e 以mo 6 o n 除了 p e l c o 一、 p e l c o . p 、s a m s u n g控制键盘通讯协议外，本系统还支持 a 工 e c 、u l i ，r a k和k a 工 八 i e l协议，这里不再一一详细介绍。 4 . 2 . 2通信功能的软 件实现 控制键盘通信模块负 责从控制键盘接收发送给电 机或者一 体机的 指令数据。 接收 完成后， 系统将数据保 存在数组r 凌 v d ata1 中。 具 体操作 是系统 初 始化完成后， 在w h i l e 循环中 等待用户操作键盘发送指令， 用 中断函 数响 应控制键盘 操作。 进入中 断函 数后， 根 据已 经 读出的 不同协 议标准 ( 在初 始化时 读取控制键盘 协 议) 判断 数据是否接收结束，如果接收 完成则 置标志 位为1 ， 否则为0 。p e l c o . d 、p e l c o . p 和 a l e c协议的中断处理如图4. 2所示。 一体化球型摄像机控制系统各模块设计和功能实现硕 士 论 文 进入中 断 c m dready 二。 表示控制链盘指令接收未完成 c m dre询=1 表示控制键盘指令接收完成 图4，2控制键盘通信协议中断处理 对于 其他一些键盘控制协议在细节处添加需要一些特 殊处理。 中断处 理的具 体程 序如下: in t 厅 即t l l 乃 训 r 和 咫苟， 口 边如烈 匆几。 了 介 。 词 哪 王 召 刀 edc h 毋1，. 以 刃扩 夕 1 几 尸 2 电 = =0 ) t 盯尸 功 勿 口 七 功= 二 划laz 五 l ) 叮 u 刀 及 口 ! ， 5 叹 夕 ( 少 z d g“1 ; 五 c 刃 址 月 孙 =了 ， 凡 即 d 口 回几吐已 飞 劝一 11=之 江 次 0，. 心 白心 ( 好co。 功 训司 wi ， 泞 刀 日 c 。 功 爪田喇刀了 =伍口 口 扩 肠 南京理工大学硕士论文 一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 山附 加从可刀 0爪识e 血扣， =兔口 功 1 ; 已 自论 c 动 山改 山 吞= 仓 e 肠 e 好尸 m 基 配讨石 。 ! 二ul” 侧 x 夕 讲杯 尾 庆 口 = = 忍 不 幻 1 巾 见 次0 违 翻po)= = 么刀 勿 ) .角 招，1 厂 凡 双加矛唱 动=1 扩 几叨口 似 脚 劝 心飞 劝 . 11口 刃 吸 必 口 七心 叮 加祝 口 = = 吕 叮 少 .尽 啥=1 ; 凡 即乙 飞 泌 =1 ， 危议 为匆 尽口众力 9 动 . lj留汇 江从0，. 产 亡 七心 ( 天 。 止 已 飞两+ +， 好月 。 夕乙 e 哈人 尸 “ 赶曰 刁 沙 ) 五 门 优 劝匆 口汾 吐e 嗯纳一 刀 ，u 刃 吸 众 巴 肠 召 夕 己 抢、 心飞动= = 尸 叱翻兔 帽刊 几社池叼几呱咧抽. ij=u 刀 吸 幼 户r 了 1 = 0，.1 尸 口 耽 飞 劝 ; 1 + + ) 勺 功 脚 创司 习峨 。 ( 劝 俩刃扩 .踌啥，必 好崔 劲 功 用 朗司刃= = 肠 口 习进 进似d 用 耐 洲司可= = 仇归少 ) 夕叩 必 叮c 初 dre 口 扣二 = 1 ) 入 触 洲c 加d二1 ; 心 石 心 ( 0 恻从即咖=1 ， 27 一体化球型摄像机控制系统各模块设计和功能实现硕士论文 入 触 ” 户c 功d，氏 e 肠召 ( 加 . 过 左 口 咖 =0，. .尽召二0，. 5 曰口 j 4 . 3协议转换 协议转换的主 要任务是将多款 控制键盘通信协议转 换为 一种系统通用的 协议。 由 于系统兼容多 款控制键盘通信协议， 为了 减少代码数量， 同 时为了 方便以 后软 件的设计， 系统设计了 多协议转换方法， 即 将多种协议 统一 转换为系统本 身制定的协 议指令， 然后系统基于该指令进行处理。 这些处理在协 议转换模块中 完成。 控制键盘通信 模块完成后， 在主函 数中 读取标志位， 如果为1 则进行 数据包处理， 转化为自己 的 信息 包， 在函 数c m d t 0 m e s s a g 心 中 完成。 这是 一个协议转化的 过程。 在 转化为自己的 信息包的过程中用另外一个数组 me ss ag e 口 存储该信息， 根 据不同 的键 盘通讯协议分别转换， 并区 分该信息 包是发送给一体机的还 是控制电 机运动的， 本程 序认为m es s age 0l28 的信息包是发 送给电 机的， m es s ag 叮 0 习28 的信 息包是发送 给一体机的。 具体操 作根据数组的后续字 节确定。协议的 部分转换结果如 下: 撬” 侧 孵 1 28表 示 二诊 乎 是 发 纷一 举 次 滋 泪 冶 左 叩旧 0= 1 四 浦示汪暇成走 2 8 南京理工大学硕士论文一体化球型摄像机控制系统的设计及实现 棘” 侧 乒 周二 1 刃清获双姗缪叭 人 血 3 j 昭 f0)= 1 31黄示一举叔净止动法 袖” 吧 八 刀 = 了 刃烹示刃 粥远是荣 板“ 侧 笋 周 二 1 刃麦示矛贻近袅硫 械” 列 护 抑 ” 1 34浦示琪 对黑篇 触” 贝 醉 刀 刀 = 1 ”浦示力男芳鹰 人 拒 吕 3 侧 笋 刀 刀 = 1 北浦示尖简见鹰 几 触 ” 叩已 夕 刀 = 月7 浦示净 止芳圈动法 人 企 ” 电已 爬2 = 1 38袭示办万犀最 泪铀吕 吧 夕 刀 ， 1 4属 漪 瓦差闭筑舔那心瀚 板” 侧 夕 乙 叮 袭示考 动成才 减 占 泪芳1 窟示沟上b itz力i j浦示沟万西 川 力1 袅示洒时鱿 b ito 力 1 浦示逆时幼 入 伦 ” 贝 押 乙 刃 麦示运 动时次乎该必 入 拒 j 3 age 不 刃 浦 示活动功垂直试必 肠慧 占 明巴 矛 刁 清最预置蔚食 泪 助 国 侧 笋 乙 习 .清 示 喇 过瓮. 加 卿 何 浦 示男二功感声 以p e l c o-d控 制键盘协议为例， 实现协议转换功能的 主要程序如下: 绷 忙d 从 仍 训 司 刃 泥 玉 口 刀 = = 0) 价祀d 用 脚 训司刃邃 盘04) ! ” 0)人 免 ” 句 笋 刀 刀 习j 氏 朋肠“ .环 公拒台“介 犯 汉 名 亿沙 。 用及佗扭， e 拒以目 别而心 公 户 抽 r 行s e lec 扭 汉 劝而 公入 触叮 扮j e lec 犯d 月污 毖 印 e ”行3 e 距 倪 浮 办 汤 玄 ， 曰 厉 e台 3 己