视频监控系统解码器设计毕业论文.doc

摘要随着现代计算机技术、多媒体技术、网络技术和数字图像压缩技术的迅猛发展而诞生的DVR数字监控系统，是以计算机为核心的多媒体监控，把管理权交给计算机。随着全社会的数字化，网络化步伐的加快，传统模拟监控系统必将被新一代的数字化，网络化多媒体管理监控系统所取代。只要根据需要在需监控的场所安装一定数量的摄像机，即可在值班控制中心实时监控小区内各位置的人员活动情况，并将其录制保存下来，为事件发生后的调查提供第一手资料。视频监控系统主要由前端摄像部分、传输部分、控制部分、显示与记录四大部分所组成。系统使管理人员在控制室中能观察到前端防范区域内所有人员活动情况并记录，为保安系统提供动态图像信息。本文主要论述了视频监控系统中解码器的设计。此系统中的解码器主要为云台、变焦镜头等可控设备提供驱动电源及控制。该解码器可以控制云台的上、下、左、右旋转，变焦镜头的变焦、聚焦、光圈以及对防护罩雨刷器、摄像机电源、灯光等设备的控制，并且还可以提供若干个辅助功能开关，以满足不同用户的实际需要。关键词：MAX485E；译码器；光耦；通信协议；串口通信AbstractDVR digital control system，born with the rapid development of modern computer technology, multimedia technology, network technology and digital image compression technology, is based on computer based multimedia monitor，leaving the power to the computer. With the accelerating paces of the Whole Society, conventional analog control system will be replaced by a new generation of digital network multimedia management control system. So long as taking control of the premises in a number of cameras installed, you can shift the control center in real-time monitoring the location of personnel within the Community activities, and its record preserved for investigation of the incident first-hand information. Video surveillance camera system consists of four parts: front-end video part, transmission part, control part, and record part. Because of the system, the managers can observe the activities of all personnel within the preventing region and record it in the control room, providing dynamic image information to the security system. This paper discusses the design of the Decoder in video monitoring system. The Decoder provides driving power and control to controllable devices, such as PTZ and zoom. The decoder can make the PTZ turn to up, down, left or right , control the zooming, focusing or aperture of the zoom or control the shield wipers, camera power supply, lighting and other equipment and can also provide a number of auxiliary function switches to satisfy customers ever-changing demands.Keywords：MAX485E; Decoder; Coupler; Communication Protocol; Serial Communication目 录摘要IAbstractII1 绪论1 1.1课题背景和意义1 1.2视频监控的发展现状2 1.3本课题的主要任务22 视频系统的总体方案设计3 2.1系统组成3 2.2系统的各部分说明3 2.3系统的主要技术指标4 2.4关键技术 73 解码器硬件设计9 3.1 AT89S51单片机核心电路9 3.1.1单元电路图9 3.1.2核心器件介绍9 3.1.3原理分析10 3.2看门狗电路11 3.2.1单元电路图11 3.2.2核心器件介绍12 3.2.3原理分析12 3.3稳压电路13 3.3.1单元电路图13 3.3.2核心器件介绍14 3.3.3原理分析143.4串口转485通信电路14 3.4.1单元电路图14 3.4.2核心器件介绍14 3.4.3原理分析16 3.5交流电压控制电路17 3.5.1单元电路图17 3.5.2核心器件介绍17 3.5.3原理分析18 3.6单电源变双电源电路19 3.6.1单元电路图19 3.6.2核心器件介绍19 3.6.3原理分析203.7摄像机控制电路20 3.7.1单元电路图20 3.7.2核心器件介绍20 3.7.3原理分析214 解码器软件设计22 4.1通信协议的设计22 4.1.1物理层22 4.1.2链路层22 4.1.3网络协议22 4.1.4命令帧编码列表23 4.2 串口通信的软件设计25 4.2.1串行接口的结构和工作原理25 4.2.2 串行通信的工作方式26 4.2.3 串行通信的程序设计27 4.3 系统软件的调试285 抗干扰处理29 5.1硬件抗干扰措施295.2软件抗干扰措施30结论31致谢33参考文献34附录A 程序代码35附录B 原理图451绪论智能安防监控系统综合了图像、通讯、数据、计算机实时系统集成等高科技技术，实现了安全管理的数字化、网络化、智能化。1.1 课题背景和意义(1)工厂安防监控系统工厂由于人数多，涉及到考勤、薪资、进出、食堂、消费、用水、宿舍等行政工作较多，因此工厂在管理方面必将投入巨大的人力和经费，其中安全管理问题尤为突出，是企业最棘手的问题之一。监控系统主要是辅助保安系统对工厂内外的现场进行监视。它使管理人员在监控中心机房中能观察到工厂内所有重要地点的情况。如在出入口、通向室外的大门、边门、主要通道等处安装摄像机，将厂区的情况以图像和视频的方式实时传送到监控中心，值班人员通过电视屏幕墙可以随时了解这些地方的重要情况。监视系统除了起到正常的监视作用外，在接到防盗报警系统的示警信号后，还可以进行实时录象，录下报警时的现场情况，以供事后重放分析。(2)智能小区安全防盗系统近年来，随着我国经济的迅速发展，城乡居民的生活水平有了显著的提高，尤其是城镇居民的居住条件不断改善，人们在解决了居住问题后，日益关心的是居住是否安全，人们在购房时，安全性是考察物业管理水平是否完善的一个重要条件。尤其是那些流窜作案的犯罪分子，往往选择居民小区作为攻击目标，入室盗窃、抢劫、杀人案件屡屡发生，以往靠小区报安以人防为主的防范措施已满足不了人们的要求。利用安全防范技术进行安全防范首先对犯罪分子有种威慑作用，使其不敢轻易作案。如小区的安防系统、门窗的开关报警器能及时发现犯罪分子的作案时间和地点，使其不敢轻易动手。(3)海事安防系统在海事安防方面本公司提供以下系统解决方案:海事港口码头/船舶调度/海岸线监控系统,城防/海防/边防高空瞭望监控系统，水下(深水)监控系统，电力无人执守安全监控系统,监狱管理监控系统,森林防火安全监控系统,平安城市安全监控系统,公检法审讯系统,机器视觉系统.提供强大的技术支持,提供全球知名品牌的高品质安防产品配套服务。(4)学校安防系统孩子是每个家庭最重要的元素，孩子的教育是每个家长最关心的问题，绝大多数人20岁以前的大部分时间也是在学校度过的，学校是牵动家庭神经最敏感的地方。试想，如果家长对自己在学校的孩子的安全有顾虑，那么，必然会影响家长的工作效率，如果孩子安全出了问题，最终也会影响到家庭的幸福和社会的稳定。1.2 智能安防监控系统的发展现状安防行业发展迅速且已初具规模，截至到2004年底，安防行业市场规模400多亿元。其中，安防设备市场45，安防工程市场55，出口占8，监控约占一半，年销售额不足1000万元的小企业占90以上，预计2010年实现产值1500亿元。安防行业年均增长速度25，从业企业15000家，人员100万。安防行业正由启动期走向发展期，现处于发展期，但离成熟期还很远。行业产业链基本形成，管理链正在逐步建立，缺乏上位法导致行业管理在部分领域出现真空。 安防行业发展潜力巨大，市场会不断扩大，需求将更旺盛。现行安防市场准入门槛较低、竞争激烈，市场秩序很不规范。行业初步形成了珠江三角洲、长江三角洲、京津地区三大安防产业集群。安防行业形成以视频监控、出入口控制、入侵报警、防爆安检为主的十几类、8000多个产品。 安防应用范围日趋广泛，安防应用层面日益深入，但安防行业管理出现一些“真空”地带，这构成了安防行业发展的机会与威胁同时存在。1.3 本课题的主要任务本文设计了为带有云台、变焦镜头等可控设备提供驱动电源及控制。此解码器可以控制云台的上、下、左、右旋转，变焦镜头的变焦、聚焦、光圈等控制，还可以提供若干个辅助功能开关，以满足不同能够用户的实际需要。此系统的组成包括单片机核心电路、看门狗电路、稳压电路、串口转485通信电路、交流电压控制电路、单电源变双电源电路、摄像机控制电路。系统的关键在于硬件的设计，利用所学的单片机知识结合各部分的相关资料完成系统的功能。2视频系统的总体方案设计2.1 系统组成视频监控系统主要由视频监控子系统、防盗报警子系统、小区广播子系统、网络管理子系统组成，其组成框图如图2-1所示：多 媒 体 数 字 智 能 安 防 系 统多媒体数字实时监控系统智能防盗报警系统监 视 器多画面分割器红外微波双鉴式探头智能防盗报警主机机 顶 盒摄 像 机矩阵切换器红外遥控系统解 码 器小区广播系统合并式前置广播扩音器分区选择器音 箱数字硬盘录像控制系统麦 克 风电 子 地 图警情数据库图2-1 系统的组成框图2.2 系统的各部分说明(1)数字硬盘录像控制系统该系统采用MEPG-1、MEPG-4数字视频压缩方式，可以同时录制十六路视频信号，并可对画面的局部进行动态检测。如画面没变化时不存盘，以节省硬盘空间；该系统若与红外微波双鉴式探头及防盗报警主机相连，可组成联动报警方式，在防范区域内，有人进入时，系统报警并开始录像，控制摄像机跟踪，计算机的电子地图上显示人行走的轨迹，以便监控人员及时处理，将事故消灭在萌芽状态，达到完全的智能化。(2)矩阵切换器该产品采用美国最新芯片，具有多种型号，可以与计算机相连，实现多媒体控制，还有视频丢失报警、环路输出、汉字字幕叠加、红外遥控等多种功能。其功能强于国外同类产品。美国产矩阵切换器（6416）的卖价达到5.6万元，我公司产的矩阵切换器采用红外遥控（美国产品无此功能），并采用多媒体控制方式，其成本仅为美国产品价格的五分之一，由于其具有极高的性能价格比，因此市场前景极其广阔。(3)智能防盗报警主机该主机其性能远远超过国外同类产品，它采用液晶显示，人机界面好，并配有高能蓄电池，在停电二十四小时内，能正常工作，并有PDA功能和其它辅助功能，不仅可接红外防盗探头，还能接煤气探头、火警探头等，它的传输速率为1200bps，（美国产报警主机传输速率为300bps，无液晶显示，无高能蓄电池，无其它功能，仅作报警用），智能防盗报警主机还可在主人不在家时，按程序控制家里的家电，晚上开灯、开电视，十点多又关灯、关电视等，模拟主人在家的情形，以吓阻小偷。因此，该产品不仅能在银行、机场、学校、商场、宾馆等重要场所使用，还能走进千家万户，为广大人民创造平安的生活环境。 (4)红外遥控系统 该系统是为方便监控人员而设计的，监控人员可以在休息时，通过红外遥控控制计算机，完成录制视频图像的选择、对某一摄像机的光圈、焦距、变倍、上下左右转动的控制、报警区域的设置等功能。2.3 系统的主要技术指标(1) HY-3208型视频切换矩阵概述：HY-3208型视频切换矩阵可以作为中小型监控系统的辅助设备，采用单片机控制及全交叉点视频处理芯片设计而成，由计算机控制视频切换。主要技术指标：l 视频/音频信号输入路数：32路l 视频切换控制：全矩阵切换l 外部控制输入端口：1个RS-232l 外部控制输出端口：1个RS-485l 通讯速率：9600波特率l 传输方式：全双工l 输入阻抗：75，1Vppl 输出阻抗：75，1Vppl 3dB带宽：65MHzl 信噪比：65dBl 供电方式：AC220V10%，50Hzl 静态功耗：10Wl 工作环境：045l 环境相对湿度：30%85%l 外型尺寸：长408mm，宽246mm，高98mml 主要功能：l 视频输出选择功能l 视频同步切换功能l 复位功能(2)解码控制器概述：解码控制器是视频监控系统中用于控制云台、镜头、摄像机、聚光灯，护罩前端设备的单片机控制系统。以JC摄像机为标准，配备了云台控制，镜头控制。主要技术指标：l 通讯接口：RS-485串口通讯l 通讯数率：9600波特率 l 传输方式：半双工l 传输距离：1500米l 云台控制输出：AC24V/50mAl 镜头控制输出：DC8V/50mAl 摄像机控制输出：DC12V400mAl 输入电压：AC220V10%l 静态功耗：5Wl 环境温度：0+40l 环境湿度：30%85%l 外型尺寸：长宽高28018268(3)防盗报警主机概述：防盗报警主机是由微机中心操作键盘控制的主机。可对各种类型的报警探头进行识别和报警，除向微机发出报警信号外，还通知它进行报警图像切换。本机与微机配合具有报警自动布防和撤防的功能。主要技术指标：报警防区号（输入信号容量）：16路输入信号方式：开路型、短路型、DC5 1V型输出信号方式：串行通讯数据液晶显示：汉字12864点阵键盘输入：按键44通讯方式：全双工RS-485, 波特率9600 bit/s供电方式：AC 220V 10% ,50Hz备用电源：免维护蓄电池DC12V工作环境：045外形尺寸：长宽高:290195115报警系统组成及功能：硬件部分由单片机控制，实现控制监测报警和通讯处理。由一专用芯片完成多路探头的检测。看门狗复位电路实现自动复位功能、采用全双工通讯芯片实现报警信号传送。(4) “MOTORIZED ZOOM” 系列镜头功能描述：本镜头针对C和CS装配摄像机设计。每个镜头配备精密微型电机完成所有功能：光圈、聚焦、放大。型号参数说明：例：M10Z1118MSPV1英吋M2/3英吋H1/2英吋T1/3英吋10放大倍数10：1Z放大11焦距11mm18最大光圈F1.8M可变光圈、焦距、倍数MS可变光圈、焦距、倍数，带ND滤波P焦距、倍数可调电位器视角计算：f=vDVf=hDHf：焦距V：目标垂直尺寸H：目标水平尺寸D：从镜头到目标的距离v：垂直尺寸投影h：水平尺寸投影(5) JM8000全球型防护罩系列特点： 全天侯防护罩，内置全方位云台，密封性能好。安装方式可选择壁装或吊装 产品规格有6寸 、9寸、12寸、14寸、16寸 全天侯防护罩，内置全方位云台，密封性能好。安装方式可选择壁装或吊装 产品规格有6寸 、9寸、12寸、14寸、16寸 球罩为耐能全景不变形亚加力进口球罩 选购安装配件遮阳罩，可降低内部温度35 顶罩选用铝合金，防水，耐老化，防酸雨，耐高温，抗腐蚀 气温较低时，可选用自动温控加热装置，0自动打开，5自动关闭；气温较高时，可选用风扇，35自动打开，30自动关闭 云台电极选用瑞士UBR2电极，运行平稳可靠支架保护罩系列万向支架：标准型万向支架15045mm(6)摄像机防护罩： 铝合金全密封结构 罩前玻璃采用嵌平式安装 可调节摄像机的基座 易于安装、维护2.4 关键技术(1)很多摄像机、探测报警器将多功能集成于一体，普通模拟录像设备被淘汰，被新颖的数字录像系统所取代，所有检测控制由计算机完成，数字化倾向非常普遍。(2)在由计算机控制的安防系统中，图像的动态分析已达到相当高的水平，当图像的局部有异动，系统立刻报警。并能与红外微波报警联动，控制摄像机跟踪人的行踪，在电子地图上记录人行走的轨迹，达到智能化控制。(3)可控制24V AC 50Hz标准云台或自动旋转云台,可以是室内型云台，亦可为室外型云台。 (4)控制变焦镜头的光圈、聚焦、变焦。标准DC8V，最大电流：80-200mA (5)控制摄像机电源的通/断。(6)解码器提供一个C型继电器，提供一对常开接点，用于控制应急灯、风扇、加热器或雨刷(7)对于带自动旋转功能的云台，可利用云台自动控制口而实现电子自动旋转。 3系统的硬件设计3.1 AT89S51单片机核心电路 3.1.1 单元电路图图3-1 系统的组成框图3.1.2 核心器件介绍AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash存储器。这种设备使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适于常规编程器。AT89S51具有以下标准功能： 4k字节Flash，128字节RAM，2位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，2个16位定时器/计数器，一个5向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止1。它的主要性能有： 与MCS-51单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 工作电压范围：4.0 5.5V 全静态操作：0Hz 33Hz 三级加密程序存储器 128*8位内存RAM 32个可编程I/O口线 二个16位定时器/计数器 六个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符AT89S51相对于AT89C51增加的新功能包括：(1)新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！ (2)ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 (3)最高工作频率为33MHz，而89C51的极限工作频率是24M。(4)内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 (5)双数据指示器。 (6)电源关闭标识。 (7)全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 比较结果：Atmel公司已经停产AT89C51/2，将用AT89S51/ AT89S52代替。停产的原因主要是成本问题，AT89S51/ AT89S52在工艺上进行了改进，AT89S51/ AT89S52采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89CXX与89SXX可以兼容。Atmel已经不接受89CXX的定单现在卖的89c51片子全是库存，价格相对与s51来说at89c51可以要更高一点。3.1.3 原理分析 此系统采用11.0592MHz的晶振，S1主要用来做测试用，用来调试焊接好的解码器电路板。S2用来对解码器进行编码，每个解码器对应一个八位的地址，在实际系统安装时得注意，两个解码器的地址不能设成一样，否则可能导致误操作。3.2 看门狗电路3.2.1 单元电路图图3-2 看门狗电路3.2.2 核心器件介绍MAX813L的各管脚说明如下：(1)MR：手动复位端。当该端输入低电平保持140mS以上，MAX813就能产生复位信号，该复位信号由7管脚输出，脉宽为200ms。(2)VCC：工作电源，接+5V。(3)GND：电源接地端。(4)PFI：电源故障输入端。当该端输入电压低于1.25V时，MAX813使电源故障输出端产生的信号由高电平变为低电平。(5)PFO：电源故障输出端。电源正常时，保持高电平；电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。(6)WDI：看门狗信号输入端。程序正常运行时，必须每隔1.6s之内间向该端送一次信号；若超过1.6s，MAX813接收不到喂狗信号，则产生看门狗输出。(7)RST：复位信号输出端。上电时，自动产生200ms的复位脉冲；手动复位端输出低电平时，该端也产生复位信号输出。(8)WDO：看门狗信号输出端。正常工作时输出保持高电平；看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。3.2.3 原理分析当系统由于某些不明原因而陷入死循环时，813芯片的WDI端不会从CPU的P1.1管脚得到喂狗信号，此时RST端将向CPU发出复位信号使CPU复位。这样就有效地保证了系统的正常运行。3.3 稳压电路3.3.1 单元电路图图3-3 稳压电路3.3.2 核心器件介绍三端稳压器的通用产品有78系列（下电源）和79系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。输出电流以78（或79）后面加字母来区分L表示0.1；AM表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。使用方法如图3-4：图3-4 78、79系列使用方法3.3.3 原理分析三个稳压电路的原理基本一样，比如5V稳压电路，是先通过环形变压器，先将220v 50Hz交流电变压处理，然后再通过桥式整流，三端稳压管稳压，再通过电容滤波后得到+5v输出电压给电路供电。直流稳压部分由整流电路、滤波电路和稳压电路三个部分组成。整流部分是稳压电源的一个重要组成部分，它的主要作用是进行波形变换即将交流信号变成直流信号。整流部分是稳压电源的一个重要组成部分，它的主要作用是进行波形变换即将交流信号变成直流信号。该电路工作原理：在经变压器降压输出的电压U的正半周期时，右上角和左下角的二极管因受正向偏压而导通，左上角和右下角的二极管因承受反向电压而截止；在电压U的负半周期时，左上角和右下角的二极管正向偏压而导通，右上角和左下角的二极管因承受反向电压而截止。显然，输入的是交流电流，而输出电压是直流电流整流电路输出的电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。因此滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率电容滤波的原理：由于是全波整流，因此不管是在正半周期还是在负半周期，整流电路输出的电压U一方面向后面的负载供电，另一方面对电容C进行充电，由于充电时间常数很小（二极管导通电阻和变压器内阻很小），所以，很快充满电荷，使电容两端电压基本接近U，而电容上的电压是不会突变的。某一时刻U的正半周期由零开始上升，因为此时电容上电压基本接近U，因此四个二极管均截止，电容C放电，由于放电时常数很大，因此放电速度很慢，电容电压下降很少。当U大于电容两端电压时，有两个二极管导通，U对C充电。当U下降到小于电容两端电压时，二极管又截止，电容又放电。同理，在U的负半周期也会出现与上述基本相同的结果。这样在U的不断作用下，电容上的电压不断进行充放电，周而复始，从而得到一近似于锯齿波的电压，使负载电压的纹波大为减小2。尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器（78系列是三端固定式正电压输出集成稳压器）；设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。3.4 串口转485通信电路3.4.1 单元电路图图3-5 串口转485通信电路3.4.2 核心器件介绍(1)6N137光耦合器6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。它的主要性能有： 转换速率高达10MBit/s; 摆率高达10kV/us; 扇出系数为8; 逻辑电平输出; 集电极开路输出;工作参数：最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40C to +85C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和A/D转换等。6N137光耦合器的真值如表3-4-2所示：表3-1 6N137光耦合器的真值表6N137光耦合器的真值表输入使能输出HHLLHHHLHLLHHNCLLNCH需要注意的是，在6N137光耦合器的电源管脚旁应有个0.1uF的去耦电容。在选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量靠近6N137光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无需再外接上拉电阻。 6N137光耦合器的使用需要注意两点：第一是6N137光耦合器的第6脚Vo输出电路属于集电极开路电路，必须上拉一个电阻；第二是6N137光耦合器的第2脚和第3脚之间是一个LED，必须串接一个限流电阻。(2)低功耗收发器MAX485EMAX485E是MAXIM公司推出的用于要求高速通信在恶劣环境下支持RS-485协议的低功耗收发器，数据传输速率可达2. SMbps。它内部有一个输入接收器和一个输出驱动器，具有输人接收器和输出驱动器使能管脚，当不使能时，输人接收器和输出驱动器处于高阻态。输入接收器和输出驱动器可抗士15kV的静电冲击。驱动器具有短路电流限制，并且可以由温控切换电路将输出置为高阻态，以防止过大的功率损耗而对器件造成损害。输人接收器具有故障自动保险特点，以确保在输入开路时，驱动器也能输出逻辑高信号。半双工工作，可带32个终端;工作温度范围：MAX485EC为0-70C ；MAX485EE为一40一85C。MAX485E各管脚代号及功能如表3-2所示：表3-2 MAX485E各管脚代号及功能表管脚代号描述1RO接收器输出端。当A B 200mV时，此端为高电平，当AB 200mV时，此端为低电平 2RE接收器输出使能端，低电平时，RO使能;高电平时，RO为高阻态3DE驱动器输出使能端;高电平时，驱动输出使能此时A,B作为总线驱动器;低电平时，A,R为高阻状态，若此时豆面为低电平，则A,B作为总线接收器4DI驱动器输人端5GND地6A同相接收输入和同相驭动输出7B反相接收输入和反相驱动输出8VCC电源4.75-5.25 V M AX 485E芯片是RS-485接口标准专用通信芯片，R0脚为数据输出脚，它接收R 5-485的差模信号VAR并转换为TTL电平由RO输出，RE脚为RO的使能端，低电平时选通R0,输出有效Dl脚为数据输入端，它将TTL电平的数据转换为差模信号VAR, 并由A,B两脚输送出去，DE是D1使能端，高电平选通DI，输入有效。故A,B两脚既是R5-485信号输入端，同时也是该信号的输出端，关键是由使能端RE ,DE的电平来决定。为了控制上的方便，通常将RE 、DE两端连在一起，高电平时D1脚输入的数据有效;低电平时RO脚输出的数据有效。3.4.3 原理分析使用光耦，信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。同时6N137光耦合器为高速光耦，不影响信号的传输。同时考虑到在现场情况十分复杂, 各个节点之间存在很高的共模电压, 虽然RS-485接口采用差分传输方式,具有一定的抗共模干扰的能力。当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压,即大于+12V或小于-7V,接收器将无法正常工作,严重时会烧毁芯片和仪器设备。通过光耦将信号隔离,消除共模电压的影响。单片机串行口的协议信号为RS-232信号，可以利用RS-232串行通信协议直接进行串行通信。但RS-232协议支持的传输距离近，不超过50m，而RS-485串行通信协议支持的传输距离远，达1200m，且抗干扰能力强，数据传输速率高，所以，将单片机串行口的RS-232协议信号转换为RS一485协议信号，便可实现单片机的远距离通信。利用MAX485E芯片，可以将单片机串行口的RS - 232协议信号转换为RS-485信号，进行远距离通信。再者选用的MAX485E具有抗静电或抗雷击的作用。3.5 交流电压控制电路3.5.1 单元电路图图3-6 交流电压控制电路3.5.2 核心器件介绍(1)光电耦合器MOC3041 MOC3041是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器，带过零触发电路，输入端的控制电流为15mA，输出端额定电压为400V，输入输出端隔离电压为7500V。MOC3041一般不直接用于控制负载，而用于中间控制电路或用于触发大功率的晶闸管。(2)双向晶闸管BT136BT136 型双向可控硅主要用于变频电路、电动工具开关、调温电路、洗衣机、空调等。其特点如下： 可双向触发极大地方便了电流的控制 阻断电压高 通态压降低 触发可靠 封装形式：TO-220(3)二线-四线译码器74LS13974LS139 为二线-四线译码器，共有 54/74S139和 54/74LS139 两种线路结构型式，其工作原理如下： 当一个选通端(G)为高电平，可将地址端(A、B)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS139还可作数据分配器。74LS139功能如表3-2所示表3-3 74LS139 2-4线译码器功能表输 入输 出GBAYoY1Y2Y310000001101011 0 1 1 111 0 1 11 1 1 0 111 10 03.5.3 原理分析利用内部带有过零控制电路的光耦MOC3041控制双向晶闸管BT136的导通与断开，来控制提供给云台的交流电的通断。采用编码器来控制MOC3041，使得每次只能有一路晶闸管导通，防止多路导通，导致电路过大而烧坏电路板。之所以采用光耦MOC3041，是因其内部带有过零控制电路，因此双向晶闸管KS工作在过零触发方式。接触器动作时，电源电压较低，这时接通用电器，对电源的影响较小。在使用晶闸管的控制电路中，常要求晶闸管在电源电压为零或刚过零时触发晶闸管，来减少晶闸管在导通时对电源的影响。双向可控硅亦称为双向晶闸管，其内部是一个NPNPN的五层结构，为三端元件，它有三个电极：主电极A,主电极A和控制极(或称门极)G,亦为一闸极控制开关。无论从结构还是特性来看，都可以把它看成是一对反向并联的普通可控硅。双向可控硅主电极A2、A1与控制对象(负载)R串联，相当于一个无触点开关。这个开关的“通”或“断”受控制极G上的信号u(称为触发信号)的控制。当主电极A2、A1间有电压(u0)时，在触发信号u出现的瞬间，双向可控硅A2、A1间便会导通，相当于开关的闭合状态。而且一旦导通以后，即使u消失，也能保持导通状态，直到u=0或主电极与负载串联电路中的电流减小到某一值，它才截止。截止后相当于开关的断开状态。这样便可以用控制极上的小电流信号去控制主电极回路中的大电流。3.6 单电源变双电源电路3.6.1 单元电路图图3-7 单电源变双电源电路3.6.2 核心器件介绍(1)集成运算放大器LM358LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。LM358的特点: 内部频率补偿 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz) 电源电压范围宽：单电源(330V)； 双电源(1.5 一15V) 低功耗电流，适合于电池供电 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V) (2)三端稳压器LM317LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。 LM317的输出电压范围是1.25V至37V，负载电流最大为2.2A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM317不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317输入端的连线超过6英寸（约15厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM317能够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。3.6.3 原理分析因为摄像机变焦镜头的变焦、聚焦、光圈控制电压需要8V电压来控制，比如，+8V电压控制时焦距被调大，则对应的-8V控制时焦距将被调小。此单元电路输入电压为24V，采用三端稳压管LM317先将输入电压变为16V，然后利用集成运算放大器LM358将单电源变成双电源，提供8V的控制电压。LM317的1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于等于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D7，D8用于保护LM317。3.7 摄像机控制电路3.7.1 单元电路图图3-8 摄像机控制电路3.7.2 核心器件介绍(1)光电隔离模块TLP521-4光电隔离模块TLP521-4是一款具有完整基极一发射极的性能优良的固定延时光电耦合器，它具有最优转换速度、高温性能等特点、该器件主要特性:电流转换率为100%-500%；隔离电压为2500 Vrms (min);发射一接收电压为55 V(min);泄漏电流为10uA(max) (T=85C);最小转换时间为42us。(2)三线-八线译码器74LS13874LS138 为三线-八线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式， 其工作原理如下： 当一个选通端(E3)为高电平，另两个选通端(E1)和/(E2)为低电平时，可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低 电平译出。 利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反 相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。74LS138功能如表3-4所示表3-4 74LS138 3-8线译码器功能表输 入输 出使能选择YO Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7G1 G2C B A 1 0 1 01 01 01 01 01 01 01 0 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 1 03.7.3 原理分析光耦合器的主要优点是的一向传输信写，输人端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信写隔离、级间隔离、开关电路、远距离信写传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。此处采用光电耦合器控制8V电压选择导通到摄像机变焦镜头的控制端。采用编码器来控制TLP521-4，使得每次只能有一路晶闸管导通，防止多路导通，导致电路过大而烧坏电路板。4系统软件设计4.1 通信协议的设计4.1.1 物理层RS-2324.1.2 链路层(1)波特率：9600bps(2)8位数据位，1位停止位，无奇偶校验(3)分帧传送，帧格式为：F5H源地目地控制字信息字1信息字2校验和F8H4.1.3 网络协议采用主从静态式网络协议，PC机每10分钟轮询设备状态；其余时间控制视频切换器、解码器；防盗报警器处于常开状态，优先级最高，一旦报警，则及时处理。每一次发送后，等待应答1秒钟，若无应答，则再发送，若三次发送均无应答，则报告相应设备故障。