基于LPC2138的紅外攝像機(jī)系統(tǒng)
現(xiàn)行普通攝像機(jī)在得到視頻信號后,經(jīng)LM1881提取水平和同步信號并送入字符疊加芯片UPD6453GT。UPD6453GT產(chǎn)生的字符信號與視頻信號一起送到NJM2264D疊加,就可以形成疊加了字符的視頻信號。根據(jù)需求,只可以實現(xiàn)中文字符和英文字符的疊加。本文介紹的是一種基于LPC2138 ARM7作為MCU 來實現(xiàn)一款紅外攝像機(jī)的方案,能實現(xiàn)視頻信號的水平/垂直分離、字符疊加,還介紹了各芯片的功能及云臺等方面的內(nèi)容。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
基于LPC2138 ARM7實現(xiàn)的紅外攝像機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1,其主要硬件包括LPC2138 LM1881、UPD6453、JNM2266、A3967等。
LPC2138是PHILIPS公司的一款32/16位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器,并帶有512 KB的嵌入高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu),使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行;多個串行接口,包括2個標(biāo)準(zhǔn)UART、2個高速I2C接口;9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳,通過片內(nèi)PLL可實現(xiàn)最大為60 MHz的CPU操作頻率。CPU操作電壓范圍為3.0~3.6 V(3.3 V±10%),I/O口可承受5 V的最大電壓。
LPC2138電路圖如圖2所示,主要實現(xiàn)以下功能:
(1)使用LPC2138的兩個串口,可以用一個串口與上位機(jī)通信,另一個與攝像機(jī)通信。所有上位機(jī)發(fā)送的協(xié)議命令先經(jīng)LPC2138解析后,控制云臺或直接發(fā)往攝像機(jī)。
(2)利用兩個I2C口擴(kuò)展兩片EEPROM,一片用于存儲漢字的點陣碼,用于疊加漢字字符;另一片用于存儲用戶的設(shè)置信息,如看守位、預(yù)置位、巡視組數(shù)據(jù)等。
(3)利用LPC2138一個外部中斷,檢測步進(jìn)電機(jī)的過零點,用于初始化時的自學(xué)習(xí)和運行時的位置顯示校正。
(4)利用LPC2138的PWM功能發(fā)送脈沖,驅(qū)動A3967/A3977等步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片。LPC2138的PWM容易控制,可以根據(jù)速度設(shè)定編寫PWM的發(fā)出脈沖。
(5)利用LPC2138的實時時鐘實現(xiàn)日歷功能,并將時間顯示在CRT上。還可以利用LPC2138的時鐘中斷功能控制攝像機(jī)的運行。
(6)需要使用一個光偶檢測攝像機(jī)是否過零點,此信號還需經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后作為LPC2138的外部中斷。
LM1881可以將復(fù)合視頻信號中的垂直同步信號和水平同步信號分離出來。分離出來的信號輸入到UPD6453GT,作為字符信號的同步信號。具體電路如圖3所示。
UPD6453是NEC公司推出的專用字符疊加芯片,它的主要特點是顯示編輯功能強(qiáng),可以在屏幕上顯示12行24列的字符,每個字符為12×18點陣,字符的大小、閃爍頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,同時為了達(dá)到顯示的多樣性,屏幕的背景色、字符的邊緣色以及字符本身的顏色也可以進(jìn)行修改。UPD6453內(nèi)部不但提供240 B的字模,而且還提供16 B的RAM空間以供用戶填入自定義字符,這就為漢字顯示提供了可能。UPD6453字節(jié)的背景色、邊緣色以及字符本身的背景色均有7種,在顏色控制上,為用戶提供了更多的選擇。圖4為UPD6453電路圖??刂泼钪饕校?/p>
(1)顯示控制:確定是否允許顯示字符、字符的閃爍頻率,及控制LC振蕩的停振和起振。
(2)背景控制:確定背景的類型(無背景、字符邊緣背景、字符塊背景、全屏幕背景)。
(3)背景顏色控制:確定背景的顏色(有7種顏色選擇)。
(4)視頻 RAM復(fù)位:此時晶振起振,視頻RAM寫模式,字符的顏色、大小等為默認(rèn)設(shè)置。
(5)顯示塊位置控制:用來確定12行24列的字符顯示塊離屏幕最上端、最左端的距離。
(6)顯示字符行、列地址控制:確定字符在12行24列的顯示塊中的行列位置。
(7)字符大小、平滑控制:確定每一行字符的顯示大小,以及用多倍顯示時是否采用字符的平滑措施。
(8)字符RAM寫地址控制:UPD6453內(nèi)部提供16個字符的RAM空間,每個字符為12×18點陣。該命令用來確定將點陣數(shù)據(jù)寫入RAM空間中第幾個字的第幾行(一共18行),寫完一行,行地址自動加1,寫完一個字,字地址自動加1。
(9)字符RAM寫數(shù)據(jù)控制:確定需要寫入RAM空間的一行12個點的點陣數(shù)據(jù)。
(10)顯示字符控制:確定芯片UPD6453的256個字符(包括固化的240個字符以及16個自定義字符)中哪個字符送出顯示,以及該字符的顯示顏色和是否閃爍。
NJC2266是使用4.75~13 V電壓的高性能視頻開關(guān);內(nèi)部6 dB放大器電路;3輸入,1輸出;內(nèi)部灌入芯片箝位功能(VIN1),可以輸入視頻信號;內(nèi)部亮度信號控制功能(VIN2,VIN3),用來連接兩個電位器控制,分別控制字符邊框和字符的亮度。具體的電路圖如圖5所示。
A3967采用Allegro公司的A3967SLB芯片。該芯片驅(qū)動能力可達(dá)30 V、±750 mA,它適合雙極步進(jìn)電機(jī)使用,與需要L298拖動的L297芯片相比,實現(xiàn)更方便。若負(fù)載更大,則可選用3977,其驅(qū)動能力為30 V、±2.5 A。A3967/A3977電路圖如圖6所示。A3967SLB驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)可以達(dá)到8細(xì)分驅(qū)動,這款24引線的SOIC,采用該公司EasyStepper接口,將8條控制線路減少為2條(步長和方向),其內(nèi)嵌的轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制,只要簡單地輸入控制電機(jī)的脈沖即可,不需要環(huán)形分配器、復(fù)雜的相變編程和高頻控制。A3967SLB的內(nèi)部電路保護(hù),包括利用磁滯的過熱停止保護(hù)、低電壓鎖定和過流保護(hù),也不需外接功率驅(qū)動部分。A3967SLB還具有混合、快速和慢速電流衰減模式選擇,內(nèi)置PWM電流控制,同步整流,低輸出阻抗的 DMOS電源輸出。這種驅(qū)動方式設(shè)計簡單,調(diào)試方便,運行可靠,對硬件要求較低。A3967內(nèi)部的PWM電流控制:每一個H橋都有一個固定截止時間的PWM電流控制電路,從而將負(fù)載電流限制在一個最高值之內(nèi)。開始進(jìn)行工作時,對角線上的一對源接受DMOS處于輸出狀態(tài),電流流經(jīng)電機(jī)繞組和SENCE腳所接的電流取樣電阻。當(dāng)取樣電阻上的壓降等于D/A的輸出電壓時,電流取樣比較器將PWM鎖存器復(fù)位,從而關(guān)閉源驅(qū)動器(上橋)進(jìn)入慢衰減模式;或同時關(guān)閉源接受驅(qū)動器(下橋)進(jìn)入快衰減模式;或者混合模式,使之產(chǎn)生環(huán)流或電流回流至源端。該環(huán)流(回流)將持續(xù)衰減到截止時間為止,然后,產(chǎn)生下一次的PWM循環(huán)。另外,在給A3967/3977布線時,必須考慮地平面和電阻Rs的布線。
恒流大功率紅外燈的驅(qū)動設(shè)計OCP2030是一款BUCK型DC-DC;具有2%的反饋電壓精度;輸入電壓較寬,最高可達(dá)20 V;最大3 A的電流,很容易實現(xiàn)5 W的LED驅(qū)動。SOP8封裝;圖7中R的選擇原則是:要求是大功率電阻,如0.5 W或1 W,封裝形式是2012或更大。
如果不能滿足要求,還可以采用多個小功率的LED并聯(lián)。為滿足紅外攝像機(jī)黑白轉(zhuǎn)換,可以用OCP2030的4腳即FB來控制整個芯片的運行。LED中流過的電流為:
Iled=0.5 V/R(A)
如R選0.68 Ω,Iled=0.7 A
2 軟件設(shè)計
軟件的設(shè)計應(yīng)該基于模塊式設(shè)計,以便以后擴(kuò)充功能,增加攝像機(jī)的控制協(xié)議。同時應(yīng)該考慮CPU的時鐘頻率。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動以及顯示,通信控制等都需要及時處理。
本文介紹了一款紅外攝像機(jī)的方案和電路圖,在此基礎(chǔ)上可以擴(kuò)充其功能,添加不同的模塊,如更換MCU實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等。
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