現行普通攝像機在得到視頻信號后，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。根據需求，只可以實(shí)現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(lái)實(shí)現一款紅外攝像機的方案，能實(shí)現視頻信號的水平/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容。
1 系統硬件設計
基于LPC2138 ARM7實(shí)現的紅外攝像機的系統結構框圖如圖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構，使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行；多個(gè)串行接口，包括2個(gè)標準UART、2個(gè)高速I(mǎi)2C接口；9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳，通過(guò)片內PLL可實(shí)現最大為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(shí)現以下功能：
(1)使用LPC2138的兩個(gè)串口，可以用一個(gè)串口與上位機通信，另一個(gè)與攝像機通信。所有上位機發(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。
(2)利用兩個(gè)I2C口擴展兩片EEPROM，一片用于存儲漢字的點(diǎn)陣碼，用于疊加漢字字符；另一片用于存儲用戶(hù)的設置信息，如看守位、預置位、巡視組數據等。
(3)利用LPC2138一個(gè)外部中斷，檢測步進(jìn)電機的過(guò)零點(diǎn)，用于初始化時(shí)的自學(xué)習和運行時(shí)的位置顯示校正。
(4)利用LPC2138的PWM功能發(fā)送脈沖，驅動(dòng)A3967/A3977等步進(jìn)電機的驅動(dòng)芯片。LPC2138的PWM容易控制，可以根據速度設定編寫(xiě)PWM的發(fā)出脈沖。
(5)利用LPC2138的實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現日歷功能，并將時(shí)間顯示在CRT上。還可以利用LPC2138的時(shí)鐘中斷功能控制攝像機的運行。
(6)需要使用一個(gè)光偶檢測攝像機是否過(guò)零點(diǎn)，此信號還需經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后作為L(cháng)PC2138的外部中斷。
LM1881可以將復合視頻信號中的垂直同步信號和水平同步信號分離出來(lái)。分離出來(lái)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(zhuān)用字符疊加芯片，它的主要特點(diǎn)是顯示編輯功能強，可以在屏幕上顯示12行24列的字符，每個(gè)字符為12×18點(diǎn)陣，字符的大小、閃爍頻率可以根據需要進(jìn)行調整，同時(shí)為了達到顯示的多樣性，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(hù)填入自定義字符，這就為漢字顯示提供了可能。UPD6453字節的背景色、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(hù)提供了更多的選擇。圖4為UPD6453電路圖�？刂泼钪饕校�
(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(lèi)型(無(wú)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復位：此時(shí)晶振起振，視頻RAM寫(xiě)模式，字符的顏色、大小等為默認設置。
(5)顯示塊位置控制：用來(lái)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(shí)是否采用字符的平滑措施。
(8)字符RAM寫(xiě)地址控制：UPD6453內部提供16個(gè)字符的RAM空間，每個(gè)字符為12×18點(diǎn)陣。該命令用來(lái)確定將點(diǎn)陣數據寫(xiě)入RAM空間中第幾個(gè)字的第幾行(一共18行)，寫(xiě)完一行，行地址自動(dòng)加1，寫(xiě)完一個(gè)字，字地址自動(dòng)加1。
(9)字符RAM寫(xiě)數據控制：確定需要寫(xiě)入RAM空間的一行12個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)陣數據。
(10)顯示字符控制：確定芯片UPD6453的256個(gè)字符(包括固化的240個(gè)字符以及16個(gè)自定義字符)中哪個(gè)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(kāi)關(guān)；內部6 dB放大器電路；3輸入，1輸出；內部灌入芯片箝位功能(VIN1)，可以輸入視頻信號；內部亮度信號控制功能(VIN2，VIN3)，用來(lái)連接兩個(gè)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。該芯片驅動(dòng)能力可達30 V、±750 mA，它適合雙極步進(jìn)電機使用，與需要L298拖動(dòng)的L297芯片相比，實(shí)現更方便。若負載更大，則可選用3977，其驅動(dòng)能力為30 V、±2.5 A。A3967/A3977電路圖如圖6所示。A3967SLB驅動(dòng)步進(jìn)電機可以達到8細分驅動(dòng)，這款24引線(xiàn)的SOIC，采用該公司EasyStepper接口，將8條控制線(xiàn)路減少為2條(步長(cháng)和方向)，其內嵌的轉換器可以實(shí)現對步進(jìn)電機的控制，只要簡(jiǎn)單地輸入控制電機的脈沖即可，不需要環(huán)形分配器、復雜的相變編程和高頻控制。A3967SLB的內部電路保護，包括利用磁滯的過(guò)熱停止保護、低電壓鎖定和過(guò)流保護，也不需外接功率驅動(dòng)部分。A3967SLB還具有混合、快速和慢速電流衰減模式選擇，內置PWM電流控制，同步整流，低輸出阻抗的 DMOS電源輸出。這種驅動(dòng)方式設計簡(jiǎn)單，調試方便，運行可靠，對硬件要求較低。A3967內部的PWM電流控制：每一個(gè)H橋都有一個(gè)固定截止時(shí)間的PWM電流控制電路，從而將負載電流限制在一個(gè)最高值之內。開(kāi)始進(jìn)行工作時(shí)，對角線(xiàn)上的一對源接受DMOS處于輸出狀態(tài)，電流流經(jīng)電機繞組和SENCE腳所接的電流取樣電阻。當取樣電阻上的壓降等于D/A的輸出電壓時(shí)，電流取樣比較器將PWM鎖存器復位，從而關(guān)閉源驅動(dòng)器(上橋)進(jìn)入慢衰減模式；或同時(shí)關(guān)閉源接受驅動(dòng)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)將持續衰減到截止時(shí)間為止，然后，產(chǎn)生下一次的PWM循環(huán)。另外，在給A3967/3977布線(xiàn)時(shí)，必須考慮地平面和電阻Rs的布線(xiàn)。
恒流大功率紅外燈的驅動(dòng)設計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20 V；最大3 A的電流，很容易實(shí)現5 W的LED驅動(dòng)。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(mǎn)足要求，還可以采用多個(gè)小功率的LED并聯(lián)。為滿(mǎn)足紅外攝像機黑白轉換，可以用OCP2030的4腳即FB來(lái)控制整個(gè)芯片的運行。LED中流過(guò)的電流為：
Iled=0.5 V/R(A)
如R選0.68 Ω，Iled=0.7 A
2 軟件設計
軟件的設計應該基于模塊式設計，以便以后擴充功能，增加攝像機的控制協(xié)議。同時(shí)應該考慮CPU的時(shí)鐘頻率。步進(jìn)電機的驅動(dòng)以及顯示，通信控制等都需要及時(shí)處理。
本文介紹了一款紅外攝像機的方案和電路圖，在此基礎上可以擴充其功能，添加不同的模塊，如更換MCU實(shí)現網(wǎng)絡(luò )攝像機等。 |
