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[導讀]介紹了以PHILIPS LPC2138為MCU實現(xiàn)的一款紅外攝像機,重點介紹了視頻信號的水平、垂直分離,字符疊加,各芯片的功能及云臺等方面的內容。

現(xiàn)行普通攝像機在得到視頻信號后,經LM1881提取水平和同步信號并送入字符疊加芯片UPD6453GT。UPD6453GT產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容。
1 系統(tǒng)硬件設計
    基于LPC2138 ARM7實現(xiàn)的紅外攝像機的系統(tǒng)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鐘速率下運行;多個串行接口,包括2個標準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通信,另一個與攝像機通信。所有上位機發(fā)送的協(xié)議命令先經LPC2138解析后,控制云臺或直接發(fā)往攝像機。
    (2)利用兩個I2C口擴展兩片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置信息,如看守位、預置位、巡視組數據等。
    (3)利用LPC2138一個外部中斷,檢測步進電機的過零點,用于初始化時的自學習和運行時的位置顯示校正。
    (4)利用LPC2138的PWM功能發(fā)送脈沖,驅動A3967/A3977等步進電機的驅動芯片。LPC2138的PWM容易控制,可以根據速度設定編寫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的運行。
    (6)需要使用一個光偶檢測攝像機是否過零點,此信號還需經施密特觸發(fā)器整形后作為LPC2138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。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,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、閃爍頻率可以根據需要進行調整,同時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>

 [!--empirenews.page--]   (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復位:此時晶振起振,視頻RAM寫模式,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據寫入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寫數據控制:確定需要寫入RAM空間的一行12個點的點陣數據。
    (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;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。該芯片驅動能力可達30 V、±750 mA,它適合雙極步進電機使用,與需要L298拖動的L297芯片相比,實現(xiàn)更方便。若負載更大,則可選用3977,其驅動能力為30 V、±2.5 A。A3967/A3977電路圖如圖6所示。A3967SLB驅動步進電機可以達到8細分驅動,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),其內嵌的轉換器可以實現(xiàn)對步進電機的控制,只要簡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,包括利用磁滯的過熱停止保護、低電壓鎖定和過流保護,也不需外接功率驅動部分。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。這種驅動方式設計簡單,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H橋都有一個固定截止時間的PWM電流控制電路,從而將負載電流限制在一個最高值之內。開始進行工作時,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,電流取樣比較器將PWM鎖存器復位,從而關閉源驅動器(上橋)進入慢衰減模式;或同時關閉源接受驅動器(下橋)進入快衰減模式;或者混合模式,使之產生環(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動設計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,很容易實現(xiàn)5 W的LED驅動。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)。為滿足紅外攝像機黑白轉換,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。同時應該考慮CPU的時鐘頻率。步進電機的驅動以及顯示,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實現(xiàn)網絡攝像機等。
參考文獻
[1] 周立功.深入淺出ARM7-LPC213x_214x(上)[M].北京:北京航天航空大學出版社,2008,6.
[2] 郭欣,孫泓波,顧紅.UPD6450和uPD6453在視頻字符疊加系統(tǒng)中的應用[J].電子技術應用,2006,12(3):254-256.

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