CN101321237B - 无线云台户外控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线云台户外控制装置及方法，包括计算机、无线发射模块、无线云台解码器、云台、锂电池，无线云台解码器由无线接收模块、解码器模块以及逆变系统组成，将无线接收模块、解码器模块和逆变系统集成在一起组成无线云台解码器，计算机通过串行接口与无线发射模块相连，无线云台解码器分别设置接口与锂电池和云台连接。本发明通过计算机进行控制，无线系统的应用解决了空间布线的困难；另一方面，采用锂电池供电系统，适用于野外环境。

Description

无线云台户外控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种动物行为学仪器中摄像机承载及控制装置，具体涉及一种无线云台户外控制装置及方法。

背景技术

动物行为学的发展和行为学研究仪器是紧密相关的，随着计算机、视频技术和无线通信方面的发展，在动物监控、无线跟踪及动物行为分析方面的研究有了显著的提高。目前，动物行为监控设备主要由监控终端，一般为数字摄像机，传输设备和数据处理分析设备组成。室内设备的数据传输一般由电线或电缆来完成，而对于野外监控来说，有线设备则不能满足要求。因此，对于野外监控装置的传输设备一般采用无线方案来替代电线和电缆。另外，在某些无市电供电网络的环境下，系统的电源设计便显得尤为重要。目前，独立型交流负载供电的方案大多数用直流电源如蓄电池、太阳能光伏组件等和逆变系统结合的方案。据调研，基于电池供电的无线交流云台系统的建立尚为数不多。这样便给特殊的环境下的应用便造成了很多的不便。因此，亟待一种集成两种优势的云台控制系统的建立，云台是安装、固定摄像机的支撑设备，在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域。

发明内容

本发明的目的为了解决在特殊环境下应用的困难，并且弥补以往云台解码器的一些不足，特提供一种野外环境下的无线云台户外控制装置及方法，利用计算机并通过无线系统对云台进行实时有效的控制。

本发明技术方案为：无线云台户外控制装置，包括计算机、无线发射模块、无线云台解码器、云台、锂电池，无线云台解码器由无线接收模块、解码器模块以及逆变系统组成，将无线接收模块、解码器模块和逆变系统集成在一起组成无线云台解码器，计算机通过串行接口与无线发射模块相连，无线云台解码器分别设置接口与锂电池和云台连接。

无线云台解码器集成无线接收模块、解码器模块以及逆变系统三个部分，解码器与无线接收模块共用一个单片机，单片机通过输出I/O口与无线接收模块引脚连接，并通过另一输出I/O口依次与解码器的驱动电路、固态继电器相连，固态继电器分别连接逆变系统的24VAC输出和云台输入接口，逆变系统为：BOOST升压电路与全桥逆变电路相连，再至逆变系统的24VAC输出，其中BOOST电路采用正弦脉宽调试芯片作控制器，全桥逆变电路采用单片机作控制器，完成正弦脉宽调制波形的产生、闭环控制以及过压过流保护等功能。

无线发射模块主要以单片机为控制核心，无线收发模块通过输出I/O口与单片机连接，计算机控制信号通过芯片MAX232与单片机串口端相连接。其中，无线模块与单片机工作电压均为3.3V。

计算机、云台、锂电池、无线发送模块、无线接收模块、解码器模块和逆变系统都可以从市场上购买得到；再将无线接收模块、解码器模块、逆变系统集成在一起成无线云台解码器。

无线云台户外控制方法，按以下步骤进行：(1)计算机根据云台控制协议，云台控制协议为云台动作所需要的指令，为云台解码器的通用协议，由串口将协议发送给无线发送模块，无线发送模块将指令无线发送出去；(2)无线云台解码器的无线接收模块接收到无线发送模块的指令并发送给单片机，单片机根据指令控制解码器模块的驱动电路和固态继电器配合工作驱动云台往不同方向运动；其中解码器模块的供电由集成于无线云台解码器中的逆变系统连接24V锂电池供电。

无线云台解码器的解码模块控制流程为：首先无线接收模块接收到云台动作协议发送给单片机，单片机根据收到的协议做出判断控制输出口的5个I/O口开或合，信号电流经过驱动电路触发固态继电器开或合输出的24V交流信号控制云台进行相应的动作。

无线云台解码器的逆变系统控制流程为：首先将锂电池输入的24V直流电压通过BOOST升压电路升压到48V直流电压，然后电压信号通过正弦脉宽调制，全桥驱动电路，全桥整流电路和滤波电路最终输出为24V的工频交流电压信号驱动云台动作。

将无线云台的控制软件安装在计算机及各控制器中就成，控制软件主要有计算机控制端交互界面程序、解码板控制器单片机内部程序和逆变系统控制器单片机内部程序。

本发明的优点：一方面，无线系统的应用解决了空间布线的困难；另一方面，采用锂电池供电系统，适用于野外环境。

附图说明

图1为本发明的控制系统图。

图2为本发明的总件控制方框图。

图3为本发明的解码器模块方框图。

图4为本发明的逆变系统方框图。

图5为本发明的解码器控制器流程图。

图6为本发明的逆变系统控制器流程图。

具体实施方式

本发明的工作原理和操作过程如图1所示。如图1所示，本发明包括计算机1、无线发射模块2、锂电池3、无线云台解码器4、云台5，无线云台解码器4由无线接收模块、解码器模块以及逆变系统组成，将无线接收模块、解码器模块和逆变系统集成在一起组成无线云台解码器，计算机1通过串行接口与无线发射模块2相连，无线云台解码器4分别设置接口与锂电池3和云台5连接。

无线云台解码器集成无线接收模块、解码器模块以及逆变系统三个部分，解码器与无线接收模块共用一个单片机(AT89S52)，AT89S52通过控制其输出I/O口与无线接收模块引脚连接，并通过另一输出I/O口依次与解码器的驱动电路、固态继电器相连，固态继电器分别连接逆变系统的24VAC输出和云台输入接口，逆变系统采用先用BOOST电路升压后再经过全桥逆变电路至逆变系统的24VAC输出，其中BOOST电路采用UC3842作控制器，UC3842是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片型号，在该升压电路中作为主芯片使用；全桥逆变电路采用PIC16F73单片机作控制器。

计算机、云台、锂电池、无线发送模块、无线接收模块、解码器模块和逆变系统都可以从市场上购买得到；再将无线接收模块、解码器模块、逆变系统集成在一起成无线云台解码器。

本装置中计算机根据云台协议通过串行接口发送出控制云台上、下、左、右、左上、左下、右上、右下动作的协议，无线发送模块将相应的指令信号，经其调制发射。而无线云台解码器包括无线接收模块、解码器模块以及逆变系统；无线云台解码器的无线接收模块接收到信号后解调，并对协议进行解析之后送给解码器模块，从而控制相应的固态继电器动作，从而实现云台的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下运动。装置的供电由集成于解码器中的逆变系统完成，电源采用24V锂电池供电，并将24V直流电逆变成24V、50HZ交流电结合供给云台动作。因此，本装置只需简单的操作便可实现云台的灵活运动。

解码器模块工作原理：首先无线接收模块接收到云台动作协议并发送给单片机，单片机根据收到的协议做出判断控制输出口的5个I/O口开或合，信号电流经过驱动电路触发固态继电器开或合输出的24V交流信号控制云行相应的动作。

逆变系统方框如图4所示，首先将锂电池输入的24V直流电压通过BOOST升压电路升压到48V直流电压，然后电压信号通过正弦脉宽调制，全桥驱动电路，全桥整流电路和滤波电路最终输出为24V的工频交流电压信号驱动云台动作。

逆变系统升压电路工作原理：将输入电压既供给芯片，又供给升压变换。开关管以设定的频率周期开闭，使电感储存能量并释放能量。当开关管导通时，电感开始充电，把能量储存在电感中；当开关截止时，电感产生反向感应电压，通过二极管把储存的电能释放到输出电容器中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。

逆变系统逆变电路工作原理：首先单片机通过内部软件产生两路正弦脉宽调制信号，然后经过逻辑变换电路变换成逆变桥所需要的四路信号；经过驱动芯片后分别加到逆变桥的四个MOS管的栅极，再经过全桥整流滤波电路输出交流电压信号。

逆变系统控制部分工作原理：为了提高电压的稳定性，采用了电压反馈闭环来实现逆变系统控制。输出电压经过电压互感器取样并由运算电路将电平转换为单片机A/D转换能接收的电压信号，并送入单片机进行A/D转换后得到反馈电压值，调整正弦脉宽调制信号的脉宽，从而保证输出电压的稳定。

解码器控制器流程如图5所示，首先将单片机和接收模块初始化并设置接收模块为接收工作模式；然后检查数据准备就绪位DR是否为高电平，若不是继续等待直到DR变为高电平，若是读取数据并将数据送入数据缓冲区；最后对送入缓冲区的字符指令进行解析并发送出相应的动作命令。

逆变系统控制器流程如图6所示，首先进行配置字、变量和子函数的定义；将单片机初始化并等待开机按键检测，若检测按键未按下继续等待；若检测按下，开机标志位为1，单片机的两个输出端口产生两路正弦脉宽调制波；接着开启电流检测来判断电流采样值是否超过设定值，若超过，继续进行电流检测；若没超过，判断电池电压是否在设定范围内，若不在设定范围内，继续进行电压检测；若在设定范围内，控制电压稳定输出；最后不断检测开机标志位是否为0，若是0，则关闭电压输出，若是1，则继续稳定输出电压。

Claims (2)

1.无线云台户外控制装置，包括计算机、无线发射模块、无线云台解码器、云台、锂电池，无线云台解码器由无线接收模块、解码器模块以及逆变系统组成，其特征在于：将无线接收模块、解码器模块和逆变系统集成在一起组成无线云台解码器，计算机通过串行接口与无线发射模块相连，无线云台解码器分别设置接口与锂电池和云台连接；所述的无线云台解码器集成无线接收模块、解码器模块以及逆变系统三个部分，解码器与无线接收模块共用一个单片机，单片机通过输出I/O口与无线接收模块引脚连接，并通过另一输出I/O口依次与解码器的驱动电路、固态继电器相连，固态继电器分别连接逆变系统的24VAC输出和云台输入接口，逆变系统为：BOOST升压电路与全桥逆变电路相连再至逆变系统的24VAC输出，其中BOOST升压电路采用正弦脉宽调试芯片作控制器，全桥逆变电路采用PCI单片机作控制器。

2.无线云台户外控制方法，按以下步骤进行：(1)计算机根据云台控制协议，云台控制协议为云台动作所需要的指令，为云台解码器的通用协议，由串口将协议发送给无线发送模块，无线发送模块将指令无线发送出去；(2)无线云台解码器的无线接收模块接收到无线发送模块的指令并发送给单片机，单片机根据指令控制解码器模块的驱动电路和固态继电器配合工作驱动云台往不同方向运动；其中解码器模块的供电由集成于无线云台解码器中的逆变系统连接24V锂电池供电，所述的无线云台解码器的解码模块控制流程为：首先无线接收模块接收到云台控制协议发送给单片机，单片机根据收到的协议做出判断控制输出口的5个I/O口开或合，信号电流经过驱动电路触发固态继电器开或合输出的24V交流信号控制云台进行相应的动作，所述的无线云台解码器的逆变系统控制流程为：首先将锂电池输入的24V直流电压通过BOOST升压电路升压到48V直流电压，然后电压信号通过正弦脉宽调制，全桥驱动电路，全桥整流电路和滤波电路最终输出为24V的工频交流电压信号驱动云台动作。

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