CN2737100Y - 基于can总线的云台控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线通信的云台控制系统，包括上位监控计算机、232－CAN网桥、基于CAN总线通信的云台控制器和云台及CCD摄像机，上位监控计算机经其通讯接口与232－CAN网桥连接，232－CAN网桥经两线制CAN总线平行连接到各个云台控制器，每个云台控制器的控制输出口连接到各自控制的云台及其CCD摄像机；232－CAN网桥将上位监控机计算输出的RS－232控制信号转换为CAN总线通信信号，通过CAN总线的传输，实现上位机与各个云台控制器之间的通信，从而远程控制云台及CCD摄像机。本实用新型采用原有的监控软件和视频服务器，只需在主机串口上插上232－CAN网桥，最大程度地保留现有监控网络设备，不改变网络布线，完成从RS－485向现场总线CAN的升级。

Description

基于CAN总线的云台控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用于安防等监控领域的基于CAN总线通信的云台控制系统。

背景技术

目前，绝大多数云台控制系统采用的是RS-485通信，以此实现控制、监测信号的传输。在过去的20年的时间里，建议性标准RS-485作为一种多点差分数据传输的电气规范，被应用在许多不同的领域作为数据传输链路；而且基于在RS-485总线上只能有一个主机的特点，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。但是RS-485只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输介质和应用层通信协议，因而在当时看来是一种相对经济、具有相当高噪声抑制、较高传输速率、较远传输距离和宽共模范围的通信平台。由于RS-485总线本身存在的许多局限性，随着科技的发展和对通信要求的提升，没有完整的协议规约、RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等缺点慢慢的暴露出来。目前提出的各种改进的方法和建议都不能从根本上解决RS-485这些先天性的问题。基于RS-485通信的云台控制器同样具有这些问题，因此对云台控制网络的扩展、功能强化、应用环境要求都会有所限制。尽管国内RS-485总线仍然会有一段生命周期，但开始寻求一种更好更彻底的解决方案具有前瞻性意义。

CAN总线作为到目前为止惟一具有国际标准的现场总线技术，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。它已经不再局限于汽车行业，而广泛应用到航空航天、机械工业、工业现场控制、智能小区、环境监控、家用电器等领域。尤其近年来其在国内的迅速推广，使其成本逐渐降低，应用领域也更加广阔。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够远程控制云台及其中的CCD摄像机的基于CAN总线通信的云台控制系统。

本实用新型的目的可通过以下的技术方案实现：包括安装云台监控软件的上位监控计算机、232-CAN网桥、基于CAN总线通信的云台控制器和云台及其中的CCD摄像机，上位监控计算机经其通讯接口与232-CAN网桥连接、232-CAN网桥经两线制CAN总线平行连接到各个云台控制器，每个云台控制器的控制输出口连接到各自控制的云台及其CCD摄像机；232-CAN网桥将上位监控机计算输出的RS-232控制信号转换为CAN总线通信信号，控制信号通过CAN总线的传输，以此实现上位机与各个基于CAN总线的云台控制器之间的通信，从而远程控制云台及其中的CCD摄像机。

所述基于CAN总线通信的云台控制器包括电源电路、CAN总线通信控制电路、外围扩展数据存储器电路和外围输出执行电路，所述的CAN总线通信控制电路包括带CAN控制器的单片机、CAN总线驱动器、光电隔离模块和DC/DC隔离电源模块，DC/DC隔离电源模块为单片机独立供电，带CAN控制器的单片机的CAN信号输入输出端各经一个光电隔离模块与CAN总线驱动器连接，CAN总线驱动器驱动外围输出执行电路输出控制信号。

所述232-CAN网桥包括CAN总线通信控制电路和RS-232收发电路，所述的CAN总线通信控制电路包括带CAN控制器的单片机、CAN总线驱动器、光电隔离模块和DC/DC隔离电源模块，DC/DC隔离电源模块为光电隔离模块及其隔离后的器件独立供电，带CAN控制器的单片机的CAN信号输入输出端各经一个光电隔离模块与CAN总线驱动器连接，RS-232收发电路与单片机上的相应接口连接。

所述CAN总线驱动器连接用于滤除高频和抑制瞬变浪涌电压的抗干扰电路；在CAN总线驱动器与CAN总线之间连接有限制大电流通过的保护电路；在CAN总线的连接总线之间连接有防雷保护电路。

所述外围扩展数据存储器为串行可编程存储器EEPROM。

本实用新型采用原有的监控软件和视频服务器，只需在主机串口上插上232-CAN网桥，替代原来的232-485网桥，并连接上两线制总线，再用基于CAN总线通信的云台控制器替代原有控制器，其它设备都无需变更。只要编程遵循原有的控制协议，即可与原有的上位机软件兼容，最大程度地保留现有监控网络设备，不改变网络布线，完成从RS-485向现场总线CAN的升级。

本实用新型基于CAN总线通信方式与传统RS-485通信方式相比，具有通信距离远(通信速率为5Kbps时可达10Km)，数据传输率高，可靠性极高，抗干扰能力强，具有非破坏性总线仲裁，支持竞争，通信采用多主对等方式，后期维护成本低，可靠的错误处理和检错机制，通讯失败率低，总线利用率高，网络调试容易等优点。本实用新型可通过上位机直接对各云台控制器进行编址，可以控制多个云台同时动作；各个云台控制器之间可以进行通信，实现联动、跟踪监控功能。所采用的微控制器P87C591带有6路模拟输入的10位ADC，2个8位分辨率的脉宽调制输出，具有丰富的I/O口，P0、P2口没有使用，极易用来作为输入通道，接入其他传感器(例如烟雾传感器和红外探测传感器)，实现对目标的综合监控；此外由于微控制器和总线驱动器都支持待机睡眠模式，所以还具有节电能力。

附图说明

图1为本实用新型的系统连接示意图；

图2为本实用新型系统中基于CAN总线的云台控制器原理框图；

图3为本实用新型系统中232-CAN网桥原理框图；

图4为上述基于CAN总线的云台控制器电路原理图；

图5为上述232-CAN网桥电路原理图；

图6为云台控制器中执行的程序流程图；

图7为232-CAN网桥中执行的程序流程图。

具体实施方式

图1为整个系统连接示意图，包括安装云台监控软件的上位监控计算机、232-CAN网桥、基于CAN总线通信的云台控制器和云台及其中的CCD摄像机，上位监控计算机经其通讯接口与232-CAN网桥连接、232-CAN网桥经两线制CAN总线平行连接到各个云台控制器，每个云台控制器的控制输出口连接到各自控制的云台及其CCD摄像机；232-CAN网桥将上位监控机计算输出的RS-232控制信号转换为CAN总线通信信号，控制信号通过CAN总线的传输，以此实现上位机与各个基于CAN总线的云台控制器之间的通信，从而远程控制云台及其中的CCD摄像机。上位机采用已安装云台监控软件的高性能计算机，主板上插入视频采集卡，视频采集卡与视频输入同轴电缆相连，计算机的COM口与232-CAN网桥相连。网桥采用2根线与各云台控制器连接，不仅计算机可以控制多个云台动作，而且各个云台控制器之间可以通过总线进行通信，232-CAN网桥也可作为一个站点收发数据。总线上的站点数可达110个。

图2基于CAN总线的云台控制器原理框图，包括电源电路、CAN总线通信控制电路、外围扩展数据存储器电路和外围输出执行电路，所述的CAN总线通信控制电路包括带CAN控制器的单片机、CAN总线驱动器、光电隔离模块和DC/DC隔离电源模块，DC/DC隔离电源模块为单片机独立供电，带CAN控制器的单片机的CAN信号输入输出端各经一个光电隔离模块与CAN总线驱动器连接，CAN总线驱动器驱动外围输出执行电路输出控制信号；CAN总线驱动器上连接有防干扰电路和保护电路。

图4为云台控制器原理图。交流220V经过变压器，输出交流24V(仅供交流电机使用)和交流12V(提供其他所需工作电源)。在交流220V和交流24V的公共端串有温度保险管F1，以防止大电流和温度过高，提供保护作用。交流12V分别接两个整流桥堆整流，再接三端稳压器7812(两片)、7805、7806和若干滤波电容，提供直流电源CAM12V(提供CCD摄像机电源+12V)、12V(提供继电器线圈电流)、6V(提供CCD摄像机控制电源)、VCC(单片机系统工作电源+5V)。

微控制器采用带CAN控制器的单片机P87C591，TXDC为CAN接收器输入脚，其接电阻R1后，再与光电耦合器件N1连接；RXDC为CAN接收器输出脚，其与光电耦合器件N2连接；通过两个光电耦合器件N1、N2(这里选用高速光耦6N137)，加上DC/DC隔离电源模块B0505S提供一个隔离的+5V电源VDD和地CGND，使控制器不直接与CAN总线驱动器TJA相连，以此增强CAN总线节点的抗干扰能力并与总线隔离。CAN总线驱动器可选用82C250，TJA1040、TJA1050等，这里选用TJA1040(其本身具有限流、过热保护、自动关闭等功能)。TJA的6脚和7脚为CAN电压输入/输出引脚，分别接终端匹配电阻R6、R7，与地之间接电容C7、C8、C9滤除总线上的高频干扰并具有一定的防电磁辐射的能力；接稳压管D6、D7通过其过压导通来抑制瞬变干扰并可防止浪涌电压对CAN总线驱动器的冲击；另外，在CAN总线驱动器TJA与总线之间串接自恢复保险F4、F5，限制大电流通过；在连接总线端CANL和CANH与地之间接一个气体放电防雷管WDT，通过其放电消耗脉冲幅值高、时间短、能量大的浪涌波，实现本地站点防雷击。WDT为微控制器复位芯片，可选用MAX705等，这里选用廉价、体积小的TCM809，在系统上电、掉电、节电情况下，输出RST信号让单片机可靠复位。

单片机P87C591的P1.6、P1.7引脚接具有I2C总线接口的串行可编程存储器EEPROM，可选用24X02系列，这里选用AT24CO2芯片，作备份数据，产品信息，协议控制用，最主要是对各站点编址，进行地址管理。

单片机P87C591的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5口和所有P3口都接5.1K上拉电阻，作为输出控制信号口。其中P1.2、P1.3、P1.4、P1.5和P3.0、P3.1接驱动器ULN2803后，输出信号OT1、OT2、OT3、OT4、OT5、OT6分别接继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6控制信号端，控制继电器的开合。K1、K2、K3、K4、K5分别控制云台的上、下、左、右和自动动作，K6控制CCD工作电源+12V的开关。P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7两个为一组与三片电机驱动芯片LG9110的输入控制信号端相连，控制LG9110的输出端输出正反向6V，实现CCD摄像机IRIS、FOCUS、ZOOM操作，三片LG9110的输出口OB(第4引脚)连接作为CCD摄像机控制公共端。J3为输出控制信号连接端子，AC24接云台控制信号输入的公共端，UP、DOWN、LEFT、RIGHT、AUTO对应接云台上、下、左、右、自动控制信号输入端，+12V、GND接CCD摄像机的电源端，I、Z、F、CM对应接CCD摄像机IRIS、ZOOM、FOCUS控制信号输入端及其COM端。云台控制器中执行的程序流程如图6所示。

图3为232-CAN网桥原理框图，包括CAN总线通信控制电路和RS-232收发电路，所述的CAN总线通信控制电路包括带CAN控制器的单片机、CAN总线驱动器、光电隔离模块和DC/DC隔离电源模块，DC/DC隔离电源模块为光电隔离模块及其隔离后的器件独立供电，带CAN控制器的单片机的CAN信号输入输出端各经一个光电隔离模块与CAN总线驱动器连接，RS-232收发电路与单片机上的相应接口连接。

图5是232-CAN网桥原理图，该网桥采用单独外接电源适配器提供+5V工作电源VCC。与图4相同的CAN总线通信控制电路部分不再重述。电路中加入RS-232转换芯片SP，这里选用体积小且省电的SP3220芯片，也可以选用MAX232系列。SP3220周围加上5个电容SPC1、SPC2、SPC3、SPC4、SPC5，一边与P87C591的串行输入口P3.0、串行输入口P3.1相连，另一边与DB9针母头相连，可以直接插入计算机的COM口。232-CAN网桥中执行的程序流程如图7所示。为了使网桥体积小，方便与计算机相连，网桥设计尽量采用了贴片和小型元件。

Claims (4)

1、一种基于CAN总线通信的云台控制系统，包括安装云台监控软件的上位监控计算机、云台及其CCD摄像机，其特征在于：还包括用于将控制信号转换为CAN总线通信信号的232-CAN网桥和基于CAN总线通信的云台控制器，上位监控计算机经其通讯接口与232-CAN网桥连接，232-CAN网桥经两线制CAN总线将控制信号并行传输到各个基于CAN总线的云台控制器，每个云台控制器的控制输出口连接到各自控制的云台及其CCD摄像机。

2、根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的云台控制系统，其特征在于：所述基于CAN总线通信的云台控制器包括电源电路、CAN总线通信控制电路、外围扩展数据存储器电路和外围输出执行电路，所述的CAN总线通信控制电路包括带CAN控制器的单片机、CAN总线驱动器、光电隔离模块和DC/DC隔离电源模块，DC/DC隔离电源模块为光电隔离模块及其隔离后的器件独立供电，带CAN控制器的单片机的CAN信号输入输出端各经一个光电隔离模块与CAN总线驱动器连接，CAN总线驱动器驱动外围输出执行电路输出控制信号。

3、根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的云台控制系统，其特征在于：所述232-CAN网桥包括CAN总线通信控制电路和RS-232收发电路，所述的CAN总线通信控制电路包括带CAN控制器的单片机、CAN总线驱动器、光电隔离模块和DC/DC隔离电源模块，DC/DC隔离电源模块为光电隔离模块及其隔离后的器件独立供电，带CAN控制器的单片机的CAN信号输入输出端各经一个光电隔离模块与CAN总线驱动器连接，RS-232收发电路与单片机上的相应接口连接。

4、根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的云台控制系统，其特征在于：所述CAN总线驱动器连接用于滤除高频和抑制瞬变浪涌电压的抗干扰电路；在CAN总线驱动器与CAN总线之间连接有限制大电流通过的保护电路；在CAN总线的连接总线之间连接有防雷保护电路。

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