嵌入式数字摄像机配置系统设计

　　本文以BASLER A202k面阵 CCD摄像机的配置为目标设计嵌入式摄像机配置系统。BASLER公司提供了2种摄像机配置方案：一是利用该公司提供的摄像机配置软件CCT+(Camera Configuration Tool Plus)，二是利用该公司提供的二进制配置命令，由用户编程实现。本文采用二进制配置命令，通过设计的嵌入式系统配置摄像机。该摄像机的二进制配置命令帧格式如下：

　　起始字 描述字 数据段 BCC 结束字

　　BCC是块检查字(Block Check Character)，需要由用户计算。主要的配置命令及其二进制帧格式如表1所示。

表中02h是起始字；03h是结束字。此外还有测试图像命令、选择启动点，视频输出格式选择、水平Binning和竖直Binning等命令。摄像机配置和摄像机特性的关系为：AOI(area of interesting)用于局部扫描的控制，Binning用于分辨率的控制，定时器用于曝光时间的控制等。

　　1 系统结构与原理

　　设计的摄像机配置系统所在的图像处理系统框架如图1所示。
其中RS232和RS644是控制通道所用的协议，即摄像机配置系统的通道； LVDS和Camera Link是数据通道用到的协议。

　　根据所在系统的通道协议和摄像机的配置命令，同时考虑到必要的人机交互，设计了摄像机配置系统3大模块：数据处理模块，对二进制配置命令进行必要的处理；通信模块，通过RS232串口收发摄像机配置命令；人机接口模块，用于对摄像机配置的调节更改以及配置参数的显示。此外还有支持处理器工作的时钟、电源等。系统的结构如图2所示。

系统的工作原理为：处理器接收数据输入，根据接收到的输入执行相应的操作，通过串口读写配置命令，从而达到对摄像机的配置调节，并根据需要显示配置参数。

　　2 硬件设计

　　由于高的性价比，单片机广泛应用于信号检测、信号处理、数据采集和控制系统中。设计的系统以AT89C51AC2单片机为处理器，以拨码开关、键盘阵列为调节输入，以数码管作为显示输出。同时利用了键盘／显示芯片Intel 8279简化系统设计。串口芯片选用MAX232A。系统工作时钟为11.059 2 MHz，整个系统采用+5 V单电源供电。系统的硬件结构图如图3所示。

以下介绍开关电路、键盘显示电路的设计和功能分配；串口电路和其他电路为单片机系统的常规电路，故此从略。

　　2.1 开关电路

　　利用单片机P1口的直接输入／输出功能，接开关和LED，单片机复位时，P1口皆为高电平，常态为高电平， LED不亮。当某一开关接通时，对应的P1.i口被拉成低电平，对应的LED亮。开关电路及其功能分配如表2所示。

2.2 键盘／显示电路

　　Intel 8279有键盘处理和自动显示功能。在8279内部有2个RAM：一是键盘 FIFO堆栈／传感器RAM，具有自动消抖动和双键互锁功能；另一个是显示RAM，最多可为16个数码管提供RAM。

　　设计的系统需要用到6个数码管，因此需要扩展8279的扫描输出线。选用3～8译码器74LS138来扩展，同时设8279的工作方式为外部译码方式。由于8279的驱动能力较弱，采用74ls06驱动。数码管编号为D0～D5。D0和D5分别表示显示数据的最低位和最高位，其余类推。

　　系统中采用30个键盘，编号为S0～S29，代表的操作如表3所示。

3 软件设计

　　软件系统的总体思想如下：首先对单片机和8279进行初始化，然后通过单片机，把不需要调整的命令送到摄像机对摄像机进行控制；再写进另一部分命令，先给一定的初值，送到摄像机，可以根据需要随时通过键盘进行调整，这部分命令一直存储于单片机的RAM。然后单片机不断查询键盘和开关，一旦有动作，就调用与动作相对应的子程序进行相应的处理。主程序流程图如图4所示。

3.1 存储单元的分配

　　AT89C51AC2内部有256 b的片内RAM，其中有一半为特殊寄存器，剩下的另一半可供用户自由使用。128 b的RAM不能存储所有的摄像机配置命令。为简化电路，硬件电路不外接RAM，系统采用分时复用策略使用这128 b的RAM。RAM的分配如下：00h到07h是寄存器R0到R7。08h到0fh用以传送开关命令和暂存从摄像机读回的命令；10h到15h用以暂存经过调整要传送给8279的显示RAM的数据；16h到18h用以暂存从命令帧中提取的数据；19h到1ch用以暂存命令数据的上下限。20h之后的RAM，用以存放经常调整的摄像机配置命令。

3.2 数据处理

　　3.2.1 显示预处理

从摄像机读回