分享基于89C51的摄像镜头控制电路设计

视频监控作为一种远程监测、监控手段，以其信息的丰富性和结果的直观性受到诸多行业的青睐，被广泛应用于自动控制、产品检测、安全监控、信息采集等领域。

1 概述

视频监控作为一种远程监测、监控手段，以其信息的丰富性和结果的直观性受到诸多行业的青睐，被广泛应用于自动控制、产品检测、安全监控、信息采集等领域。其基本工作原理是通过摄像机采集被监视对象的图像信息，并传送到相应的终端设备和控制设备，实现监控功能。在这些系统中，摄像机拍摄的图像质量往往是系统应用效果的决定性因素，因此必须根据拍摄现场的条件对摄像机进行适当的控制。

目前，监控系统中采用的摄像机从结构上主要分为两类，一类是具有内置镜头的一体化摄像机，另一类是需要选配镜头的独立摄像机。前者结构简单使用方便，并且具备多种控制功能，允许用户直接通过相关设备远端控制各项拍摄参数(包括光圈大小、快门速度、图像增益、图像聚焦、变焦等)，运用灵活，但是由于其内置镜头性能的影响，限制了它的使用范围，在一些环境特殊或者拍摄要求较高的场合并不适用。而后一类摄像机可以根据拍摄现场的需要选配合适的摄像镜头，从而满足各种拍摄需要，但是对这类摄像机拍摄参数的控制相对困难，尤其是对光圈、聚焦、变焦等参数的调节必须通过对镜头本身进行控制来实现，因此需要额外增加一组摄像镜头控制电路来完成这一功能。

本文针对这一问题，讨论了三可变摄像镜头的控制方式和控制电路设计。

2 摄像镜头控制原理

摄像机镜头的主要参数包括：配套摄像机CCD(Charge Coupled Device电荷耦合器，即摄像机的光感元件)的大小、焦距、光圈、聚焦方式和接口，其中焦距、光圈和聚焦是在拍摄过程中需要精心调节的参数，尤其是光圈大小的调节更是摄像机适应光线变化的根本方法。按照摄像机镜头光圈的调节方式，镜头主要分为自动光圈和手动光圈两类。

自动光圈镜头根据驱动方式的不同分为视频驱动和直流驱动两种，但是都可以根据摄像机成像的亮度，通过镜头内部电路自动调节光圈的大小，从而达到较好的拍摄效果。这类镜头不需要过多的外部控制电路，尤其是视频驱动自动光圈镜头，仅需要将摄像机产生的视频图像模拟信号接入镜头光圈控制端即可。这类镜头虽然可以根据外部光线的情况自动调节光圈大小以达到较好的成像效果，但是由于其调节过程对于外部控制器是不开放的，因此在一些需要系统控制器进行特殊控制的场合并不完全适用。另外。目前的高清晰工业摄像机往往没有视频图像的模拟输出，因此使用自动光圈镜头也存在一些困难。

手动光圈镜头分为定焦镜头、手动光圈变焦镜头和三可变镜头。其中，定焦镜头和手动光圈镜头都需要通过手工调节镜头的光圈、聚焦等参数实现镜头的调节，因此对于自动工作的系统适应性较差。三可变镜头可以通过镜头内部电机进行光圈、变焦、聚焦的调节，实现镜头参数的完全电可控，便于自动控制系统和远端监控根据实际应用需要用程序调节镜头的拍摄参数．以满足特定的拍摄要求。本文主要针对这一类镜头，并以Computar的H6Z0812M型TV ZOOM LENS三可变镜头为例讨论其控制电路的设计。

此镜头的控制主要通过在三对控制信号线上加载+8 V～+12 V或-8 V～12 V电源实现。这三对控制信号线分别对应光圈、变焦、聚焦参数的调节，而每对控制信号的电源极性和存在时间长短决定了参数变化的方向和变化量的大小。例如：在光圈控制端输入+12 V电源则光圈变大，通电时间越长光圈开的越大：反之，输入-12 V电源则光圈变小。通电时间越长则光圈变得越小。本文所讨论的镜头控制电路主要按照系统终端或计算机的控制指令，为三可变镜头的三个输入端提供具有精确脉冲宽度、正确极性和合适幅度的控制电压信号，实现系统控制器对镜头参数的完全控制。

3 三可变镜头控制电路设计

根据前面的介绍，可以确定三可变镜头的控制电路完成控制功能需要三个步骤：1)与控制计算机进行通信，接收控制指令；2)解析控制指令的内容，生成基本控制信号；3)控制功率电路产生镜头控制所需的控制信号。由于需要完成数据通讯和指令解析的功能，本文选择具有串行通信接口的51系列单片机89C51为核心设计镜头的控制电路。电路与上述三个步骤的工作相对应，分为串行通信电路、中心控制电路、执行电路三个部分。

3.1 串行通信电路

89C51单片机的串行接口采用了TTL电平方式，即2.4 V以上代表数字1，0.45 V以下代表数字0，而一般的标准串行通信标准RS232则用大于+2V的电压表示数字0，用小于-2 V的电压表示数字1。因此，89C51与