港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统的制作方法

本实用新型属于视频监控技术领域，尤其是涉及一种港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统。

背景技术：

现有岸桥吊具追踪系统中，基本为吊具运行距离达到一定值时再进行相机变倍的追踪方式，此方式在实际港口岸桥吊具运行时，会出现图像滞后，且图像变化不连续的卡顿现象。再加上吊具属于柔性连接，整个系统处于振动较大的恶劣环境中，图像抖动严重，导致操作人员出现不适感。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统，以解决吊具振动对输出图像稳定性的影响，减缓图像抖动，解决操作人员的不适感和摄像系统变倍不连续的卡顿现象。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统，包括摄像模块、同步连续追踪控制板和PLC控制模块，所述摄像模块包括摄像装置、连接带、摄像装置托架、云台、减震装置和安装支架，所述摄像装置通过连接带与所述摄像装置托架固定连接，所述摄像装置托架下方安装所述云台，所述云台底部安装所述减震装置，所述减震装置底部通过安装支架与所述安装设备固定连接；所述同步连续追踪控制板包括电源电路、CPU控制电路和通讯接口电路，所述PLC控制模块安装在吊具上，用于采集吊具与地面的距离及相对位置信息，所述摄像模块用于追踪吊具运行过程，所述CPU控制电路通过所述通讯接口电路信号连接至所述PLC控制模块、摄像装置内部的控制器，电源电路为整个系统供电。

进一步的，所述电源电路包括稳压块N1和TVS二极管，所述稳压块N1的型号为LM7805CV，TVS二极管的型号为SMBJ15A，所述稳压块N1的第三引脚输入电压为VCC，且分别经电容C5接地、经电容C6接地、经电容C7接地、经TVS二极管S2接地、经电阻R2和发光二极管HL2后接地，稳压块N1的第二引脚接地，第一引脚连接至+12V电源，稳压块N1的第一引脚分别经电容C4接地、经电容C3接地、经电容C2接地、经电容C1接地、经电阻R1和发光二极管HL1后接地、经熔断器F1连接至端子组XT1。

进一步的，所述CPU控制电路包括处理器IC1和图像信号处理单元J1，所述处理器IC1是型号为ATmega128A的单片机，图像信号处理单元J1的型号为ISP-2，处理器IC1的引脚PEO、引脚PE1、引脚PB1和引脚RESET/分别连接至所述图像信号处理单元J1引脚5、引脚7、引脚1和引脚9，所述图像信号处理单元J1的引脚2经电阻R3和二极管D1后接地，引脚3接地，所述二极管D1的型号为IN4148；处理器IC1的引脚RESET/分别经电容C8接地、经电阻R4后连接至电源VCC，引脚AVCC经电容C9接地，引脚FPO经电阻R5和发光二极管HL3接地，引脚FP1经电阻R6和发光二极管HL4接地。

进一步的，所述通讯接口电路包括若干并联的低功耗收发器，所述收发器的型号为SN65HVD3082ED，收发器IC2的引脚1经过电阻R5连接至所述处理器IC1的RXD1引脚，引脚4经电阻R6连接至所述处理器IC1的TXD1引脚，引脚2和引脚3均连接至所述处理器IC1的OC3A引脚，引脚5接地，引脚6经熔断器F3连接至端子排XT2，引脚7经熔断器F2连接至所述端子排XT2，所述引脚7与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S4、与所述引脚6之间串联一个电阻R9，所述电阻R9并联一个双向二极管S5，所述引脚6与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S3，收发器IC2的引脚8经电容C10接地，且连接至电源VCC；收发器IC3的引脚1经过电阻R7连接至所述处理器IC1的RXD1引脚，引脚4经电阻R8连接至所述处理器IC1的TXD1引脚，引脚2和引脚3均连接至所述处理器IC1的OC3A引脚，引脚5接地，引脚6经熔断器F5连接至端子排XT2，引脚7经熔断器F4连接至所述端子排XT2，所述引脚7与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S7、与所述引脚6之间串联一个电阻R10，所述电阻R10并联一个双向二极管S8，所述引脚6与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S6，收发器IC2的引脚8经电容C11接地，且连接至电源VCC。

进一步的，所述熔断器F2、熔断器F3、熔断器F4和熔断器F5的型号均为MF-R010。

进一步的，TVS二极管S3、TVS二极管S4、TVS二极管S6和TVS二极管S7的型号均为SMBJ15A。

进一步的，所述减震装置包括一对安装板和若干减震器，一对所述安装板上支架均匀的安装所述减震器，所述减震器的数量为四个。

进一步的，所述减震器由金属与橡胶复合制成，金属表面一端包复橡胶，另一端与所述安装板固定连接。

进一步的，摄像装置的外壳及云台的材质均为高强度不锈钢。

进一步的，所述摄像装置和所述云台的外部安装有防坠落保险装置。

相对于现有技术，本实用新型所述的港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统，通过采用防抖算法以及应用新型的机械结构设计形式，用以克服吊具振动对输出图像稳定性的影响，减缓图像抖动，解决操作人员的不适感。

(2)本实用新型所述的港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统，采用预判变倍位置算法控制相机调整视角，根据吊具实时运行速度同步调整摄像机变倍速度，并通过获取当前变倍值与预判值进行比较的闭环处理方式，将相机变倍与吊具运行进行匹配，做到同步连续追踪吊具的效果。

(3)本实用新型所述的港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统，摄像装置的外壳及云台的材质均为高强度不锈钢，具有很好的耐腐蚀性能，大大延长了系统的寿命。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统示意图；

图2为本实用新型实施例所述的电源电路图；

图3为本实用新型实施例所述的CPU控制电路图；

图4为本实用新型实施例所述的通讯接口电路图；

图5为本实用新型实施例所述的摄像模块的主视图；

图6为本实用新型实施例所述的摄像模块的侧视图；

图7为本实用新型实施例所述的减震装置示意图一；

图8为本实用新型实施例所述的减震装置示意图二；

图9为本实用新型实施例所述的安装板的结构示意图；

图10为本实用新型实施例所述的摄像装置1倍焦距时对应吊具距离示意图。

附图标记说明：

1-摄像装置；2-连接带；3-摄像装置托架；4-云台；5-减震装置；51-安装板；52-减震器；6-安装支架；7-安装设备；8-防坠落保险装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

港口岸桥吊具抗振同步连续追踪系统，如图1至图10所示，包括摄像模块、同步连续追踪控制板和PLC控制模块，所述摄像模块包括摄像装置1、连接带2、摄像装置托架3、云台4、减震装置5和安装支架6，所述摄像装置1通过连接带2与所述摄像装置托架3固定连接，所述摄像装置托架3下方安装所述云台4，所述云台4底部安装所述减震装置5，所述减震装置5底部通过安装支架6与所述安装设备7固定连接；所述同步连续追踪控制板包括电源电路、CPU控制电路和通讯接口电路，所述PLC控制模块安装在吊具上，用于采集吊具与地面的距离及相对位置信息，所述摄像模块用于追踪吊具运行过程，所述CPU控制电路通过所述通讯接口电路信号连接至所述PLC控制模块、摄像装置1内部的控制器。

电源电路为整个系统供电；

CPU控制电路将接收到的包含吊具运行状态的PLC指令转换为摄像系统同步连续追踪的控制指令；

通讯接口电路将TTL信号和RS485信号相互转换，并具有过压过流保护功能。

本发明具有吊具同步连续追踪功能，同时具有抗振防抖功能。本系统具有PLC通讯功能、相机通讯功能、吊具跟踪算法运算功能，抗震防抖功能。

所述电源电路包括稳压块N1和TVS二极管，所述稳压块N1的型号为LM7805CV，TVS二极管的型号为SMBJ15A，所述稳压块N1的第三引脚输入电压为VCC，且分别经电容C5接地、经电容C6接地、经电容C7接地、经TVS二极管S2接地、经电阻R2和发光二极管HL2后接地，稳压块N1的第二引脚接地，第一引脚连接至+12V电源，稳压块N1的第一引脚分别经电容C4接地、经电容C3接地、经电容C2接地、经电容C1接地、经电阻R1和发光二极管HL1后接地、经熔断器F1连接至端子组XT1。

电源电路输入电压DC12V，为整个系统提供DC12V和DC5V电压。输入端加入自恢复保险，并设有TVS二极管SMBJ15A，当有过压和过流时均能够保证后端电路不被损坏。

所述CPU控制电路包括处理器IC1和图像信号处理单元J1，所述处理器IC1是型号为ATmega128A的单片机，图像信号处理单元J1的型号为ISP-2，处理器IC1的引脚PEO、引脚PE1、引脚PB1和引脚RESET/分别连接至所述图像信号处理单元J1引脚5、引脚7、引脚1和引脚9，所述图像信号处理单元J1的引脚2经电阻R3和二极管D1后接地，引脚3接地，所述二极管D1的型号为IN4148；处理器IC1的引脚RESET/分别经电容C8接地、经电阻R4后连接至电源VCC，引脚AVCC经电容C9接地，引脚FPO经电阻R5和发光二极管HL3接地，引脚FP1经电阻R6和发光二极管HL4接地；

CPU控制电路以ATmega128A单片机作为处理器，接收外部PLC控制模块的RS485控制信号，根据吊具PLC提供的与地面的距离及相对位置信息(吊具在地面以上或地面以下)，计算吊具与相机的距离，根据单倍图像的焦距，计算出应该变化的倍数，然后计算出变倍数对应的变倍电机坐标值；通过采集相机当前坐标计算出预定坐标与当前坐标的差值，计算出需要选择的速度等级，一起发送给相机，进行变倍处理，进而实现吊具运行与相机变倍同步且连续。

所述通讯接口电路包括若干并联的低功耗收发器，所述收发器的型号为SN65HVD3082ED，收发器IC2的引脚1经过电阻R5连接至所述处理器IC1的RXD1引脚，引脚4经电阻R6连接至所述处理器IC1的TXD1引脚，引脚2和引脚3均连接至所述处理器IC1的OC3A引脚，引脚5接地，引脚6经熔断器F3连接至端子排XT2，引脚7经熔断器F2连接至所述端子排XT2，所述引脚7与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S4、与所述引脚6之间串联一个电阻R9，所述电阻R9并联一个双向二极管S5，所述引脚6与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S3，收发器IC2的引脚8经电容C10接地，且连接至电源VCC；

收发器IC3的引脚1经过电阻R7连接至所述处理器IC1的RXD1引脚，引脚4经电阻R8连接至所述处理器IC1的TXD1引脚，引脚2和引脚3均连接至所述处理器IC1的OC3A引脚，引脚5接地，引脚6经熔断器F5连接至端子排XT2，引脚7经熔断器F4连接至所述端子排XT2，所述引脚7与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S7、与所述引脚6之间串联一个电阻R10，所述电阻R10并联一个双向二极管S8，所述引脚6与所述引脚5之间串联一个TVS二极管S6，收发器IC2的引脚8经电容C11接地，且连接至电源VCC；

所述熔断器F2、熔断器F3、熔断器F4和熔断器F5的型号均为MF-R010，

TVS二极管S3、TVS二极管S4、TVS二极管S6和TVS二极管S7的型号均为SMBJ15A。

通讯接口电路实现RS485信号和TTL信号相互转换。接口设置自恢复保险与TVS二极管SMBJ5A组成的保护电路，能够承受AC48V的误接电压。

吊具的运行与相机变倍的规律：

a、吊具与摄像装置1的距离和相机变倍值成正比；

b、吊具运行速度(m/s)与摄像装置1变倍速度(倍/s)成正比。

根据上述规律，当相机处于1倍变倍视角为60°，吊具长11.54m，图像正好看到吊具边缘的时候，物距(物体距相机的距离)为(11.54/2)*tan60°≈10m，吊具与摄像装置1的直线距离每增加10m，相机变倍数增加1倍，可使图像刚好观测到吊具边缘(参见附图10)。

吊具运行速度采样频率为Q(Hz)，当前摄像装置1变倍倍数为A倍，实际单倍焦距为F(m)，根据相邻两次吊具高度差△H(m)计算吊具运行速度为△H*Q(m/s)，得出摄像装置1变倍速度调整为△H*Q/F(倍/s)，此时吊具运行速度与摄像装置1变倍速度同步。

同时采用摄像装置1变倍位置预判的机制，摄像装置1以△H*Q/F(倍/s)的变倍速度，得出下一个采样周期的目标变倍值为：

变倍值＝A+(△H*Q/F)*(1/Q)

＝A+△H/F

在吊具运次过程中系统实时读取摄像装置1的实际变倍位置，以确保摄像装置1变倍的准确性。

在吊具升降运行换向时，设置一个30cm的阈值，当吊具反向运行时，运行距离小于30cm时，摄像装置1不跟踪，避免吊具在上下小幅调整时图像往复抖动给人眼造成不适感。

内部程序根据以上算法，在各种吊具运行速度下可实时调整变倍速度，同时改变摄像装置1变焦电机驱动坐标位置值从而调整摄像装置1变倍位置，实现摄像装置1同步连续追踪吊具的目的，并实时读取摄像装置1的实际变倍位置形成闭环机制，保证系统运行的稳定性。

一方面系统具有摄像装置1图像防抖算法，另一方面在机械结构方面加装减震装置，减缓图像抖动。

所述减震装置5包括一对安装板51和若干减震器52，一对安装板51支架均匀安装所述减震器52.所述减震器52的数量为四个。当承受较大振动时，减震器52可自动限位保护，同时对共振峰的抑制能力很强，对瞬态冲击响应对瞬态冲击响应瞬时过度工况等引起的自振能迅速消失，设备不致出现任何晃动。而且该减震器52能在较宽的干扰频率范围内有相当明显的隔振效果。

所述减震器52由金属与橡胶复合制成，金属表面一端包复橡胶，另一端与所述安装板固定连接，能防止金属锈蚀。产品具有耐油、耐海水、耐盐雾和日照等，能适用港口恶劣的环境条件。

摄像装置1的外壳及云台4的材质均为高强度不锈钢，具有很好的耐腐蚀性能。

工业环境中摄像系统难免会受到非常规工作状态下以外的外力；

为防止坠落，发生事故，所述摄像装置1和所述云台4的合适位置安装有防坠落保险装置8。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。