专利名称：基于can总线的云台控制系统的制作方法
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。
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。
权利要求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。
专利摘要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。
文档编号H04N5/232GK2737100SQ20042009459
公开日2005年10月26日 申请日期2004年11月2日 优先权日2004年11月2日
发明者杨飞, 郑贵林 申请人:郑贵林, 杨飞