红外相机CASCAM的电动系统设计2
主动红外夜视摄像系统的结构设计
主动红外夜视摄像系统的结构设计主动红外夜视摄像系统是现代监控系统中的一种重要组成部分。
该系统采用先进的红外夜视技术和主动照明技术，在完全黑暗的环境下进行拍摄和监控。
该系统在夜间或低亮度环境下，能够提供高质量的视频图像和监控功能，能够应用于军事、安防、交通、工业等领域。
主动红外夜视摄像系统的结构设计主要包括摄像机、红外照明设备、图像处理系统和显示设备四个部分。
首先是摄像机，摄像机是主动红外夜视摄像系统的基础部分。
摄像机的主要作用是将被拍摄的视频图像转化为电信号，传输到后面的图像处理系统进行处理。
摄像机的选择要根据不同的应用场景进行选择，比如需要防水、防尘、抗振、耐磨损等。
其次是红外照明设备，该设备是主动红外夜视技术中最重要的部分。
主动红外夜视摄像系统是通过发射红外光进行夜视的，所以红外照明设备的作用是为摄像机提供红外光源，以达到夜视的效果。
红外照明设备的选择要根据被拍摄的场景而定，要考虑到照度、照射距离、功率等因素。
接下来是图像处理系统，图像处理系统是主动红外夜视摄像系统中的重要部分，也是整个系统的核心部分。
主要用于对摄像机拍摄的视频图像进行处理、分析、解码等操作，以获得更高质量的视频图像。
图像处理系统一般包括视频处理模块、图像处理模块、数字信号处理模块等。
最后是显示设备，显示设备是用于显示处理后的视频图像的部分。
主要有液晶显示器、投影仪等，这些设备可以直接接收图像处理系统的输出信号，并将其转化为人眼可以识别的图像。
同时，还可以根据实际需要选择多屏显示或多视角布局等方式来满足不同的应用场景。
总之，主动红外夜视摄像系统是一种先进的监控技术，其结构设计包括四个部分：摄像机、红外照明设备、图像处理系统和显示设备。
只有这些部分协同工作，才能够实现夜间高质量的视频图像采集和监控功能。
主动红外夜视摄像系统因其在暗光和黑暗环境下功能强大受到了广泛的应用和青睐。
数据分析是在大量的数据中寻找有意义的信息并对其进行整理和解释的过程。
红外场景仿真系统设计与开发说明书
本科毕业设计说明书（论文）（2017届）论文题目基于Unity3D的红外场景仿真系统设计与开发作者姓名黄可蒙指导教师张繁学科(专业) 软件工程所在学院健行学院提交日期2017年6月摘要随着计算机性能水平的提高以及3D仿真技术的发展，红外成像仿真技术在红外成像系统性能评估，军事模拟训练，灾害救援演习，游戏视觉体验以及其他军事和民用领域具有重要的应用价值。
但是，由于计算机硬件和软件等多方面的条件限制，针对大场景的红外成像仿真系统在适用性和准确性等方面存在较多问题，而其在国防军事的红外制导模拟训练等方面具有重要的应用价值，故此针对大场景，即同时仿真海陆空以及多种地形地貌，针对不同季节时间条件下的仿真系统具有重大意义。
本文通过对红外物理基础理论和自然场景仿真理论的研究，在前人红外成像仿真的研究基础上，整合了海洋陆地红外成像仿真场景，更正修改了部分数学计算模型，使得仿真结果更为精确，同时，利用当下流行的GPU编程语言，通过GPU 编程，对仿真算法进行并行加速计算，在此基础上实现新的红外仿真计算架构：以基于红外特性的物理材质为仿真单位，借助GPU的并行计算能力，在GPU中，对不同场景对象多角度下的红外辐射灰度进行并行计算。
通过该计算框架，可以构建包含多种目标对象的红外场景，包括植被，房屋建筑以及舰船，并且在不低于三十个目标对象的前提下保证仿真系统的实时性。
利用功能强大的Unity3D游戏引擎，完成仿真场景编辑和实现仿真系统的逻辑功能，并实现场景的实时渲染。
通过对重建的三维场景的仿真效果图与实地拍摄的真实的红外场景图像进行比对分析，表明该仿真系统能够高效动态实现多种条件下的较为可信的红外仿真视景。
关键词：红外成像，实时仿真，大场景，计算架构，对比分析ABSTRACTWith the improvement of computer performance and the development of 3D simulation technology, infrared imaging simulation technology has important application value in infrared imaging system performance evaluation, military exercise, disaster rescue exercise, game visual experience and other military and civilian fields. However, due to the limitations of computer hardware and software, the infrared imaging simulation system for large scenes has many problems in applicability and accuracy, and it is important in the infrared guidance simulation training of national defense and military Application value, so for large scenes, that is, at the same time simulation of land, sea and air and a variety of topography, for different season time under the conditions of the simulation system is of great significance.Based on the research of infrared physics basic theory and natural scene simulation theory, this paper integrates the simulation scene of marine terrestrial infrared imaging on the basis of previous research on infrared imaging simulation, and corrects some mathematical calculation models to make the simulation result more accurate. At the same time, using the popular Cg programming language, through the GPU programming, the simulation algorithm is optimized. Thus, a new infrared simulation computing architecture is realized, which can build infrared scenes that contain multiple audiences, including vegetation, housing, and ships, and ensure the real-time performance of the simulation system without less than thirty objects.Utilize the powerful Unity3D game engine to complete the simulation scene editing and realize the logic function of the simulation system and realize the real-time rendering of the scene. By comparing the simulation results of the reconstructed 3D scene with the real infrared scene images recorded in the field, it shows that the simulation system can realize the more reliable infrared simulation scene under various conditions.Key words: infrared imaging, real-time simulation, large scene, computational architecture, comparative analysis.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)图目录 (V)表目录 (VI)第一章绪论 (1)1.1 研究工作的背景与意义 (1)1.2 相关工作 (1)1.3 本文的主要贡献与创新 (3)1.4论文组织结构 (4)第二章红外基础物理和数学模型的研究 (5)2.1 引言 (5)2.2 理论背景 (5)2.2.1 辐射的基本概念 (5)2.2.2 红外辐射规律 (5)2.2.3 黑体辐射 (6)2.2.4 傅立叶定律 (7)2.3 零视距离辐射计算模型 (7)2.3.1 自身辐射 (7)2.3.2 反射辐射 (12)2.3.3 热平衡方程 (12)2.4 大气传输模型 (14)2.5 设备仿真模型 (15)2.5.1 成像模糊模型 (15)2.5.2 成像噪声模型 (16)2.6 海洋仿真模型 (17)2.6.1 海面波形仿真 (17)2.6.2 海面折射和反射的仿真 (19)2.6.3 海面浪花仿真 (21)2.6.4 开尔文尾迹仿真 (22)2.7 热源仿真模型 (22)2.7.1 热源设置 (23)2.7.2 效果渲染 (23)2.8 本章总结 (25)第三章相关技术点概述分析 (26)3.1 系统逻辑架构 (26)3.1.1 数据逻辑 (26)3.1.2 系统功能概述 (28)3.2 场景组织 (29)3.2.1 Unity3D功能概述 (29)3.2.2 场景编辑 (30)3.3 场景渲染 (31)3.3.1 渲染流水线 (31)3.3.2 顶点着色器 (33)3.3.3 像素着色器 (34)3.4 本章小结 (34)第四章仿真系统实现和结果分析 (35)4.1 仿真系统实现 (35)4.1.1 算法实现 (35)4.1.2 地形红外仿真 (36)4.1.3 目标对象红外仿真 (39)4.2 仿真结果分析 (39)4.3 真实结果对比 (43)4.4 本章小结 (45)第五章全文总结与展望 (47)5.1 全文总结 (47)5.2 后续工作展望 (48)参考文献 (49)致谢 (52)图目录图2 - 1太阳运动轨迹示意图 (9)图2 - 2光波频率大气透过率分布图 (14)图2 - 3模糊效果总体流程图 (15)图2 - 4模糊效果图 (16)图2 - 5噪声算法流程图 (16)图2 - 6白噪声贴图 (17)图2 - 7噪声效果图 (17)图2 - 8海面波形图 (19)图2 - 9海面折射算法流程图 (19)图2 - 10海面反射算法流程图 (20)图2 - 11海面反射折射效果图 (21)图2 - 12海面浪花效果图 (22)图2 - 13立体相机结构示意图 (23)图2 - 14仿真热源贴图 (24)图2 - 15热源仿真效果图 (25)图3 - 1数据逻辑流程图 (26)图3 - 2系统功能概述图 (28)图3 - 3地形高度效果图 (31)图3 - 4相机视锥体示意图 (32)图4 - 1热平衡方程求解源码示例图 (35)图4 - 2系统实现流程图 (36)图4 - 3地形贴图编辑界面图 (37)图4 - 4地形splat纹理贴图 (37)图4 - 5多材质地形红外仿真效果图 (38)图4 - 6放置热源对象模型效果图 (39)图4 - 7轿车正午红外场景仿真侧视图 (40)图4 - 8轿车午夜红外场景仿真侧视图 (40)图4 - 9轿车午夜红外场景仿真正视图 (41)图4 - 10舰船海面红外尾迹仿真效果图 (41)图4 - 11长时间行驶坦克红外效果图 (42)图4 - 12长时间静止状态坦克红外效果图 (42)图4 - 13向阳面建筑表面红外效果图 (42)图4 - 14深夜0:00时实拍（左）与仿真（右）红外图像对比图 (43)图4 - 15凌晨4:00时实拍（左）与仿真（右）红外图像对比图 (43)图4 - 16早上8:00时实拍（左）与仿真（右）红外图像对比图 (43)图4 - 17正午12:00时实拍（左）与仿真（右）红外图像对比图 (43)图4 - 18傍晚16:00时实拍（左）与仿真（右）红外图像对比图 (44)图4 - 19夜晚20:00时实拍（左）与仿真（右）红外图像对比图 (44)图4 - 20水泥地24小时温度变化仿真实测对比图 (44)图4 - 21草地24小时温度变化仿真实测对比图 (45)图4 - 22车门24小时温度变化仿真实测对比图 (45)表目录表2 - 1风速对照表 (11)表2 - 1风速对照表（续） (12)表2 - 2 MODTRAN不同条件下大气透过率计算值表 (14)表3 - 1红外特性参数表 (26)表3 - 1红外特性参数表(续) (27)第一章绪论1.1 研究工作的背景与意义当物体温度大于绝对零度的时候，物体就会对外产生红外辐射，即向外发射红外电磁波，红外电磁波是电磁波中，波长范围介于可见光波和微波之间的电磁波，波长范围大约是0.76~1000μm。
红外遥控步进电机系统设计与实现
原文Infrared remote control stepping motor system design andimplementation0 introductionStepping motor will signal into electrical impulses for angular displacement or line open loop control elements of displacement. In the overload situation, motor speed, the stop position should take the pulse technology in the frequency of the signal and pulse count, and do not suffer the change of load effects, which add to the motor a pulse signal, motor is turned a corner step distance. So it made in speed, position control field with stepping motor control became very simple, and user application more convenient and master.With the rapid development of information technology, and wireless communications technology is to every field penetration, especially infrared communication, whether from the miniaturization, light quantify or from the safety of consideration, its feasibility is higher. This paper makes a study of the stepping motor in the manual, automatic control mode, by increasing the infrared remote control model in order to realize the stepping motor of multi-function control1 the step motor control systemsIn order to realize the stepping motor of the manual, automatic and remote control and multi-function operating mode, design of a stepping motor control system, the system of a figure. System SCT89C52 choose single chip microcomputer as the controller to 4 * 4 lose, into the keyboard and button as manual input circuit, choose DS1302 as the clock circuit, it LCD1602 as the output show circuit, the choice HS0038 for infrared receiving circuit, the PCF8591 as A/D conversion devices, sensors chose photosensitive components. Choose ULN2003 stepping drive, to model for 28 BYJ48 type stepping motor driver.Manual input circuit is mainly used to realize the parameter setting, so that in manual mode control motor is, reverse; The clock control circuit provides information on the clock, on the other hand, realize the step motor time start-up and stop; Sensor and A/D conversion according to external detection signal circuit, and realize the automatic state under different requirements step motor running; Infrared sending and receiving circuit to send and receive information control infrared remote control to send the information, and to the single chip microcomputer controller decoding, thus a controlled command. Display circuit of the system in the process of operation status information and working mode display; Single chip microcomputer controller is the core of the system components and the completion of the input signal collection, operations. Judge andprocess, and sent out the control command or output corresponding display information. Motor driving circuit control command from the receiving controller to drive stepping motor to realize days or reverse.Graph one system of the diagram2 the hardware circuit design2.1 infrared receiver and send a circuitHS0038 integrated infrared receiver when the output static high-level output, when receiving to infrared signal, according to the data output signal waveform negative pulse data signals. Infrared receiving circuit output by P3.2 mouth of single chip, using the mouth of the second function (INT0), once a infrared signal arrival, the P3.2 is pulled low, microcontroller to interrupt receiving, infrared signal processing. Its the wiring diagram shown in figure 2, which meet P3.2 port IRIN.Infrared send circuit can choose AngDa player remote controls, also can use the TV remote control. Because the system is simple, the paper AngDa player of the remote control.2.2 and stepper motor stepping drive(1) the stepping motor: 28 BYJ48 type stepping motor is four phase eight racket, the voltage of DC5 V ~ DC12 V. Four phase step motor can be on different electricity mode, common switching modes have single (single winding electricity) 4 beats (A-B-C-D-A), double (duplex winding electricity) 4 beats (AB-BC-CD-DA-AB) and eight clapRgFigure 2 infrared hookup(2) stepping drive: the ULN2003 drive, is a single chip microcomputer high voltage, high current of transistor arrays of lyndon integrated circuit, by 7 to NPN of lyndon tube with high voltage of output characteristic. ULN2003 is large current drivers array, more for single-chip microcomputer, intelligent instruments, PLC, digital output control circuit of the card, etc, can be directly drive relays for load. 5 VTTL level input, output up to 500 mA / 50 V.(3) motor driver circuit: 28 BYJ48 type stepping motor is four phase five line slow step motor, the deceleration than for all four, step Angle for (5.625/64) °. If one round, it is required to use (360/5.625) * 64 = 4096 a pulse signal. The ULN2003 driven drive port for P1.0 (A), (B), P1.1 P1.2 (C), P1.3 (D). Are turning the order-BC group AB group-CD group-DA group; Reverse the order: AB group-AD group-CD group-CB group. Stepping motor connecting diagram as shown in figure 3.C1 VOCStepping motor connecting diagram3 infrared receiver and decodingSystem software program, including the main mainly infrared interrupt procedure, A/D conversion subroutines, display A subroutine, clock control procedure and stepping motor program. Below mainly introduces the design of the infrared decoding program. 360毕业设计网 The remote control of the remote control code is produced for the 32-bit binary code, former 16 for user identification number, can distinguish different electric equipment, prevent the various types of remote control code mutual interference. The chip identification number fixed high eight address for 0 BFH, low eight address for 40 H; After 16 for eight operation codes and its FanMa.The remote control keys pressed by the same kind of periodic when the32-bit binary code, data formats including guide code, users code, data code, data FanMa, code of 32 in total. The known 8 bits of data code and 8 bits of data FanMa width and constant, for 27 ms, so have to 32 the width of the code for (18 ms + 27 ms) ~ (36 ms + 27 ms).The key is how to identify the decoding "0" and "1", the code format to accept the code shall prevail, accept a code and launch code reverse. From the definition of a we can find "0" and "1" all of ms 0.56 from low level beginning, just the high level of the width is different, so must according to the width of the high level difference "0" and "1". If ms began to delay from 0.56 0.56 ms, if read for the low level, which shows that this is a "0", and it is "1". For reliable on the safe side, delay must be more than 0.5 ms long points, but no more than 1.12 ms, generally take (1.12 ms + 0.56 ms) / 2 = 0.84 ms most reliable. Figure 4 gives the infrared receive, interrupt receiving flow chart.4 last wordThe actual operation shows that the stepping motor as executive components to SCT89C52 single chip microcomputer as the controller to manually enter button as manual input signal to infrared remote control device in the remote operation, and with the clock control and state display stepping motor control system, can easily achieve the step motor manual and automatic operation operation more reliable multi-function remotecontrol.译文红外遥控步进电机系统设计与实现0 引言步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
红外夜视仪光电成像系统电路设计
的 空 间分 布 ，其 辐 射 亮 度 的 分布 主 要 由被 观 测 景 物 的温 度 和 发 射 率 决 定 的 ， 因此 红 外 图像 近 似 反 映 了景 物 温 度差 或 是辐 射 差 。 但 是 ， 目标 和 背 景 的红 外 辐 射 经 过 一 个 过程 以 后 才 能被 转 换 成 为 红
若 干倍 ，从 而 提 高 了仪 器 的信 噪 比 ，增 强 了系统 的探测 能力 。
图 １ 成 像 检 测板 的 内 部 结 构
ＳＤＩ
接 口
Ｃ ｃｏ ｅ 列 ｙ ｌｎ 系
ＦＰ ＧＡ
测 状 态
１３ 红外 图像 处理 算法 研究 ．
红 外 图 像 反 映 了 目标 和 背 景 不 可 见 红 外 辐射
１ 红外 夜视 仪 的成 像 系 统基 本 理 论
１１ 红 外辐 射特性 ．
自然 界 中任 何 温 度 高 于 绝 对 温 度 的 物体 都 会 向 周 围发 送 热 量 ，我 们 称 之 为热 辐 射 ，红 外辐 射 就 是 这 些 热 辐 射 中 的 一 种 ，这 是 一 种 不 可 见 光 ， 其 强 度 与 光谱 造 成 差 异 的 原 因主 要 是物 体 的辐 射 温 度 ，所 以其 探 测 的 原理 就 是每 个 目标 不 同的 辐 射 温度来 选择 不 同波段 的探 测器 。
ＧＯ１ ２ 现 对 ＨＤ Ｓ 格 式 图像 信 号 的 接 收 和 输 ５ ５实 ／Ｄ
出 ，Ｆ Ｇ 进行 检测 ，如 图 １ 示 。 Ｐ Ａ 所
１ 红外 光学 系统 ． ２
红外 光 学 系统 的作 用 是重 新 改善 光 束 的分 布 ， 更 加 有效 的利 用 光 能 。光 学 系统 能 够 提 高 探 测 器 光敏 感 ，比 入摄 到光 学 系统 表 面 上 的 照 度 提 高 了
手持式无线红外成像探测系统的设计与实现
手持式无线红外成像探测系统的设计与实现随着科技的不断发展和创新，无线红外成像探测系统已经成为一种非常重要的技术手段。
手持式无线红外成像探测系统是这种技术手段中的一个重要组成部分，是一种可以方便携带、随时随地使用的设备，具有广泛的应用前景。
本文将介绍手持式无线红外成像探测系统的设计与实现，包括系统的硬件设计、软件设计和实验验证。
一、系统的硬件设计手持式无线红外成像探测系统主要由以下组件组成：1.红外热像仪：红外热像仪是手持式无线红外成像探测系统中最重要的组件之一，它能够将红外辐射转化为人眼可见的图像，实现对热区分布的显示和分析。
2.数字微控制器：数字微控制器是手持式无线红外成像探测系统中用于控制红外热像仪的核心组件。
它能够对红外热像仪进行控制、读取和存储，从而实现图像的采集和处理。
3.接口模块：接口模块是手持式无线红外成像探测系统中用于与其它设备进行数据交换的组件。
它通常包括USB接口、串口接口等。
4.电源模块：电源模块是手持式无线红外成像探测系统中用于供电的组件。
它通常包括锂电池或干电池等。
5.传输模块：传输模块是手持式无线红外成像探测系统中用于数据传输的组件。
它通常包括WIFI、蓝牙、GPRS等传输方式。
二、系统的软件设计手持式无线红外成像探测系统的软件设计主要包括图像采集、预处理和显示三个部分。
1.图像采集：图像采集是手持式无线红外成像探测系统的核心部分，它通常利用数字微控制器对红外热像仪进行控制和读取，获得红外图像数据。
2.预处理：手持式无线红外成像探测系统通常会进行图像预处理，包括对图像进行平滑处理、增强对比度等操作，以提高图像的清晰度和分辨率。
3.显示：手持式无线红外成像探测系统通过预处理后的图像数据，利用图形处理程序将图像显示在设备屏幕上。
同时，系统通常还会提供一些图像处理工具，如色彩映射、温度测量等。
三、实验验证为了验证手持式无线红外成像探测系统的功能和性能，我们进行了一系列的实验。
红外相机建设实施方案
红外相机建设实施方案一、前言随着科技的不断发展，红外相机在监控领域的应用越来越广泛。
红外相机作为一种高效的监控设备，可以在夜间或低光环境下提供清晰的图像，具有很高的监控价值。
因此，本文将从红外相机建设的实施方案出发，探讨其在监控领域的应用。
二、红外相机的选择在进行红外相机建设时，首先需要选择适合的红外相机。
在选择红外相机时，需要考虑以下几个因素：1. 分辨率：红外相机的分辨率决定了其图像的清晰度，一般情况下，分辨率越高，图像质量越好。
2. 感光度：红外相机的感光度决定了其在低光环境下的表现，较高的感光度可以提供更清晰的夜间监控图像。
3. 防护等级：根据实际使用环境的需求，选择具有适当防护等级的红外相机，以确保其在各种恶劣环境下的正常运行。
三、红外相机的布局在进行红外相机建设时，需要合理布局红外相机的位置，以确保监控范围的完整性和监控效果的最大化。
一般来说，可以根据监控区域的大小和形状，选择合适的布局方式，包括环绕式布局、交叉式布局等，以实现对监控区域的全方位覆盖。
四、红外相机的联网红外相机建设实施方案中，联网是至关重要的一环。
通过联网，可以实现对红外相机的远程监控和管理，提高监控效率和便利性。
在进行红外相机联网时，需要考虑网络稳定性、带宽需求、数据安全等因素，选择合适的联网方式和设备，以确保监控系统的正常运行。
五、红外相机的维护红外相机建设完成后，定期的维护和保养是必不可少的。
定期的维护可以确保红外相机的正常运行，延长其使用寿命，提高监控效果。
在进行红外相机维护时，需要注意清洁镜头、检查设备状态、更新软件等工作，以确保红外相机的正常运行。
六、总结红外相机作为一种高效的监控设备，其建设实施方案至关重要。
通过合理的选择、布局、联网和维护，可以确保红外相机在监控领域的应用效果最大化。
希望本文的内容能够对红外相机建设实施方案的制定和实施有所帮助。
多功能红外监控相机软件系统的设计与实现
摘要长期以来，野生动物调查面临着许多现实困难，随着很多野生动物种群数量的逐渐减少，甚至于濒临灭绝，已经很难在野外见到活动的野生动物。
同时其中有许多动物属于昼伏夜出的，具备较高的隐蔽性，还有一些仅仅生存在少有人出没的森林和其他生态环境中。
现存野生动物侦测设备很多存在处理速度慢、实时性差，可持续工作时间短等弊病。
随着电子技术的迅速发展，红外相机技术与数码相机技术相结合，生成出新一代数码红外相机装置，广泛应用在野生动物的种群监测、多样性调查和种群密度评估等科研和保护工作中。
本文针对目前自然保护区监测野生动物的困难，设计了一种能在恶劣环境中长期工作的嵌入式无线监测系统。
研究内容主要包括：第一，本系统采用图像处理能力强的双核微处理器芯片NT96450和无线通信模块H330，搭载响应速度快的uITRON实时操作系统，并选用了带有超声电机自动控制焦距的CMOS图像传感器。
当热释电红外传感器探测到野生动物后触发系统进行图像和视频数据采集，通过对采集和处理时间的优化，使系统从上电到采集完图片所需的时间保持在1.5s以内。
第二，在图像和视频数据的网络传输过程中利用TCP协议栈来保证网络数据传输的可靠性。
红外监控相机将处理后的图像和视频，以彩信和邮件的方式即时上传给用户，信号强度不够的情况下启用重发机制保证了数据发送的成功率。
第三，设计和实现了四大模块功能，分别是数据采集与存储、参数设置、远程监控和远程报警等模块。
软件系统运行的稳定性也较大程度保证了可持续工作的时间长度。
本文在完成整个红外相机软件系统的设计后，还对系统的主要功能模块进行了功能性测试和性能测试。
由测试结果表明，系统设计的各个功能模块都能正常实现，满足了嵌入式系统设计的可靠性、稳定性和经济性。
关键词：野生动物监控；红外相机；3G通信；远程监控；视频传输AbstractFor a long time, the wildlife survey has faced many practical difficulties. With the gradual reduction of the number of wild animal populations, and even the endangered, it has been difficult to see wild animals in the wild. At the same time there are many animals belonging to the day and night out, with a high degree of concealment, and some only survived in rare forest and other ecological environment. Existing wild animal detection equipment, there are many processing speed is slow, real-time poor, short working hours and other shortcomings.With the rapid development of electronic technology, infrared camera technology and digital camera technology combined to generate a new generation of digital infrared camera device, widely used in wild animal population monitoring, diversity survey and population density assessment and other research and protection work. This paper designs an embedded wireless monitoring system which can work in harsh environment for a long time in view of the difficulty of monitoring wildlife in nature reserve. The main contents of the study include:Firstly, the system uses image processing capacity of dual-core microprocessor chip NT96450 and wireless communication module H330, equipped with fast response uITRON real-time operating system, and selected with ultrasonic motor automatic control focal length CMOS image sensor. When the pyroelectric infrared sensor detects the wild animal after the trigger system for image and video data acquisition, through the acquisition and processing time optimization, the system from power to the collection of pictures required time to keep within 1.5s.Secondly, in the image and video data transmission network using TCP protocol stack to ensure the reliability of network data transmission. Infrared surveillance camera will be processed after the image and video to MMS and e-mail instantly uploaded to the user, the signal strength is not enough to enable the retransmission mechanism to ensure the success rate of data transmission.Thirdly, the design and implementation of data acquisition and storage modules, parameter setting module, remote monitoring module, remote alarm module and other functions. The stability of the software system operation also ensures a longer degree of sustainable work.In this paper, after the completion of the entire infrared camera software system design, but also the main functional modules of the system for functional testing and performance testing. By the test results show that the system design of the various functional modules can be achieved normally, to meet the embedded systemdesign reliability, stability and economy.Keywords:Wildlife monitoring, Infrared camera, 3G communication, Remote monitoring, Video transmission目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景及研究的目的和意义 (1)1.2国内外研究状况 (2)1.2.1国外研究现状 (2)1.2.2国内研究现状 (3)1.3本文主要研究内容 (5)第2章红外相机软件系统需求分析与关键技术分析 (6)2.1需求分析 (6)2.1.1功能性需求分析 (6)2.1.2非功能需求 (9)2.2关键技术 (9)2.2.1图像压缩处理 (9)2.2.2视频传输 (13)2.2.3 AT控制命令 (14)2.3本章小结 (15)第3章红外相机软件系统设计 (16)3.1系统概要设计 (16)3.1.1系统配置 (16)3.1.2系统架构 (18)3.1.3系统功能结构 (19)3.1.4系统主要流程设计 (20)3.2详细设计 (22)3.2.1图像采集及压缩功能模块 (22)3.2.2参数设置模块 (23)3.2.3远程监控模块 (25)3.2.4远程报警模块 (30)3.3本章小结 (31)第4章红外相机软件系统实现 (32)4.1图像采集及压缩功能模块实现 (32)4.2参数设置模块实现 (33)4.3远程监控模块 (34)4.4远程报警模块 (42)4.5本章小结 (43)第5章红外相机软件系统测试 (44)5.1测试环境 (44)5.2功能测试 (44)5.2.1图像采集及压缩功能模块测试 (44)5.2.2参数设置模块功能测试 (46)5.2.3远程监控模块功能测试 (48)5.2.4远程报警模块功能测试 (52)5.3性能测试 (53)5.3.1续航时间测试 (53)5.3.2系统响应时间测试 (54)5.3.3系统稳定性测试 (55)5.4本章小结 (55)结论 (56)参考文献 (57) (60)致谢 (61)个人简历 (62)第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义课题名称是“多功能红外监控相机软件系统的设计与实现”，来源于深圳市铂盛科技有限公司的红外监控相机项目。
红外网络摄像机组成原理
红外网络摄像机组成原理红外网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、图像、声音、控制器网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。
镜头镜头作为红外网络摄像机的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种类，与模拟摄像机相同。
图像传感器、声音传感器图像传感器有CMOS和CCD两种模式。
CMOS既互补性金属氧化物半导体，CMOS主要是利用硅和错这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。
这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。
CMOS针对CCD 最主要的优势就是非常省电。
不像由二级管组成的CCD和CMOS电路几乎没有静态电量消耗。
这就使得CMoS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要问题是在处理快速变换的影像时，由于电流变换过于频繁而过热。
暗电流抑制的好就问题不大，如果抑制的不好就十分容易出现杂点。
CCD图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二级管及其传输电路构成。
光电二极管把光转化成电荷，再经转化电路传送和输出。
通常，传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器，而注重功耗和成本的产品则选择CMoS图像传感器。
但新的技术正在克服每种器体固有的弱点，同时保留了适合于特定用途的某些特性。
这一部分与模拟摄像机相同。
声音传感器即拾声器或叫麦克风，与传统的话筒原理一样。
A/D转换器A/D转换器的功能是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号。
基于CMoS模式的图像传感器模块有直接数字信号输出的接口，无须A/D转换器；而基于CCD模式的图像传感器模块如有直接数字输出的接口，亦无须A/D转换器，但由于此模块主要针对模拟摄像机设计，只有模拟输出接口，故需要进行A/D转换。
图像、声音编码器经A/D转换后的图像、声音数字信号，按一定的格式或标准进行编码压缩。
编码压缩的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络以及万维网上不失真地传输上述信号。
红外相机使用实验报告
红外相机使用实验报告实验名称：红外相机使用实验
实验目的：
1.了解红外相机的基本原理和使用方法。
2.掌握红外相机在不同环境下的应用。
实验器材：
1.红外相机一台
2.电脑一台
实验步骤：
1.开启电脑，插入红外相机的电缆线。
2.接通红外相机的电源，打开相机软件。
3.进入相机软件界面后，选择相机视野范围和拍摄模式。
4.调整相机的设置，使其适应当前的环境。
5.使用红外相机拍摄不同环境下的物体，如夜晚、室内、室外等。
6.将图片数据下载至电脑中，进行图像分析和处理。
7.根据分析结果，探究红外相机在不同环境下的应用。
实验结果和分析：
1.在夜晚拍摄中，红外相机能够清晰地显示隐形障碍物和夜间捕获到动物的行为。
2.在室内拍摄中，红外相机能够突破弱光条件下的限制，使图像更加鲜明。
3.在室外拍摄中，红外相机能够清晰地显示远距离物体，同时减少环境干扰带来的影响。
结论：
红外相机在不同环境下有着广泛的应用，如军事侦查、安防监控、野生动物研究等领域。
同时，红外相机的高灵敏度和抗干扰性能使其成为很多特殊应用场景中
的选择。
光学-近红外相机cascam机械设计的研究
在红外天文观测方面，光学一近红外 相机ＣＡＳＣＡＭ的研发具有里程碑式的意 义，为满足天体物理学研究需求做出了贡 献，改变了国内红外观测设备落后的窘境。 而光学一近红外相机ＣＡＳＣＡＭ之所以能够 实现高精度测光和变源监测。不仅与其采 用的先进光学系统和探测系统有关，也与 相机的机械设计存在紧密联系。因此，还 要加强对光学一近红外相机ＣＡＳＣＡＭ机械 设计研究，以便更好的完成红外相机的研 制。
一、光学一近红外相机ＣＡＳＣＡＭ 概述
光学一近红外相机ＣＡｓｃＡＭ英文全称为 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃａｍｅｒａ，采用 ＨＡＷＡＩＩ一１红外阵列和光学ＣＣＤ探测器进 行光学、近红外成像和偏振观测，能够 对光学和近红外波长范围进行同时覆盖。 即波长在０．４—２．５ ｕ ｍ之间，能够以较 高的效率进行天文观测。配合采用２．１６ｍ 望远镜和１．２６ｍ望远镜，则能完成光学 到近红外成像，并实现偏振成像观测。 采用双层滤光片轮结构。相机可以在多 波段完成同时观测。在各滤光片轮上， 则安装有能够利用电机驱动旋转的滤光 片。确保滤光片能够准确复位，实现光 学和近红外的同时监测。由此可见，相 机诸多观测功能的实现。与光学一近红 外相机ＣＡＳＣＡＭ内部结构有着直接的 关系。在光学一近红外相机ＣＡＳＣＡＭ中， 包含光学系统、电动系统。而这些系统都 建立在相应的机械结构之上。
兰、结论 通过研究可以发现，通过合理实现光 学一近红外相机ＣＡＳＣＡＭ的机械设计，才 能为整个相机提供稳定的支撑结构，同时 避免外部红外热辐射给光学系统和探测器 的工作带来影响。减少冷冻机等设备给相 机运行带来的干扰。确保相机在真空密闭 环境中稳定工作。相信未来伴随着相机各 组成部分的改进，还要实现机械设计的优 化，才能更好的完成相机的研发。 参考文献： ｆ１１张健，樊养余，朱波等．ＣＣＤ相机 调制传递函数增强滤波器设计Ｕ】．光子学 报，２０１８，４７（０２）：２８—３４． 『２１胡炼，林潮兴，杨伟伟等．基于 智能相机控制的横摆式株间机械除草 系统设计Ｕ】．湖南工业职业技术学院学 报，２０１４，１４（０４）：１—３．
光学_近红外相机CASCAM机械设计
光学-近红外相机CASCAM机械设计*吴建文，任诗波，季春宏，姚永强，姚大志（中国科学院紫金山天文台, 江苏南京 210008）摘要：光学-近红外相机CASCAM（Chinese Academy of Science, CAMera)采用光学CCD和近红外列阵HAWAII-1探测器，配备兴隆2.16望远镜可同时进行光学和近红外成像和偏振观测。
CASCAM机械系统主要包括光学箱和真空箱以及致冷设计，光学箱是相机光学系统和探测器的载体，同时防止来自光学箱外部的红外热辐射；光学箱外部是真空箱，是整个系统的机械支撑，保证良好的真空密封性能，和真空泵、冷冻机一起构成了相机的致冷系统。
关键词：红外相机；机械设计；致冷设计中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2004)04-0020-05引言近20年来红外探测技术飞速发展，红外天文观测在天体物理学研究中日益显示出重要的作用。
为满足我国天文研究发展的迫切需要，国家“九五”攀登计划项目组1998年提出研制红外相机方案，利用地面望远镜设备开展红外天文观测[1]。
红外相机专家组综合考察了天文课题研究的要求和目前望远镜设备的现状，确定优先发展红外成像和偏振观测模式，配备兴隆站216望远镜[2]进行光学到近红外的天文观测。
红外相机CASCAM的研制工作于2001年3月启动。
红外相机采用红外阵列HAWAII-1(HgCdTe Astronomical Wide Area Infrared Imaging)和光学CCD(Charge Coupled Devices)探测器，设计成为可同时覆盖光学和近红外波长范围(0.4～2.5 µm)，因而在提高观测效率的同时，将在高精度测光、变源监测和短时标爆发现象等观测课题研究方面发挥重要作用[3]。
本文作为CASCAM研制的技术报告之一，重点介绍相机的机械系统设计，包括相机系统结构设计，相机系统的真空设计和致冷设计。
红外相机CASCAM的电动系统设计
红外相机CASCAM的电动系统设计
陈学鹏;禅野孝广;任诗波;姚永强
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2004(12)6
【摘要】介绍了红外相机CASCAM的电动系统设计.系统采用AT90S8515单片机和TA8435集成芯片组成驱动电路的核心,通过电机选择电路和位置反馈电路实现对步进电机的选择驱动和定位、复位.系统采用MAXIM232芯片实现单片机和上位机之间的串行通讯.系统软件以汇编语言编制,并给出了系统程序框图.经实验验证,该系统运行可靠,达到了设计要求.
【总页数】4页(P560-562,597)
【作者】陈学鹏;禅野孝广;任诗波;姚永强
【作者单位】中国科学院,紫金山天文台,,江苏,南京,210008;中国科学院,紫金山天文台,,江苏,南京,210008;中国科学院,紫金山天文台,,江苏,南京,210008;中国科学院,紫金山天文台,,江苏,南京,210008
【正文语种】中文
【中图分类】TN402;TH74
【相关文献】
1.光学-近红外相机CASCAM机械设计 [J], 吴建文;任诗波;季春宏;姚永强;姚大志
2.光学-近红外相机CASCAM机械设计的研究 [J], 韩卓
3.光学-近红外相机CASCAM机械设计的研究 [J], 韩卓
4.光学-近红外相机CASCAM机械设计的研究 [J], 韩卓
5.光学-近红外相机CASCAM机械设计的研究 [J], 韩卓
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自动控制原理课程设计--红外目标背景仿真装置中定向镜俯仰系统的
自动控制原理课程设计--红外目标背景仿真装置中定向镜俯仰系统的课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理设计题目：显示臂小车垂直伺服控制系统设计与仿真院系：航天学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：目录红外目标背景仿真装置中定向镜俯仰系统的设计与仿真 (7)1．系统的人工设计 (7)1.1电机系统模型的建立及仿真 (7)1.2.系统性能指标 (8)1.3.期望频率法校正函数 (9)1.4.校正环节传递函数的设计 (10)1.5.前馈环节的设计 (13)2.计算机仿真 (15)2.1.matlab建模 (15)2.2.simulink仿真 (18)3.校正装置电路设计 (20)3.1系统的校正框图 (20)3.2元器件参数 (21)3.3校正电路 (23)自动控制原理课程设计书设计题目：控制系统的设计与仿真（A-2）1．已知控制系统直流电机主要参数如下：（红外目标背景仿真系统中定向镜系统中的俯仰系统） 电机转动惯量 负载转动惯量电机转矩灵敏度 电磁时间常数电机电枢电阻2．性能指标（1）开环放大倍数K ≥ （2）剪切频率 ≤≤C ω（3）相位裕度 （4）谐振峰值 （5）超调量20% （6）过渡过程时间0.2s（7）角速度 （8）角加速度（9）稳态误差3．设计要求和步骤（1）设计系统，满足性能指标。
（2）人工设计。
绘制系统校正前后以及校正装置bode 图，并确定校正装置的传递函数。
验算校正系统是否满足指标要求。
（3）计算机辅助设计 利用matlab 语言对系统进行辅助设计、仿真、调试。
（4）确定校正装置的电路形式、参数。
（5）撰写设计报告。
具体包括以下几个方面： 1）设计任务书 2）设计过程人工设计包括计算数据、系统校正前后以及校正装置bode 图、校正装置传递函数、性能指标验算数据。
计算机辅助设计包括simulink 仿真框图，bode 图，阶跃响应曲线，性能指标要求的其他曲线。
3）校正装置电路图。
红外线自动门控制系统设计
目录摘要 (3)第一章绪论 (1)1.1 课题研究的可行性 (1)1.2 国内自动门发展现状 (1)1.3课题的意义和目的 (2)1.4 课题的功能概述 (2)1.5 该设计的基本设计思路 (4)第二章方案论证 (5)2．1 调速控制方法及选择 (5)2.1.1直流伺服电机与普通直流电机以及交流伺服电机的比较 (5)2.1.2 选用PWM调速系统控制直流伺服电机 (5)2．2 单片机的选择 (6)2．3 门控传感器的选择 (6)第三章主要器件的介绍 (7)3.1 热释红外传感器的原理和使用 (7)3.2 BISS0001芯片介绍和典型电路 (9)3.2.1 BISS0001的内部 (10)3.2.3 BISS001管脚图 (11)3.2.4 BISS001管脚说明 (11)3.2.5 BISS0001的参数 (12)3.2.6 BISS0001直流特性参数 (12)3.2.7 BISS0001工作原理 (13)3.3 AT89C51单片机简介 (16)3.3.1 AT89C51主要特性 (17)3.3.2 AT89C51管脚说明 (18)3．3.3 振荡器特性 (20)3.3.4．芯片擦除 (20)3.4 菲涅尔透镜原理 (20)3.4.1 镜片主要有三种颜色 (21)3.4.2 菲涅尔透镜的主要技术指标 (21)3.5 步进电机 (22)3.5.1步进电动机有如下特点: (22)3.5.2 反应式步进电机 (22)3.5.2 反应式步进电动机的步进原理 (23)3.5.3 驱动控制系统组成 (25)3.5.3 .1 脉冲信号的产生与分配 (25)3.5.4 斩波驱动 (26)第四章系统硬件设计 (28)4.1 设计电路的电框图和原理 (28)4.1.1系统硬件总体逻辑设计 (29)4.2 设计电路原理图 (29)第五章系统软件设计 (31)5.1系统软件结构 (31)5.2 各部分程序设计 (31)5.2.1 信号流程说明 (36)第六章调试 (39)6.1 初步检查 (39)6.1.1 为了确保该门控系统的安全高效运行必须满足下列条件： (39)6.2 自动化性能测试 (39)6.2.1 手工操作 (39)6.2.2 恢复正常运行模式 (39)6.3维护 (40)第七章设计总结 (41)参考文献 (42)致谢词 (43)摘要单片机SCM(Single Chip Microcomputer)，即MicroController，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。
设计与研发红外摄像头技术
设计与研发红外摄像头技术随着科技的不断发展，红外技术也越来越受到人们的关注和重视。
红外摄像头技术是其中一个应用领域，它可以通过红外传感器捕捉热量并转换成可见画面。
在各种应用场景中，红外摄像头都可以提供高效、准确的监控和识别技术，如红外线夜视、人脸识别等，极大的提升了人们的生活质量和工作效率。
本篇文章将探讨红外摄像头的设计与研发技术。
一、红外摄像头的应用场景红外摄像头广泛应用于各个领域。
首先，传统的监控场所，如银行、超市、公园等公共场所，需要24小时不间断的监控，这时红外摄像头的夜视功能可以满足需要。
其次，人脸识别技术也是红外摄像头领域的一个重要应用，通过红外摄像头对脸部的热辐射图像进行采集和处理，可以识别出人体的脸部轮廓和特征，实现人脸识别。
此外，红外摄像头还可以应用于工业自动化，如温度监测、高温区域的情况检测等。
二、红外摄像头的设计红外摄像头的设计需要考虑多个因素，如传感器、光学元件、图像处理、机械设计等。
首先，红外摄像头的传感器是其核心部件，传感器的品质决定了摄像头的拍摄质量和性能。
其次，光学元件的质量也是关键因素之一，通过对光学透镜的选择和设计，可以最大化地优化图像采集效果。
此外，图像处理技术也是摄像头设计中不可或缺的部分，可以对图像进行增强、复原、滤波等处理，提高图像的清晰度和鲁棒性。
最后，机械设计技术可以为摄像头提供合适的机械支撑结构，使其能够适应各种应用场景和环境。
三、红外摄像头的研发技术红外摄像头的研发也需要涉及多个技术领域，如硬件、软件、算法、人工智能等。
首先，硬件方面需要考虑传感器、光学元件、电路设计等问题。
其次，软件方面需要精通图像处理、信号处理等技术，保证图像质量和性能的优化。
再次，算法方面需要熟悉人脸识别、目标检测等相关算法。
最后，人工智能技术的应用可以为红外摄像头提供更智能化的功能，如自动聚焦、智能识别等。
四、红外摄像头的市场前景随着人们对物联网、智能家居等领域的需求不断增长，红外摄像头在市场上的前景越来越大。
红外可见光相机实验方案
红外可见光相机实验方案
红外可见光相机实验方案可以分为以下几个步骤：
1. 实验准备：
- 购买合适的红外可见光相机以及红外透明滤片。
- 选择适当的实验场地，确保无明显的光污染。
2. 拍摄红外图像：
- 在实验场地使用红外可见光相机进行拍摄。
- 根据需要，可以将红外透明滤片安装在相机镜头上，以屏蔽或增强特定红外波段的光线。
3. 处理红外图像：
- 将红外图像传输到计算机上。
- 使用专业图像处理软件，如Photoshop、Matlab等，对红外图像进行后期处理。
可以调整图像对比度、亮度，增强图像细节等。
4. 分析红外图像：
- 根据实验目的，对红外图像进行分析和解读。
- 可以使用红外图像识别特定物体、检测热点、进行医学诊断等。
在进行红外可见光相机实验时，需要注意以下几点：
- 确保操作安全，避免对人体和设备造成伤害。
- 确保实验场地安全，避免对环境和他人造成危害。
- 遵守相关法律法规，不进行非法侵入或窃取他人隐私的行为。
- 实验过程中保护好设备，避免损坏。
希望以上方案对你有帮助！。
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・560・ 计算机测量与控制.2004.12(6) Computer Measurement &Control 设计与应用收稿日期:2003-11-04基金项目:国家“九五”攀登计划项目(95-预-09)作者简介:陈学鹏(1978-),男,安徽宣城市人,硕士研究生,主要从事红外技术的研究。
姚永强(1964-),男,山东省青岛市人,研究员,博导,主要从事红外技术及天文方面的研究。
文章编号:1671-4598(2004)06-0560-03 中图分类号:TN402;TH74 文献标识码:B红外相机CASCAM 的电动系统设计陈学鹏,禅野孝广,任诗波,姚永强(中国科学院紫金山天文台,江苏南京 210008)摘要:介绍了红外相机CASCAM 的电动系统设计。
系统采用A T90S8515单片机和TA8435集成芯片组成驱动电路的核心,通过电机选择电路和位置反馈电路实现对步进电机的选择驱动和定位、复位。
系统采用MAXIM232芯片实现单片机和上位机之间的串行通讯。
系统软件以汇编语言编制,并给出了系统程序框图。
经实验验证,该系统运行可靠,达到了设计要求。
关键词:红外相机;单片机;步进电机;驱动控制Design of Motor -Control System for N ear -Infrared C amera CASCAMCHEN Xuepeng ,Takahiro Zenno ,Ren Shibo ,Yao Y ongqiang(Purple Mountain Observatory ,Chinese Academy of Sciences ,Nanjing 210008,China )Abstract :The design of motion -control system for near -infrared camera CASCAM is presented 1The control circuit of the sys 2tem is composed of A T90S8515SCM and TA8435chi p 1Through the selecting circuit and feedback circuit ,the system can drive the selective motor and reposit motor 1SCM communicates with PC by MAXIM232chip 1The program in SCM is in assemble language 1Have been made experiments ,the system meets the demands of design 1K ey w ords :infrared camera ;SCM ;step -motor ;drive and control0 引言为满足我国天文学研究发展的需要,改变目前国内红外观测设备严重落后的状况,“天体剧烈活动的多波段观测和研究”攀登计划项目于2001年3月实施红外相机CASCAM (Chinese Academy of Sciences ,CAMera )的研制方案,用以配备我国兴隆2116m 望远镜开展近红外天文观测。
该相机以红外列阵HAWA II -1和光学CCD 为探测器,采用成像和偏振成像模式和双层滤光片轮结构,可实现014～215μm 波长范围内光学和近红外的多波段同时观测。
整个相机将需要5个滤光片轮(其中光学波段2个,近红外波段3个)用于选择观测波段和成像模式。
每个滤光片轮上安装有6个滤光片,通过电机驱动滤光片轮旋转以选择不同的滤光片。
5个滤光片轮需要5个电机加以驱动。
为实现光学和近红外的同时观测,相机的电动系统应当能够自由选择5个电机中的任一个进行控制,每个电机都可以准确定位、复位。
因此,相机的电动系统应当实现以下3个主要目标:(1),能够自由选择所要控制的滤光片轮;(2),能够自由选择并准确定位所需要的滤光片;(3),每个滤光片轮都可以准确复位。
1 设计方案考虑到相机对电动系统的要求,我们采用步进电动机作为系统的驱动电机,使用单片机对之控制。
步进电机是纯粹的数字电动机,可将电脉冲信号转变为角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转一个角度,因此非常适合单片机的控制。
步进电机的驱动器将采用专门的集成芯片。
通过电机选择电路,可以选取所要控制的电机。
电机的位置信息通过位置传感器反馈给单片机以实现电机的准确复位。
电机的控制程序将采用汇编语言编写并固化在单片机中。
通过PC 机(上位机)和单片机之间的串行通讯,PC 机调用单片机中的程序,执行对步进电机的控制。
系统的总体框图如图1所示。
图1 系统总体结构图2 系统简介系统采用的单片机为A TM EL 公司生产的A T90S8515单片机。
该单片机是A TM EL 公司生产的一种功能强大的A VR 单片机,为很多嵌入式控制应用系统提供了一个高度灵活有效的解决方案。
AT90S8515具第6期陈学鹏,等:红外相机CASCAM 的电动系统设计・561・图2 系统主控电路图有以下特征:8K 字节可下载的Flash 存储器;512字节在线可编程EEPROM ;512字节SRAM ;1个具有比较模式的可预分频(Prescale )的8位定时器/计数器;1个可预分频、具有比较、捕捉和2个8/9/10位PWM 功能的16位定时器/计数器;带内部晶振的可编程的看门狗定时器;32个通用工作寄存器;可编程的全双工UAR T 串行口;32个可编程I/O 脚;一个为下载程序而设计的SPI 串行口等等。
工作于空闲模式时,CPU 将停止运行,而寄存器、定时器/计数器、看门狗和中断系统继续工作;掉电模式时,振荡器停止工作,所有功能都被禁止,而寄存器内容得到保留。
有关A T90S8515的具体性能请参考文献[1]。
相机的电动系统主要可以分成三个部分:电机驱动部分;电机选择及位置反馈部分;通讯部分。
由于光学电机组的控制与近红外电机组的控制类似(只是少了一个电机),我们以近红外电机组的控制为例,对该相机的电动系统进行说明。
211 主控电路图2是系统主控部分的电路原理图。
电机的驱动电路集成化已成为一种趋势。
目前,已有多种步进电机驱动集成电路芯片,它们大多集驱动和保护于一体,作为小功率步进电机的专用驱动芯片,广泛用于小型仪表、计算机外设等领域。
该系统选用的TA8435是东芝公司生产的双极型正弦细分步进电机驱动芯片,其内部集成了解码器、输出电流控制器、桥式驱动器等几个功能部件。
TA8435芯片可以选择单脉冲输入或双脉冲输入,平均输出电流115A ,峰值输出电流215A ,PWM 输出,具有四种激励模式选择,复位、使能、正反转可编程控制。
结合图2,其功能引脚如下所述:1、17、22脚为接地引脚;2、3脚分别为复位端和使能端;4脚为内部振荡的外接电容端;5脚控制步进电机的转向(CW为正转,CCW 为反转);6、7脚是步进脉冲的输入端;8、9脚决定电机的激励模式;10脚为参考电压选择端(当10脚高电平时,18脚和21脚的输出参考电压为018V ,当10脚低电平时,18脚和21脚的输出参考电压为015V );11脚为输出监测端;13、15、24脚为电源端;16、19、20、23为输出引脚。
12、14、25脚为空置引脚。
A T90S8515单片机采用A 口输出控制信号。
TA8435采用单脉冲输入的方式,C K1端输入脉冲信号,C K2端置高电平。
同时采用2相激励方式,M1端和M2端保持低位。
在这种激励模式下,内部振荡的外接电容为3300p F ,并用此产生的锯齿波频率控制PWM 。
TA8435芯片的10脚接地,这时18脚和21脚图3 2相激励模式A 相和B 相驱动电流时序图的输出参考电压为015V 。
18脚和21脚与地之间均串接了0147Ω的检测电阻。
TA8435通过参考电压和检测电阻可以设置步进驱动的最大输出电流I O ,I O =V REF /R NF ≈110A 。
在2相激励模式下,11脚的监测输出端在A 相电流为100%和B 相电流为-100%时,输出为低。
在4个输出引脚(16/19/20/23)与地之间均连接了一个肖特基二极管,用以防止击穿电流,保护芯片, ・562・计算机测量与控制 第12卷图4 电机选择及位置反馈电路图同时减少芯片产生的热量。
图3是2相激励模式下驱动电流的时序图。
212 选择和反馈电路图4是系统的电机选择电路及位置反馈电路的原理图。
采用A T90S8515的C 口输出电机选择信号,并读图5 通讯电路原理图图6 系统程序流程图(下转第597页)入电机通过位置传感器反馈的位置信号。
C 口输出的选择信号通过如图4所示的ULN2003芯片与继电器(Relay )组成的开关电路来选通所要控制的电机。
ULN2003芯片是TI 公司生产的高电压-高电流Dar 2lington 晶体管列阵。
该芯片由7组N PN 型Darlington 对组成。
Darlington 对通过共阴极的钳位二极管向开关感应负载输出高电压,电压可达50V 。
每组Darlington 对的额定输出电流为500mA 。
此类Darlington 列阵芯片广泛地用于继电器驱动、冲击电路驱动、显示驱动以及逻辑缓冲器等领域。
系统选用的继电器为松下公司生产的DSP2a -DC12V 型继电器。
该继电器具有高开关电容,高灵敏度(190mW 的提取功率),高焊接电阻,锁存可用,高击穿电压(3000V )等特点。
其额定直流电压12V ,最大提取电压916V ,最小回落电压112V ,额定工作电流25mA ,额定功率300mW 。
213 通讯电路图5是系统的通讯电路原理图。
利用A T90S8515的同步串行接口(SPI )与PC 机之间进行高速的3线同步数据传送,实现单片机的程序下载和在线编程。
利用A T90S8515的异步串行接口(UAR T )与PC 机(上位机)之间进行数据通讯,实现对系统的控制。
由于单片机采用的是TTL 正逻辑电平,+214～+5V 表示逻辑正,0～+214V 表示逻辑负。
而计算机采用的是RS232负逻辑电平,-5～0V 表示逻辑正,0～+5V 表示逻辑负。
因此需用电平转换芯片MAXIM232进行电平转换,否则将损坏PC 机的COM 口和A VR 芯片。
MAXIM232芯片是MAXIM 公司生产的可用于恶劣环境下的电平转换芯片,可实现两组驱动和两组接收。
第6期宋跃,等:手持式虚拟/智能等精度计数器设计・597・ 表2 频率直接测试数据(频率单位Hz)被测标称频率100,000,00050,000,000200,000P4000505EE3347仪测试结果9999999549999998199999198399919998491999999419999995精度5101×10265102×10265150×10265125×10265150×10265150×1026本仪器测试结果9999999950000001200000101400010000501000002419999998精度5105×10265106×10265160×10265160×10265160×10265160×1026的正弦波、矩形波、三角波等周期信号,完成8×10-6精度的测量;频率比测量信号输入1Hz～10MHz,测量精度116×10-5。