监控系统中电动云台的设计与方案简绍

第10章电动云台和变焦镜头控制

0.1 基本驱动电路

10.2 串行传送控制信号

10.3 单片机解码器

10.4 硬件解码器

10.5 控制器和解码器的连接

10.1 基本驱动电路

在控制室，除了要对视频信号进行切换，在视频信号上叠加地点、日期、时间等附加信息外，还要对摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制。

电动云台通常有水平旋转和俯仰旋转两个电机可以进行正、反向旋转，四个动作分别称为上、下、左、右。电动云台的电机大部分是交流电机，这种电机有两个绕组，两个绕组有一个公共端，当一个绕组接交流电压时，

另一绕组经移相电容接入交流电压，当交流电压分别从两个绕组接入时，可使电机作正向或反向旋转。两个电机的公共端接在一起，一共有五根控制线。

变焦镜头通常连接有光圈、聚焦和变倍三个控制电机，可以正、反向旋转。六个动作分别称为光圈大、光圈小、聚焦远、聚焦近、变倍进、变倍出。变焦镜头的电机大部分是直流电机，直流电机加正向电压后正转，加反向电压后就会倒转。三个电机共用一个接地端，共有四根控制线。

在摄像机离控制室比较近的情况下，可用多芯电缆将10个动作的控制电压从控制室传到摄像机处。图10―1是用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头控制电压的电路图。在控制室利用琴键开关将交直流电压加到电机的控制线上。电动云台虚线框内的线路中4个常闭触点是4个限位开关，当云台旋转到压住限位开关后，常闭触点断开，云台不再往该方向旋转。

这种电路使用很多机械开关，因电机启动时的大电流和电机断开时的高反压，

开关容易损坏，

要用锁存的

TTL

图10―1 用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头控制电压电路图

10.1.1 电动云台的驱动

单片机用锁存器输出的TTL 电平来控制电动云台。通常有继电器驱动和双向可控硅驱动两种方法。

1.继电器驱动

用继电器驱动云台的电路如图10―2所示。当输入控制信号D3～D0的电平是0001B 时，继电器J0吸合，云台向右旋转；当D3～D0的电平是0010B 时，继电器J1吸合，云台向左旋转；当D3～D0的电平是0100B 时，继电器J2吸合，云台向下旋转；当D3～D0的电平是1000B 时，继电器J3吸合，云台向上旋转。

图10―2 继电器电动云台驱动电路

常用来驱动云台的继电器有JZC―22FA 型。其体积为22.5mm×16.5mm×16.5mm,触点负荷为220V(AC)、3A 或28V(DC)、10A,JZC―22FA 有005、006、009、012、024等五种规格,其额定电压分别是5V 、6V 、9V 、12V 、24V(DC)；线圈电阻分别是70Ω、100Ω、220Ω、400Ω、1600Ω；吸合电压分别为4V 、4.8V 、7.2V 、9.6V 、19.2V ；释放电压分别为0.5V 、0.6V 、0.9V 、1.2V 、2.4V 。

2.双向可控硅驱动

与继电器相比，可控硅驱动有体积小、重量轻、寿命长、价格低廉等优点。所以，目前较多的产品是用双向可控硅来控制电动云台的。

图10―3是双向可控硅和电路符号。面对双向可控硅正面，左边的引脚是主电极MT1或称A1，中间的引脚是主电极MT2或称A2，右边的引脚是控制极G 或称门极。触发信号加在MT2和G 两极之间。

图10―3(a)是双向可控硅的常用引脚排列。比如，BTA06C 就是这种排列，也可能会有与此图不同的排列。初次使用时最好用多用表判别，方法如下：先找MT2极，多用表置于R×100挡，将黑表笔接任意一个电极，用红表笔碰另外两个电极，如果表针都不动，说明黑表笔接的是MT2极。剩下两电极间有2～10Ω的正反向电阻差，可用多用表R×10挡或R×1挡来量，电阻小时，接黑表笔的是MT1极，红表笔接的是G 极。因为电阻差很小，要仔细观察才能判别出来。

图10―4是触发电路。其中，光电耦合器MOC3021是一种双向可控硅输出结构的光电

U ＋

耦合器，用来触发双向可控硅时电路最简单，而且能将单片机系统与可控硅、电机、市电隔离开来，以免电机启动时的感应电动势和火花影响单片机工作。表10―1是MOTOROLA 公司MOC3000系列光电耦合器的主要参数。

图 10―3 双向可控硅和电路符号(a)引脚排列；(b)电路符号

图10―4 双向可控硅触发电路

A 1

A 1A 2G

～TT ＋5 V

表10―1 MOC3000系列光电耦合器主要参数

对MOC3021，有下列典型值：

·输入端电流II=10～15mA 。

·发光管上的电压降U12=1.2～1.5V 。

·最大输出电流Ip=1A 。

·MOC3021的输入端限流电阻R

当MC1413输出V2为低电平0.4V 时，要求

MOC3021导通，这时

·限流电阻R1用来限制MOC3021的输出电流Ip 不要超

过极限值1A 。

1225I V U U R I --=5 1.50.430010V V V R mV Ω--==1p p U R I =

. .

式中,Up 为交流电压峰值，交流电压为220V ，波动10%，最高电压有效值为242V ，峰值电压为 。因而有

可取R1=360Ω。·最小触发电压UT ：由于串入电阻R1，使触发电路有一个最小触发电压，低于这个电压时，双向可控硅不导通。UT 按下式计算：

UT=R1×IGT+UGT+UTM

式中:IGT 为双向可控硅最小触发电流；UGT 为双向可控硅最小触发电压；UTM 为MOC3021输出端压降,典型值1.8V ，最大值3V 。

图10―6是双向可控硅云台控制电路。

图10―6 双向可控硅云台控制电路

在选取双向可控硅的电流、电压极限值时，应留有较大的余量。云台的电压是220V ～，电流不超过200mA 。一般取双向可控硅的电流为3～6A ，耐压为600～800V 。

运算放大器与晶体管驱动与继电器驱动相比，有寿命长，可靠性高和价格便宜等优点。 10.1.2 变焦镜头的驱动

图10―8是用运算放大器与晶体管驱动变焦镜头的实用电路。图中当输入控制信号D 5～D 0的电平是100000B 时，运算放大器N1输出正电压，晶体管V1导通，电压U +加到光圈电机正端，电机正转，光圈变大；当D 5～D 0的电平是010000B 时，运算放大器N1输出负电压，

晶体管V2导通，电压U -加到光圈电机正端，电机反转，光圈变小；当D 5～D 0的电平是001000B 时，运算放大器N2输出正电压，晶体管V3导通，电压U +加到聚焦电机正端，2V 1

123421R Ω=≈6412360

64123606412360

6412360MC1413D D 300＋5 V M M 电动云台

220 V ～MOC3021上下左右