IP視頻監控系統中云臺控制模塊的設計與實(shí)現

1 系統總體框架

　　Tetra開(kāi)發(fā)板系統總體框架如圖1所示，BSP-15的數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)與SDRAM、Flash以及視頻輸入輸出芯片SAA7113和SAA7121相連，進(jìn)行數據交換。另外，BSP-15作為PCI總線(xiàn)的主設備，控制南橋芯片VT82C686B和網(wǎng)絡(luò )芯片RTL8139C，通過(guò)南橋芯片擴展IDE接口、RS-232串口、USB接口、ISA總線(xiàn)等外擴接口。音頻輸入輸出芯片通過(guò)I²S總線(xiàn)控制。由于I/O口有限，因此其他控制接口和數據交互都使用I2C總線(xiàn)來(lái)完成，包括EEPROM、SAA7113和SAA7112和87LPC764的控制。

2 系統實(shí)現

2.1 云臺控制硬件結構框圖及工作原理

　　云臺控制硬件框圖如圖2所示。BSP-15首先將云臺控制信息通過(guò)I²C總線(xiàn)發(fā)送給87LPC764，87LPC764將控制碼解釋后，通過(guò)串行口轉發(fā)到RS485接口芯片MAX487，從而將控制碼通過(guò)RS485接口發(fā)送給云臺攝像機。云臺攝像機接收到控制碼時(shí)，根據要求進(jìn)行相應的云臺操作。另外，87LPC764連接了PCI總線(xiàn)上的一條中斷線(xiàn),可向BSP-15申請中斷來(lái)通知BSP-15云臺控制狀態(tài)，以及向BSP-15申請發(fā)送其他數據。

2.1.1 87LPC764

　　87LPC764是PHILIPS公司生產(chǎn)的、以加速的80C51為內核的高性能、高可靠性和低價(jià)格的工業(yè)級通用型嵌入式微處理器。內含4KB OPT程序代碼控制器，128字節的用戶(hù)RAM存儲器，32字節用戶(hù)代碼存儲器。具有全雙工UART，內帶I²C總線(xiàn)控制。還具有可由外部晶振或內部振蕩源驅動(dòng)的內部看門(mén)狗定時(shí)器，其溢出時(shí)間具有8級時(shí)間選擇。

2.1.2 云臺攝像機

　　云臺攝像機的云臺是一種安裝在攝像機支撐物上的工作臺，用于攝像機與支撐物的聯(lián)結，云臺具有水平和垂直運動(dòng)的功能。一般云臺攝像機內置解碼器，遵循云臺控制標準協(xié)議，根據外部控制信號，可以完成指定速度的水平、垂直運動(dòng)，光圈、焦距調節，攝像機關(guān)閉、開(kāi)啟等功能。

2.1.3 云臺控制協(xié)議

　　當前比較通用的云臺控制協(xié)議有派爾高公司推出的PELCO-D、PELCO-P協(xié)議，另外還有三星公司、Sony公司等公司針對其專(zhuān)用云臺制定的云臺協(xié)議。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，考慮到對不同協(xié)議的云臺攝像頭的兼容，將云臺控制設計為可兼容各類(lèi)協(xié)議的通用控制模塊?？筛鶕煌婆_攝像機更新監控系統的云臺協(xié)議，實(shí)現對各類(lèi)云臺的支持。

　　在實(shí)際應用中，PELCO-P協(xié)議是當前業(yè)內最為流行的云臺控制協(xié)議，PELCO-P協(xié)議一般采用RS-485接口進(jìn)行傳輸，波特率一般在1200～9 600bps之間，1位起始位，1位停止位，8位數據位，無(wú)校驗位。其數據傳輸格式如表1所示。其中地址碼用于區分不同的云臺攝像機，而四個(gè)數據字節則包含了本條云臺控制命令的全部信息，具體數據含義如表2所示。

2.2 87LPC764控制程序設計

　　87LPC764所完成的功能很多，包括全局上電復位和電源控制、底板LED控制、看門(mén)狗定時(shí)控制、外部報警。另外在需要的情況下，可以擴展I/O口，其內部自帶的EEPROM也可記錄各類(lèi)信息。在實(shí)際設計中，由于原版87LPC764的程序使用匯編編寫(xiě)，很多功能和實(shí)際要求不相符，因此在本項目中，將87LPC764的全部代碼用C語(yǔ)言重新改寫(xiě)，修改和加入了針對本項目所需的功能。

　　主程序部分判斷與BSP-15交互的信息，程序流程圖如圖3所示。圖中接收和發(fā)送都是相對BSP-15而言的。87LPC764等待BSP-15的指令，一旦收到指令則執行，如果收到外部信號，則申請中斷，等待BSP-15讀取相應信息。其中I²C讀寫(xiě)、串口讀寫(xiě)、內部定時(shí)器均采用中斷方式。這里給出的流程圖僅為部分流程，與云臺控制無(wú)關(guān)的部分程序，不做詳細描述。

2.3 VxWorks中87LPC764驅動(dòng)程序設計

　　驅動(dòng)程序部分主要是在VxWorks操作系統下，完成通過(guò)I²C與87LPC764交互，作為中介解釋并傳遞由上層應用程序發(fā)送給87LPC764的命令，以及將87LPC764反饋的各種信息告知上層應用程序。

　　驅動(dòng)程序流程如圖4所示。首先隨系統啟動(dòng)初始化驅動(dòng)程序中各部分的變量，將中斷函數與指定的PCI中斷連接，創(chuàng )建一個(gè)消息隊列，然后開(kāi)始進(jìn)入阻塞式的等待狀態(tài)。當87LPC764向BSP-15申請中斷時(shí)，跳入中斷函數入口，通過(guò)I²C總線(xiàn)從87LPC764讀取一個(gè)字節的數據，并判斷是否需要繼續讀取。讀取完成后，中斷函數將數據發(fā)送到消息隊列中，然后跳出。驅動(dòng)接收到消息隊列中的數據時(shí)，將向上層應用程序報告，并轉由上層應用程序處理。另外，驅動(dòng)程序中同樣提供了所有有關(guān)87LPC764的操作的獨立函數，可直接由上層程序調用，由驅動(dòng)程序通過(guò)I²C給87LPC764發(fā)送操作命令。

2.4 云臺協(xié)議部分程序設計

　　云臺協(xié)議程序主要完成四個(gè)部分的內容：云臺協(xié)議文件解析、Flash燒寫(xiě)、云臺模塊初始化、提供Web服務(wù)端控制接口。圖5給出了協(xié)議文件解析和模塊初始化的簡(jiǎn)單流程，下面對這四個(gè)部分進(jìn)行具體說(shuō)明：(1)云臺協(xié)議文件的解析。這一部分主要是完成將上層Web服務(wù)端通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接收的云臺協(xié)議文件進(jìn)行轉換。由于云臺協(xié)議文件是文本文件，按照一定格式書(shū)寫(xiě)，因此文件解析主要是將文本中有效部分的ASCII碼轉換為十六進(jìn)制的云臺控制碼。并且考慮到協(xié)議兼容性問(wèn)題，解析過(guò)程中要標識很多特征位，如地址碼、旋轉速度碼在碼片中的位置、校驗字節的位置及計算方法以及控制碼的碼長(cháng)等。(2)Flash燒寫(xiě)功能。在云臺協(xié)議文件解析后，將已解析后的云臺協(xié)議調用底層Flash燒寫(xiě)驅動(dòng)燒入Flash存儲器，并且在需要的時(shí)候將協(xié)議從Flash存儲器中讀出。(3)程序初始化。在每次開(kāi)機后，初始化并設置好所需變量，將云臺協(xié)議數據按照一定格式存放在內存中?？紤]到可能要同時(shí)控制多個(gè)不同協(xié)議的云臺攝像機，因此實(shí)際項目中最多可同時(shí)支持四種不同的云臺協(xié)議。相應地，在初始化時(shí)要調用Flash讀取函數，從Flash中將需要的一個(gè)或多個(gè)協(xié)議讀出，并存放在內存中供模塊使用；(4)云臺接口函數。根據Web服務(wù)端要求，當Web服務(wù)層調用時(shí)，將指定的云臺標準協(xié)議進(jìn)行解釋?zhuān)ㄔO置要控制的云臺地址碼、轉動(dòng)速度，計算出校驗碼，然后調用底層驅動(dòng)程序將控制碼發(fā)送給87LPC764，并在需要的情況下告知87LPC764應使用何種波特率。

　　本文從總體上介紹了基于Tetra硬件開(kāi)發(fā)平臺的網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統中云臺攝像機控制模塊的設計與實(shí)現。項目中云臺模塊對各種類(lèi)型云臺的兼容能力，以及可同時(shí)監控多種不同類(lèi)型云臺攝像機，是本產(chǎn)品的一個(gè)亮點(diǎn)。本項目所開(kāi)發(fā)的視頻監控系統已經(jīng)投入市場(chǎng)，以其完善的功能得到用戶(hù)的認可。

參考文獻
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