基于LPC395微控制器的激光夜視儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜應(yīng)戰(zhàn)，孫 團(tuán)，李丹妮，吳猛猛

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基于LPC395微控制器的激光夜視儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜應(yīng)戰(zhàn)，孫 團(tuán)，李丹妮，吳猛猛

（海軍潛艇學(xué)院，山東青島266042）

本文給出了一種基于LPC395微控制器的激光夜視儀的技術(shù)設(shè)計(jì)方案，描述了夜視儀控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)較好地實(shí)現(xiàn)了激光夜視儀的CCD攝像控制、激光器控制、云臺(tái)控制、晝夜視頻轉(zhuǎn)換和通信等功能。

激光夜視儀 LPC395 微控制器

0 引言

激光夜視技術(shù)屬于主動(dòng)紅外夜視技術(shù)的一種，主要優(yōu)點(diǎn)是照射距離遠(yuǎn)、使用壽命長(zhǎng)、目標(biāo)上光強(qiáng)分布均勻[1]。與目前的紅外LED夜視、微光夜視和熱成像技術(shù)相比，激光夜視是一種能夠真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高清晰夜間成像的低成本夜視技術(shù)[2]。激光夜視儀在邊防和國(guó)防保衛(wèi)、公路鐵路交通運(yùn)輸安全、城市安全監(jiān)控等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[3]，可以滿(mǎn)足幾百米至數(shù)千米遠(yuǎn)距離監(jiān)控需求。本設(shè)計(jì)中的激光夜視儀，具有背景反差性能好、成像清晰、不受外界照明影響等特點(diǎn)，夜間最遠(yuǎn)可識(shí)別3.5 km處的人員、車(chē)輛等目標(biāo)，配備CCD攝像頭，可實(shí)現(xiàn)晝夜連續(xù)監(jiān)控[4-5]。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 LPC935微控制器

對(duì)工作的重視程度會(huì)對(duì)后續(xù)工作開(kāi)展的質(zhì)量造成關(guān)鍵影響。應(yīng)當(dāng)提高管理者績(jī)效評(píng)價(jià)意識(shí)，使工作人員在思想意識(shí)上能夠發(fā)生正確轉(zhuǎn)變，充分意識(shí)到該項(xiàng)工作的重要性。高校績(jī)效管理工作與企業(yè)財(cái)務(wù)績(jī)效管理間會(huì)存在共性，但由于高校是對(duì)現(xiàn)代化人才進(jìn)行培養(yǎng)的場(chǎng)所，存在的問(wèn)題包括教育質(zhì)量與院校經(jīng)濟(jì)收益之間的問(wèn)題等等。所以，內(nèi)部的財(cái)務(wù)人員績(jī)效評(píng)價(jià)工作在很多方面都區(qū)別于企業(yè)內(nèi)部的財(cái)務(wù)績(jī)效管理。相關(guān)的工作開(kāi)展，一定要對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行構(gòu)建，并強(qiáng)化對(duì)其他一些知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握系統(tǒng)并且全面的內(nèi)容和知識(shí)，這樣才避免形式化績(jī)效評(píng)價(jià)工作，發(fā)揮績(jī)效評(píng)價(jià)工作的價(jià)值作用，實(shí)現(xiàn)院校內(nèi)部統(tǒng)籌兼?zhèn)涞哪繕?biāo)，以便對(duì)每一項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行全面系統(tǒng)的把控。

LPC935是一款單片封裝的微控制器，包括8kB可字節(jié)擦除的Flash程序存儲(chǔ)器、256字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、512字節(jié)片內(nèi)用戶(hù)數(shù)據(jù)EEPROM存儲(chǔ)區(qū)、1個(gè)4路輸入的8位A/D轉(zhuǎn)換器/DAC輸出、2個(gè)模擬比較器、2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器和1個(gè)23位的系統(tǒng)定時(shí)器和增強(qiáng)型UART[6]。適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合。可以滿(mǎn)足多方面的性能要求。P89LPC935采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需2到4個(gè)時(shí)鐘周期，6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件。P89LPC935集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。

2.2 CCD攝像控制

CCD攝像控制用來(lái)實(shí)現(xiàn)聚焦和縮放功能，本設(shè)計(jì)中的CCD攝像控制的聚焦和縮放采用電控模式，通過(guò)改變電壓的極性實(shí)現(xiàn)聚焦和縮放兩個(gè)方向控制，由微控制器控制芯片6219實(shí)現(xiàn)，聚焦速度通過(guò)改變電壓波形的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。圖中6219芯片的out1A、out1B和out2A、out2B是兩個(gè)H橋的輸出端，由I01～I(xiàn)12控制通斷，由phase1和phase2控制電流方向，從而實(shí)現(xiàn)聚焦和縮放的雙向控制。

圖2 CCD攝像聚焦與縮放控制電路原理圖

2.3激光器控制

激光器控制用來(lái)實(shí)現(xiàn)激光器的電源、激光器電流和光斑位置控制。

1）激光器電源控制

字跡非常的清秀，清秀得使我不禁想到黛玉妙玉之類(lèi)的美人來(lái)。我放眼四處張望，猛然想到了我們班上的姚菲菲，她今天下午點(diǎn)名時(shí)也未到的！我激動(dòng)得心都怦怦跳了起來(lái)。

通過(guò)微控制器MCU端口控制繼電器實(shí)現(xiàn)220 V電源的通斷，如圖3所示。

圖3 激光器控制電路原理圖

2）激光器電流控制

利用RS232/485連接激光器電流設(shè)定接口，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行激光器電流控制，如圖3所示。

3）激光器光斑位置控制

激光器的光斑控制分為上、下、左、右四個(gè)方向，由2塊6219芯片控制2個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中1個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)激光器光斑位置的上下控制，另1個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)激光器光斑位置的左右控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向由微控制器根據(jù)6219芯片規(guī)定的時(shí)序，控制I01、I02、I11、I12、phase1和phase2來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.4云臺(tái)控制

1）云臺(tái)位置控制

云臺(tái)位置控制用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向來(lái)控制云臺(tái)的上下、左右位置控制，JST、 JF和JR為微控制器控制的繼電器觸點(diǎn)，分別向變頻器提供啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)信號(hào)；微控制器控制繼電器JUD、JLR，以實(shí)現(xiàn)上、下和左、右位置控制，如圖4(a)所示。

2）云臺(tái)速度控制

云臺(tái)速度的控制由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)置，經(jīng)RS485總線送至微控制器后經(jīng)DA輸出模擬電壓并隔離后控制變頻器的頻率輸出以控制轉(zhuǎn)速，如圖4(b)所示。

圖4 云臺(tái)控制原理圖

圖5(a) 晝夜識(shí)別

圖5(b) 晝夜視頻轉(zhuǎn)換

2.5晝夜視頻轉(zhuǎn)換控制

1）晝夜識(shí)別

通過(guò)光敏電阻檢測(cè)白天和黑夜，實(shí)現(xiàn)晝夜視頻的控制切換，如圖5(a)所示。

2）晝夜視頻轉(zhuǎn)換

通過(guò)微控制器端口控制繼電器，實(shí)現(xiàn)晝夜視頻的相互轉(zhuǎn)換，如圖5(b)所示。

圖6 激光夜視儀控制軟件設(shè)計(jì)

2.6通信電路

通信電路采用RS485總線實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與微控制器之間的通信，實(shí)現(xiàn)CCD攝像控制、激光器控制、云臺(tái)控制等功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件由監(jiān)控室控制軟件和夜視儀控制軟件組兩部分組成，如圖6所示。

3.1監(jiān)控室控制軟件

監(jiān)視室控制軟件主要用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的啟停控制、晝夜模式顯示、云臺(tái)速度和位置調(diào)節(jié)、CCD聚焦和縮放控制、激光器啟停控制、激光器電流控制以及激光器光斑位置控制等。

3.2夜視儀控制軟件

夜視儀控制軟件主要用來(lái)進(jìn)行云臺(tái)控制、CCD攝像控制、激光器控制、晝夜視頻轉(zhuǎn)換控制以及通信等功能。

[1] 王壽增, 孫峰, 張?chǎng)? 激光照明距離選通成像技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 紅外與激光工程, 2008, 37(增刊): 95- 99.

[2] 楊玉蘭, 孫金霞, 付國(guó)柱, 等. 長(zhǎng)距離紅外激光照明主動(dòng)成像系統(tǒng)研究[J]. 長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 32(1): 18- 21.

[3] 于曉紅等. 激光夜視技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 警察技術(shù), 2008（11）: 58-59.

[4] 劉磊, 錢(qián)蕓生, 邱亞峰, 等. 激光助視/微光夜間駕駛儀設(shè)計(jì)及野外試驗(yàn)[J]. 紅外與激光工程, 2007, 36(3): 361- 364.

[5] 裴楠楠, 徐國(guó)范, 宋玲玲. 帶激光輔助照明的微光夜視儀的研制. 激光與紅外, 2005, 35(12): 938-941.

[6] 廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司, P89LPC933/934/935使用指南.

Design and Realization of the Laser Night Vision Device Based on LPC395 MCU

Jiang Yingzhan, Sun Tuan, Li Danni, Wu Mengmeng

(Naval Submarine Academy, Qingdao 266042, Shandong, China)

TN248 TP391

A

1003-4862（2015）02-0013-03

2014-09-03

姜應(yīng)戰(zhàn)（1962-），男，副教授。專(zhuān)業(yè)方向：電氣自動(dòng)控制。