兩檔調(diào)變焦獨(dú)立紅外鏡頭控制設(shè)計(jì)

黃瑜侃

摘要 針對(duì)兩檔調(diào)變焦獨(dú)立紅外鏡頭，以新華龍公司C8051F120單片機(jī)為控制器、摩托羅拉公司MC3 3186電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片控制并驅(qū)動(dòng)調(diào)變焦鏡頭電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變焦及調(diào)焦鏡頭的高精度實(shí)時(shí)控制及聯(lián)動(dòng)，根據(jù)不同的環(huán)境溫度實(shí)時(shí)控制并驅(qū)動(dòng)調(diào)焦電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，修正調(diào)焦鏡頭位置，確保紅外圖像在全工作溫度范圍內(nèi)清晰穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】紅外鏡頭 單片機(jī)控制 電機(jī)驅(qū)動(dòng)溫度補(bǔ)償

1 引言

隨著紅外探測(cè)器技術(shù)的快速發(fā)展，紅外成像系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于預(yù)警、偵查、制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域，其成像質(zhì)量的好壞直接影響著相關(guān)裝備的作用距離和威力。

成像質(zhì)量除了與探測(cè)器性能及后端處理電路相關(guān)外，也同匹配的光學(xué)鏡頭密切相關(guān)。

本文以一套兩檔調(diào)變焦獨(dú)立的紅外鏡頭為例，介紹了一種基于C8051F120為控制器的控制設(shè)計(jì)方案，接收用戶通過上位機(jī)發(fā)送的串口指令，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)調(diào)、變焦鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)環(huán)境溫度的變化，自動(dòng)修正調(diào)焦鏡頭位置，確保了紅外圖像在全工作溫度范圍內(nèi)的清晰穩(wěn)定。

2 紅外鏡頭簡(jiǎn)介

紅外鏡頭由進(jìn)光窗口、變焦組件、調(diào)焦組件及出光窗口組成。其中，變焦組件為翻轉(zhuǎn)式變倍，由變焦電機(jī)、兩個(gè)限位開關(guān)、變焦結(jié)構(gòu)件組成，單片機(jī)通過判斷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)變焦結(jié)構(gòu)件是否打到限位開關(guān)確定是否變焦到位;調(diào)焦組件采用凸輪式結(jié)構(gòu)，由調(diào)焦電機(jī)、兩個(gè)限位開關(guān)、增量式編碼器、調(diào)焦結(jié)構(gòu)件組成。限位開關(guān)起到限位保護(hù)作用，單片機(jī)通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)調(diào)焦組件的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，實(shí)時(shí)讀取編碼器反饋值，獲得調(diào)焦鏡頭位置信息。

3 控制方案設(shè)計(jì)

3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路由電源電路，控制電路，隔離驅(qū)動(dòng)電路組成。

電源電路主要由DC-DC電源模塊及濾波電路組成。DC-DC電源模塊輸入電壓范圍為18VDC-36VDC;具有輸入欠壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)（OCP）、短路保護(hù)、正邏輯開/關(guān)控制等功能。DC/DC電源模塊為控制電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路提供電源。電源電路原理框圖如圖l所示。

控制電路由單片機(jī)C8051F120，復(fù)位存儲(chǔ)芯片X5323組成。C8051F120是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU芯片，具體特性有：高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP51內(nèi)核、全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口、具有64個(gè)數(shù)字I/O引腳、可在工業(yè)溫度范圍（-45℃到+85℃）工作等。X5323是INTERSIL公司帶32KB SPI EEPROM的CPU管理芯片。通電后，X5323向單片機(jī)C8051F120發(fā)送復(fù)位信號(hào)，單片機(jī)完成復(fù)位，開始正常工作。單片機(jī)可將需保存的參數(shù)通過SPI通信存儲(chǔ)至X5323的EEPROM中。原理框圖如圖2所示。

隔離驅(qū)動(dòng)電路由隔離芯片ADUM1200，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33186組成。ADUM1200是AD公司的雙路數(shù)字信號(hào)隔離芯片。MC33186工作電壓為5V-28V，持續(xù)直流電流最大5A，工作頻率最高可達(dá)20KHZ，具有過溫保護(hù)，短路保護(hù)等功能。單片機(jī)輸出的電機(jī)控制信號(hào)經(jīng)ADUM1200隔離后送至MC33186，MC33186將隔離后的信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。在控制信號(hào)和輸出信號(hào)之間增加隔離電路可有效降低電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲對(duì)數(shù)字信號(hào)的干擾。原理框圖如圖3所示。

3.2 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)功能為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、實(shí)時(shí)讀取編碼器數(shù)值確定電機(jī)位置及存儲(chǔ)電機(jī)位置，根據(jù)環(huán)境溫度的變化實(shí)時(shí)調(diào)整調(diào)焦電機(jī)的位置軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

4 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析

設(shè)計(jì)方案工程化后，經(jīng)驗(yàn)證，具備低功耗、控制精度高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，滿足使用需求。

參考文獻(xiàn)

[1]陳曉東.288*4長(zhǎng)波紅外探測(cè)器數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì).紅外技術(shù)，2011，33：3.