基于ATmega128L的安防智能高速球摄像机设计

赵金龙

(苏州工业园区工业技术学校 电子技术中心，江苏 苏州 215123)

引言

中国的安防行业起步较晚，上世纪70年代末在改革开放初期出现"萌芽"。到上世纪90年代，随着世界科技水平的不断提高和我国经济的迅速腾飞，中国安防行业以百米冲刺的速度跑步前进。高速球摄像机俗称"快球"是安防视频监控"家族"中的一位新成员，要求拥有反应快、预置跟踪、报警联动等特点,用原MCS51系列单片机已无法满足其要求。本文旨在提出一种以ATmega128L为MCU,L6219DS为步进电机驱动芯片的智能高速球摄像机的设计方案。该方案系统稳定快速，步进电机驱动平稳精确，完全满足行业要求。

1 系统结构

在该系统的设计中，采用Atmel公司生产的ATmega128L作为主控MCU。整个系统的结构框图如1所示。

图1

监控外设通过RS485接口实现对高速球摄像机的X方向360°转动、Y方向90°转动和摄像机变倍变焦等操作。系统启动后，首先对高速球摄像机进行自检包括驱动X方向电机通过同步轮带动高速球转动一周、Y方向电机俯仰一次以及摄像机变倍从近到远，自检完成后等待RS485通讯命令，根据命令执行相应的操作。

图2

系统包括主控MCU、步进电机驱动、RS485通讯、一体化摄像机驱动和控制协议选择等几部分。

2 ATmega128L的主要特点

ATmega128L内核为AVR，具有以下特点：

*先进的RISC架构，内部具有133条功能强大的指令系统，而且大部分指令是单周期；32个8位通用工作寄存器+外围接口控制寄存器。

*内部有128KB在线可重复编程Flash、4KBEEPROM和4KB SRAM。

*有53个I/O引脚，每个I/O口分别对应输入、输出、功能选择、中断等多个寄存器，使功能口和I/O口可以复用，大大增强了端口功能和灵活性，提高了对外围的开发能力。

*内部有2个8位定时器/计数器和2个具有比较/捕捉寄存器的16位定时器/计数器；1个具有独立振荡器的实时计数器；1个可编程看门狗定时器；2通道8位PWM通道；8路10位A/D转换器；双向I2C串行总线接口；主/从SPI串行接口；2个可编程串行通信接口；片内精确的模拟比较器等。

*功耗低。CPU可工作在IDLE、POWERSAVE、POWERDOWN、STANDYBY等几种省电模式下；可软件编程选择时钟频率。AT－mega128L的软件结构也是针对低功耗而设计的，具有内外多种中断模式。丰富的中断能力减少了系统设计中查询的需要，可以方便地设计出中断程序结构的控制程序、上电复位和可编程的低电压检测。

*带JTAG接口。通过该口利用JTAG仿真器，可以很方便地实现程序的在线调试和仿真，编译调试正确的代码，通过JTAG口直接写入ATmega128的Flash代码区中。另外，支持Bootloader功能，即MCU上电后，首先通过驻留在Flash中的BootLoader程序，将存储在外部媒介中的应用程序搬移到ATmega128L的Flash代码区搬移成功后自动去执行代码，完成自启动。这对于产品化后程序的升级和维护提供了极大的方便。

*电源电压为2.7～5.5V。

3 系统硬件设计中的各个接口模块

3.1 MCU与步进电机驱动芯片的接口设计

图3

图4

图5

系统设计中选择L6219DS驱动步进电机。L6219DS是双全桥PWM电机驱动器，可以持续输出750mA电流，具有内部嵌位二极管、内部PWM电流控制、低输出饱和电压、内部热关断电路等特性。在本系统中用两个L6219DS驱动两个双极步进电机绕组。MCU与L6219DS的接口电路如图2所示。MCU的四个I/O口线控制一个L6219DS，通过编程控制输出电流大小和电流流过电机绕组的方向，达到驱动步进电机的目的。

3.2 RS485通讯接口

智能高速球型摄像机安装地一般离控制室比较远，传统的RS232通讯传输距离只能达到30米左右不能远距离传输。RS485与RS232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，传输距离可达1千米以上。RS485通讯与MCU接口如图3。

系统采用7LB184芯片作为RS485通讯解码芯片，RO、DI引脚分别与 MCU的 RXD1、TXD1相连，接收发送使能引脚都和MCU的PG1脚连接。在本系统中将PG1置低即可进入通讯接收状态。

3.3 其他模块接口

一体化摄像机与本系统是通过UART串口进行数据通讯的，将MCU的TXD0、RXD0和一体化摄像机接口相连即可。通过拨码开关的改变即可选择不同的RS485通讯协议。他们与MCU的接口如图4。

4 系统的软件设计

本系统中主要通过RS485通讯接收监控外设发来的命令，命令类型主要有控制智能高速球摄像机向左、向右、向上、向下运动以及摄像机的焦距的改变等。软件设计中采用中断方式接收串口数据，且设置该中断的优先级最高，保证接收的数据不会丢码。系统采用细分的方式驱动步进电机，使步进电机运行平稳，定位精确。系统的软件设计流程如图5所示。

5 结束语

本文讨论了基于ATmega128L的智能高速球摄像机的设计思路，对系统中的各个模块接口作了简要的描述，并提出了系统软件设计的总体思想。以上软硬件设计思想已经实现产品化。该产品功能强，性能稳定可靠，已经得到用户的认可。

[1]刘兰香、张秋生著.Atmega128单片机应用与开发实例[M].机械工业出版社,2006.6.1

[2]王鸿钰著.步进电机控制技术入门 [M].同济大学出版社,1990