视频监控毕设初稿.docx

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视频监控毕设初稿

目录

设计总说明I

IntroductionI

1绪论1

1．1视频监控系统的研究背景及意义1

2视频监控系统总体设计方案1

2．1视频监控系统主控电路设计1

2．1．1常用的按键接口1

2．2视频监控系统被控电路设计1

2．2．1云台的内部结构1

2．2．2云台的性能指标1

2．3控制系统实现1

3视频监控系统硬件电路设计1

3．1AT89C51单片机简介1

3．1．1AT89C511

3．1．2AT89C51各引脚功能1

3．1．3AT89C51串口通信1

3．1．4AT89C51中断系统1

3．2单片机系统1

3．2．1电源模块电路1

3．2．2复位电路1

3．2．3振荡电路1

3．3看门狗电路设计1

3．4通信电路设计1

3．4．1RS-485标准1

3．4．2RS-485终端单片机接口电路1

3．5键盘1

3．5．1按键结构及其电压1

3．5．2键盘电路形式1

3．5．3按键编码1

3．6电机驱动电路1

3．7Proteus软件1

4总结1

参考文献1

附录A视频监控系统主控电路原理图1

附录B视频监控系统被控电路原理图1

致谢1

视频监视站主控电路的设计

设计总说明

本课题的目的是对视频监视系统的实现方法进行研究。

由于人们的生活需求视频监视技术发展迅速，广泛应用于人们的日常生活当中，如工厂、学校、银行、小区、交通等场所。

视频监控系统在维护公共安全和社会稳定、保障人民群众生命财产安全、预防打击各类违法犯罪行为以及提高城市应急能力方面扮演着重要的角色。

本文主要是对单片机的研究，集合电子电路知识以及通信原理，设计出一种基于单片机的视频监视系统，并且用绘图软件proteus绘制出视频监视系统的电路原理图。

主要于以下几个方面：

首先，在设计的过程中对解视频监视系统研究背景与意义进行了解，对视频监控系统的构成进行了解。

通过自己认真查阅大量资料后把视频监控系统分为主控站与被控站俩部分，并掌握其基本构成和基本原理，选择一个合适的单片机，学习单片机系统，单片机的结构、管脚，掌握其工作原理。

为下一步设计奠定了基础。

其次，在掌握单片机系统后，大量查阅资料，确定使用ATMEL公司的AT89C51单片机作为设计对象，围绕着单片机AT89C51进行学习，对单片机系统进行设计，单片机最小系统主要由电源供电电路、复位电路和振荡电路构成。

为了单片机可以稳定正常的工作，设计一个稳定的电源尤为重要。

一般只要为单片机提供一个稳定的+5V的电源就可以了，但是考虑到视频监控系统要工作在220V生活用电的环境下，所以电源电路的设计时要经过降压，稳压等过程才可以正常使用。

复位电路和振荡电路是单片机的基本电路。

为了防止单片机程序因外部干扰，进入死循环状态，从而设计一个看门狗电路。

程序运行出现问题或硬件出现故障时而无法按时“喂狗”时，看门狗电路将迫使系统自动复位而重新运行程序， 防止程序跑飞或死锁  。

第三，在完成了单片机的基本设计的基础上，就可以设计视频监控系统的其他部分电路了。

视频监控系统分为主控站与被控站，主控站发出的命令通过通信模块传送到被控站，选择一个合适的通信协议来满足其通信要求。

考虑到视频监控系统在日常的应用中，一般主控站与被控站之间的通信距离并不远，无需进行无线的远距离通信，所以选择一个有线的通信协议就可以了。

本次设计选取了RS-485通信协议。

在详细学习了458通信之后选择了75176这块通信芯片。

在实际应用中可能会有一些问题出现。

由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。

虽然RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于-7V时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。

所以要通过隔离器将单片机系统和RS-485收发器隔离;通过光耦将信号隔离，以彻底消除共模电压的影响。

第四，完成以上设计后，就要设计视频监视系统的主控站与被控站各自的电路部分了。

主控站，主要是键盘设计部分，键盘分为直接输入键盘和矩阵键盘，由于直接输入键盘占用的I/O口较多，造成单片机端口的浪费，为了空出端口去接其他的设备，本次设计选用了4乘4矩阵式键盘。

并且4乘4矩阵式键盘按键较多，可以满足视频监控系统主控站对被控站的切换选择，以及对被控云台的运动操作要求。

在被控站部分主要是云台，云台有两个进步电机构成，一个步进电机水平放置，来完成“左右”动作命令，一个步进电机垂直放置，来完成“上下”动作命令，可以进行云台的基本动作。

这样整个视频监控系统的电路部分就设计完成了。

最后，学习proteus专业制图工具，在掌握proteus制图软件后，用proteus软件画出视频监视的电路原理图。

关键词：

单片机；RS-458；云台；矩阵键盘

TheDesignofVideosurveillancestationmastercontrolcircuit

Introduction

Thistopicisthepurposeofthestudymethodoftheimplementationofvideosurveillancesystem.Duetopeople'slifedemandvideosurveillancetechnologyhasbeendevelopingrapidlyandwidelyusedinPeople'sDailylife,suchasfactories,schools,Banks,residentialarea,transportationandsoon.Videomonitoringsysteminthemaintenanceofpublicsecurityandsocialstability,safeguardpeople'slivesandpropertysafety,preventionagainstvariousillegalandcriminalbehaviorandimprovethecityemergencyabilityplaysanimportantrole.

Thisarticlemainlyisthestudyofsinglechipmicrocomputer,collectionofelectroniccircuitknowledgeandcommunicationprinciple,designavideomonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputer,andwithdrawingsoftwareproteustomapthecircuitprinciplediagramofthevideomonitoringsystem.Mainlyinthefollowingaspects:

Firstofall,intheprocessofdesigntothesolutionofvideosurveillancesystems,researchbackgroundandsignificancetoknowcompositionofvideomonitoringsystem.Throughourcarefullyafterconsultingalargenumberofdatavideomonitoringsystemisdividedintomastercontrolstationandisaccusedofstationtwoparts,andmasterthebasicstructureandbasicprinciple,chooseasuitableMCU,learningmicrocontrollersystem,structureofsinglechipmicrocomputers,thetubefeet,tomasteritsworkingprinciple.Laidasolidfoundationforfurtherdesign.

Secondly,afterthemastermicrocontrollersystem,alotofaccesstoinformation,sureuseAT89C51asthedesignobjectofATMELcompany,aroundthemicrocontrollerAT89C51study,onthesinglechipmicrocomputersystemdesign,singlechipmicrocomputerminimumsystemismainlycomposedofpowersupplycircuit,resetcircuitandoscillationcircuit.ToMCUcanworkstableandnormal,isparticularlyimportanttodesignastablepowersupply.Generalaslongasforthesinglechipmicrocomputertoprovideastable+5vpowersupplyisok,butgiventhevideomonitoringsystemworkingat220vlivingundertheenvironmentofelectricity,sothedesignofthepowersupplycircuitthroughstep-down,regulatedprocesscanbenormaluse.Oscillationcircuitandresetcircuitarebasiccircuitofsinglechipmicrocomputer.InordertopreventMCUprogramduetoexternaldisturbance,enterastateofinfiniteloop,anddesignawatchdogcircuit.Programsrunproblemorhardwarefailureandsometimesunableto"feedthedog"ontime,automaticresetandwatchdogcircuitwillforcesystemtoruntheprogram,topreventfly,oradeadlocksuchprogramrun.

Third,atthecompletionofthesinglechipmicrocomputer,onthebasisofthebasicdesign,candesigntherestofthevideomonitoringsystemofcircuit.Videomonitoringsystemisdividedintomastercontrolstationandisaccusedofstation,masterstationissuedacommandstationchargedviacommunicationmodule,chooseasuitablecommunicationprotocoltomeettherequirementsofthecommunication.Consideringthevideomonitoringsystemindailyapplication,generalcommunicationbetweenmasterstationandisaccusedofstationisnotveryfardistance,theneedforwirelesstelecommunication,sochooseacablecommunicationprotocol.ThedesignselectedtheRS-485communicationprotocol.Afterdetailedstudyof458communicationchosethecommunicationchip75176.Theremaybesomeproblemsinpracticalapplication.Duetothesiteconditionisverycomplex,eachnodebetweenahighcommon-modevoltage.AlthoughRS-485interfaceUSESthedifferentialtransmissionmode,havecertaincommonmodeinterferenceresistance,butwhenthecommon-modevoltageexceedstheRS-485receiverreceivesthevoltagelimit,namelygreaterthan+12vorlessthan7v,thereceiverwillnotworkanymore,seriouswhenevenburnedchipsandinstrumentationequipment.Sowanttothroughtheisolatorwillsingle-chipmicrocomputersystem,andRS-485transceiverisolation;Signalbyopticalcouplingisolation,inordertoeliminatetheinfluenceofcommonmodevoltage.

Fourth,aftercompletingtheabovedesign,designofvideomonitoringsystemmastercontrolstationandtherespectivecircuitpartofthecontrolstation.Mastercontrolstation,mainlyisthekeyboarddesign,thekeyboardcanbedividedintodirectinputkeyboardandmatrixkeyboard,becausetheI/Omouthofthedirectinputkeyboardtakesupmore,wastesthemicrocontrollerport,inordertoemptyoutoftheporttoconnectotherdevices,thedesignUSES4x4matrixkeyboard.And4x4matrixkeyboardkeysismore,cansatisfythevideomonitoringsystemofmastercontrolstationforchargedstationswitchingoptions,aswellastotheaccusedhaeundaemovementoperationrequirements.Stoodaccusedofyuntai,haeundaehastwoprogressivemotor,asteppermotorisinhorizontal,tocompletetheactioncommand"around",asteppermotorvertically,tocompletetheactioncommand"context",canbeyuntaibasicmovements.Sothewholecircuitpartofthevideomonitoringsystemisdesigned.

Finally,proteusprofessionallearningdrawingtools,aftermasteringproteusmappingsoftware,drawthevideomonitorwithproteussoftwarecircuitprinciplediagram.

Keywords:

Singlechipmicrocomputer;TheRS-458;yuntai;Matrixkeyboard

1绪论

1．1视频监控系统的研究背景及意义

视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。

在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。

九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。

九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。

第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。

近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也得到飞速发展。

由于视频控制系统应用领域广泛，而且发展迅速，目前在国内外市场上，推出了数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。

前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。

从以前的模拟监控到现在的数字监控;从落后的现场监控到先进的远程监控;从有人值守监控到现在的无人值守监控，视频监控正朝着数字化、网络化、规模化方向蓬勃发展。

当然，目前仍存在着不少需要进一步探讨的问题。

相对于其他通信业务，视频监控业务显得比较年轻，视频监控市场目前也尚未出现能够控制整个市场的领导者。

对于各通信设备厂商以及电信运营商而言，视频监控将会是很好的发展机会。

2视频监控系统总体设计方案

视频监视系统是由摄像、传输、控制、显示、记录五大部分组成。

摄像机通过同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。

通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。

利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。

本次设计是以单片机为控制器，设计出一种以单片机为核心的视频监视系统，利用视频监视站主控站控制被控站，完成对被控云台基本的控制功能，使云台按期望的方式运行。

2．1视频监控系统主控电路设计

视频监控系统主控部分是整个视频监视系统的核心，操作人员可以通过主控站对键盘的操作向被控站的云台发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。

视频监控系统主控部分主要由电源系统、单片机系统、控制键盘、通信部分、光耦隔离部分组成。

键盘在单片机应用系统中，实现输入数据、传送命令的功能，是人工干预的主要手段。

经过通信部分，将键盘输入的命令准确无误的传送至被控站，实现对被控云台的控制。

视频监视站主控电路流程如图2.1所示。

图2.1视频监控系统主控电路流程图

在单片机应用中,人机交互对话最通用的方法就是通过键盘进行的，操作者通过键盘向视频监控系统发送各种指令或置入必要的数据信息用以控制云台，以查看自己想要的数据。

因此键盘模块设计的好坏,直接关系到系统的可靠性和稳定性。

2．1．1常用的按键接口

常用的按键接口一般分为“独立式按键接口设计”、“专用芯片式设计”和“矩阵式接口设计”几种。

具体采用哪种方式,应该根据所设计系统的实际情况而定。

下面分别介绍不同接口方式的优缺点及适用场合。

（1）独立式按键接口设计

独立式按键接口设计优点是电路配置灵活,软件实现简单,但缺点也很明显,每个按键需要占用一根口线,若按键数量较多,资源浪费将比较严重,电路结构也变得复杂。

因此本方法主要用于按键较少或对操作速度要求较高的场合。

软件实现时,可以采用中断方式,也可以采用查询方式。

（2）专用芯片式设计

专用键盘处理芯片一般功能比较完善,芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理,甚至象8279还集成了显示接口功能。

专用键盘处理芯片的优点很明显,可靠性高,接口简单,使用方便,适合处理按键较多的情况。

但在很多应用场合,考虑成本因素,可能并不是最佳选择。

（3）矩阵式接口设计

矩阵式按键设计适应于按键数量较多,又不想使用专用键盘芯片的场合。

这种方式的按键接口由行线和列线组成,按键位于行、列的交叉点上。

这种方式的优点就是相对于独立接口方式可以节省很多I/O资源,相对于专用芯片式可以节省成本,且更为灵活。

缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。

2．2视频监控系统被控电路设计

视频监控系统被控电路的主要功能是执行主控电路发出的命令，控制被控云台完成上、下、左、右的动作，及对镜头进行调焦变倍的操作。

视频监控系统被控站同样由单片机系统、通信部分和光耦隔离部分构成。

与主控站不同的是，被控站要有一个被控云台。

根据云台的结构和工作特点，其执行机构是由两个步进电机构成。

其中一个垂直方式放置，另一个水平方式放置，分别来完成云台上下和左右的命令，以实现云台的基本功能。

视频监视站被控电路流程如图2.2所示。

图2.2视频监控系统被控电路流程图

云台是一种安装摄像机支撑物上的工作平台，用于摄像机与支撑物之间的连接，它分为固定云台和电动云台两种。

固定云台适用于监视范围不大的情况