毕业设计-基于VC的云台镜头控制操作台软件设计.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途基于VC的云台镜头控制操作台软件设计摘要随着多媒体技术和网络通信技术的迅速发展,数字视频监控技术在多种领域得到越来越广泛的应用。而在在数字视频监控系统的设计与实现中,对云台的方位控制是系统执行的重要任务之一.云台是一种用于监控时调整摄像头位置的设备,云台镜头的控制是整个闭路监视系统一个重要组成部分。本文设计了一种基于VC的云台镜头控制操作台软件,用以监控设备中能对云台起控制作用的软件。该控制软件能控制云台的垂直运动和水平运动,以及摄像机的聚焦/散焦,变倍近/远、光圈变大/小等.论文首先介绍了课题的应用概况,分析了监控系统和云台软件的功能概况,并针对这些功能提出了设计的
2、实现方案,对云台中的通讯协议PELCO-D协议做了详细介绍。其次论文详细介绍了本设计软件开发的全过程,给出了主程序、数据发送程序、运动控制程序和雨刷镜头控制程序的软件流程图。通过调试,起到了很好的控制效果关键字:云台;监控系统;VC;操作台The PTZ camera control based on VC console software designAbstractWith the multimedia technology and the rapid development of network communication technology, digital video survei
3、llance technology in many fields more and more widely. In the digital video surveillance system design and implementation, on the head of the orientation control is the system to perform important tasks. PTZ is a camera for monitoring, adjust the location of equipment, PTZ camera control is the clos
4、edcircuit surveillance system is an important part。 This paper presents a PTZ camera control based on VCs console software for monitoring devices can head a controlling software. The control software can control the head of the vertical movement and horizontal movement, and the cameras focus / defoc
5、us, zoom Near / Far, aperture bigger / smaller, etc.。 Paper first introduces the topic of application profiles, analysis of the monitoring system and PTZ functions of the software profile, and these features make the design for the realization of the program, on the head of the communication protoco
6、l PELCOD protocol introduced in detail. Second, this thesis details the entire process of designing software development, given the main program, the data send process, motion control programs and wipers lens control program flow chart。 Through these tests played a good control effect. 文档为个人收集整理,来源于
7、网络个人收集整理,勿做商业用途Key Words:Pan/tilt/zoom,;monitoring system;VC;Consoles目录摘要 IAbstractII1 绪论11。1 云控制应台用概况11。1。1 数字监控系统概述11.1。2 监控系统的组成11。2 云台控制软件的发展概况21。2。1 云台控制软件简介21。2。2 云台控制软件的原理21。2.3 云台控制软件的发展现状21.3 工作内容和章节安排32 软件分析和方案设计52。1 软件功能分析52。2 软件设计方案62。2。1 设置模块62。2.2 按钮模块72。2。3 通讯模块73 串行通信的实现93。1 串行通信概述93
8、。2 串行通信介绍93.2。1 串行传送方式93。2。2 串行通信方式103.2。3 通信协议介绍113.2.4 RS485标准133.3 PELCO-D协议143.3.1 PELCO协议应用143.3。2 PELCO-D协议内容154 软件设计及实现194。1 控制系统软件概述194.2 开发工具和软件编制环境简介194.3 软件程序流程图214.3。1 主程序软件设计214.3。2 运动控制流程214。3.3 雨刷控制流程224。3.4 数据发送程序234。4 软件程序244。4.1 程序功能244。4.2 界面展现254。4.3 变量/函数声明264.4。4 初始化操作264。4。5 按
9、钮功能实现274.4。6 数据发送275 毕业设计总结285。1 论文总结285。2 设计中的经验总结285。3 个人经验总结296 致谢307 参考文献318 附录339 外文资料翻译及原文33 511 绪论1.1 云控制应台用概况1.1.1 数字监控系统概述数字监控系统是指通过软硬件将监控头采集到的图像处理成数字信号,传送到电脑进行处理。随着多媒体技术和网络通信技术的迅速发展,数字视频监控技术在电力系统、电信机房、工厂、城市交通、水利系统、小区治安等领域得到越来越广泛的应用.数字监控系统可以很容易地实现一对多的控制,同时可以使用最少的连线,这节约了大量的成本.伴随着互联网和各种无线技术的发
10、展,实现远距离的控制变得十分容易。1.1.2 监控系统的组成数字监控系统十分复杂,但基本组成很清晰,包括本地监控、监控设备和远端监控。监控设备是整个系统的数据来源,一般由摄像机、解码器、报警器和云台等组成,其中云台是整个监视系统一个重要组成部分:云台是一种用于监控时调整摄像头位置的设备,它接收来自系统控制台发出发的控制命令,解释并控制云台进行上、下、左、右各方向的行进动作并对镜头进行变焦(ZOOM)、聚焦(FOUCS)、光圈(iris)的控制。控制系统的要求是动作运行准确、可靠.由于云台运行动作的可控性及云台的多样性,该控制系统设计的好坏直接影响到整个监视系统的可靠性与可操作性等关键指标。本地
11、监控通常设置在监控现场附近,对从现场传回的多路视频信号通常通过视频矩阵进行切换,然后连入本地计算机进行显示。随着技术的发展,远程监控应用会越来越广泛,这些远程监控计算机通过以太网、Intent或其他无线网方式与本地计算机相连接,从而可以实现远程对监控现场的监视。1.2 云台控制软件的发展概况1.2.1 云台控制软件简介 云台控制软件是在计算机上通过某些编程工具,制作的一种应用程序,软件能通过计算机串口输出符合云台控制协议的控制命令。软件种类繁多,对不同的云台有不同的控制软件 ,它们应用不同的通信协议,有不同的功能效果.但所有的控制软件都存在一些基本的控制功能,比如能控制云台进行上下左右运动,控
12、制镜头进行变焦、聚焦、光圈等功能。 优秀的控制软件还应具有可扩展行,可根据要求增加一些高级功能,如预置位,雨刷等.1.2.2 云台控制软件的原理软件主要由数据、系统程序和应用程序3部分组成 ,系统通过基于计算机图像技术的算法来判断实时性图像清晰度,从而使系统具备了自动调焦的能力,可以实现被视物体的自动选择。监视系统的所有系统信息都通过数据来描述,化分为半固定数据、动态数据两种。计算机与解码器阵列之间的数目、解码器的编号等参数均属于半固定数据,以拨码开关设置值、程序代码等形式存在。云台的线扫描、面扫描、顺序切换、定时切换等中间运行参数都是动态数据。系统程序包括导对云台、镜头的参数进行设置,对串行
13、通信初始化,对云台的运动、雨刷控制等。应用程序是直接面向用户并为用户服务的程序,包括将摄像机的视频信号的捕获,视频图像处理和显示。1.2.3 云台控制软件的发展现状早期的云台控制器多采用模拟量信号通讯,控制信号也多为模拟量,这种类型控制器无需考虑信号之间的通讯联系问题,控制软件也就相对简单,它采用模拟量调节控制云台的上下左右动作,以及镜头的参数控制都是采用模拟量调节。由于现场的监控通常比较复杂,常常是多台云台同时工作,传统的控制方式弊端尽显,随着数字通讯技术的发展,对云台的控制由传统的模拟量信号,转变为数字量控制,这对控制软件的制作要求也有所提高,软件必须能实现控制操作台通过简单的串行连接来控
14、制多台云台完成更加丰富的动作,这样可以极大地提高系统的通讯信息集成化、综合自动化、降低成本等,在云台与控制器之间的通讯也就渐渐形成一种数字协议。但由于受地区、行业的限制、公司企集团的利益驱使,目前控制器与控制操作台的通讯协议没有形成统一的国际标准,但仍然陆续出现了一些有影响的云台通讯协议,并具有一定的应用范围和市场,表现为市场流行多种控制协议,也就产生了多种协议类型的云台控制器.美国Pelco公司在监控行业具有领先地位,其公司制定的Pelco-D协议是目前市场上比较通用的协议,此词的云台控制软件就采用了Pelco-D协议。1.3 工作内容和章节安排本论文的主要内容是分析、设计和实现基于VC的云
15、台镜头控制操作台软件开发.论文共五章,结构安排如下:第一章是绪论。主要介绍了云台控制器的应用背景,控制软件的介绍、原理和发展概况。第二章是软件分析和方案设计。对软件所具备的功能进行了分析,同时根据不同功能的实现,提出了相应的设计方案。第三章是串行通信的实现。对软件与云台的通信方式做了介绍,并对本系统所采用通讯传输协议PELCO-D协议做了详细解释说明。 第四章是软件的设计和实现。简要描述了软件开发工具、开发环境,并给出了相关程序流程图,包括运动控制和雨刷镜头控制的流程图。同时对软件程序中的程序功能、界面展示、函数变量等做了详细的分析、设计、编写。第五章是总结。主要是对在开发过程中遇到问题作总结
16、,以及自己对这一课题的一些认识。2 软件分析和方案设计2.1 软件功能分析 此云台软件主要设计了改变串口设置,包括修改协议、设定波特率、设定地址等功能;对云台运动的控制,包括上下左右等八个方向的运动和自动巡控功能;对镜头进行控制,包括变焦、聚焦、打开或关闭光圈等功能;其他一些高级控制,如预置、雨刷等1。串口设置:多种协议、波特率设置、地址。软件和云台间通过协议来彼此传输数据,即操作软件产生数据包,通过协议发给云台,使其完成对应动作;每个云台都有个地址码,这个地址码的编码就是协议地址,每个地址码的接口单位时间内传输的数据(包括起始位、数据位、校验位、停止位)的位数,叫做云台的协议地址波特率,单位
17、为bps,即位/秒,这个接口是串口。2。云台控制按键:上下左右、左上、左下、右上、右下、自动巡控。通过操作这些按键,生成对应数据包传到云台,云台接收后进行对应的功能动作,如上下左右转动以采集所需方向的图像。3。对镜头控制按键:变焦(+ -)、聚焦(+ -)、光圈开关。通过这三种功能按键对云台进行控制,增加图像的清晰度。变倍:通过内部的复杂透镜组来实现放大倍率,移动镜头内部的镜片,改变它们之间的相对位置,在一定范围内改变镜头的焦距长度和视角。焦距:是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式,是指透镜中心或其第二主平面到图像聚集点处的距离,单位一般为毫米或英寸。光圈:用来控制光线透过镜头,进入机身内
18、感光面的光量的装置,位于摄像机镜头内部,可用来控制通过镜头的光线的多少。4.高级控制按键:预置、调用、雨刷.将某个位置设定为预置位置,之后可以通过调用自动回复到预置的位置,可设多个;通过雨刷按键控制雨刷装置运动擦拭镜头表面,保障观察效果,此装置操作便捷,大大降低罩面清洁和维护面积.云台的镜头镜片如果沾有水或者灰尘,会影响视觉,就要装配雨刷,雨刷的工作方式类似汽车的雨刷,在镜片上来回扫动,去除镜片上的杂物2.2 软件设计方案实现以上所说功能,具体需要三大模块,分别是分别是设置模块,按钮模块,通讯模块。2.2.1 设置模块设置模块的功能主要分为三大块,通讯地址的选择,通讯频率波特率设定,通讯协议选
19、择。通讯地址选择是为了选择云台控制操作台控制目标。地址码的作用是用来区分每一个摄像机的,比如你的监控系统中有5个云台,这样你为了在后端的操作系统中操作每个云台,你就得对每个云台进行编号,这就是云台的地址码.云台的地址码是有一定的规律可询的,以PELCO-D为例,走的就是标准的二进制,具体编号有公式决定。当设定了云台控制操作台上的地址选择后,操作台就可根据编码,选择要控制的云台,从而实现一台云台操作台可以操作多个云台,而控制互不干扰的情况。频率波特率设定是为了实现云台于云台控制操作台的控制同步。模拟线路信号的速率,也称调制速率,以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩,波特率等于每秒钟传输的数据
20、位数,如果数据进行了压缩,那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率,使得传输数据偶尔产生错误. 波特率是指数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示,其单位是波特(Baud)。波特率与比特率的关系是比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。 在信息传输通道中,携带数据信息的信号单元叫码元,每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率,简称波特率.波特率是传输通道频宽的指标。 通讯协议选择是为了让云台正确解码云台操作控制台的控制命令,从而让云台实现操作者的控制预期。2.2.2 按钮模块按钮模块作为云台控制操作台中的重要控制部分,按其功能分,主要分为三大块,分别是:运动
21、控制,摄像机镜头控制,以及高级功能控制.以运动控制为例,当按下控制方向的按钮时,即触发了鼠标触发事件,调用相关函数,产生7个字节的数据包,通过串口传输数据到232/485转换器,将数据转换为485信号输送给云台,从而实现控制云台运动的功能。2.2.3 通讯模块通讯模块是本设计的重要部分,所有控制命令都是通过通讯模块传输给被控制的云台的.这部分会在内下一章节重点介绍.软件的核心。实现各种按钮触发事件,并将对应控制信号输出到云台。镜头控制按钮区,用于控制云台镜头的动作。添加高级功能按钮,完善软件功能基本功能控制按钮,控制云台上下左右转动等。设置模块,包括设置波特率、地址位等通过通讯协议向云台发送信
22、号。图2。1 云台控制软件模块图3 串行通信的实现3.1 串行通信概述随着计算机技术的发展,通讯传输在工业自动化控制领域得到越来越厂泛的应用。通常在实际工作中,两个设备之间的信息交换被称为通信,通信的方式有两种,并行通信和串行通信。所谓并行通信,是在一些联络信号的控制下,一次将8位,16位或者32位数据同时进行传送的通信方式。在并行通信中,传输线数量没有限制,除了数据之外还应设置通信联络控制线.这种通信方式的优点似乎通信速率高,适用于高速的通信场合,但缺点明显,首先随着通信联络控制线数量的增加,通信的成本越来越高;其次随着通信距离的增加,收到通信联络控制线间及外界的电磁干扰趋势严重,通信质量明
23、显下降.串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式,它的突出优点是使用线路少,只需一对传输线,避免了多条线路特性的不一致,简单实用,这样就大大降低了传送成本,特别适用于远距离通信,因此在工业应用中绝大多数使用串行通讯。串行通信的基本接口方式分为RS-232和RS485两种标准.RS232为全双工工作模式,其信号准位是参考地线而得,分别作为数据的传送和接收,实际应用中其传输距离可以达到15米,只具有一对一通讯。而RS485却能解决长距离的串行通讯,解决了RS232协议传输距离太近(15m)的缺陷.本文为互联网收集,请勿用作商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途3.2 串行通信介绍3.2.1
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