单片机的摄像镜头控制电路设计软件部分
目 录
1 引言 1
1.1 背景概述与选题意义 1
1.2 发展现状与主要难题 1
1.3 论文内容与结构安排 2
1.4 本章小结 4
2基本原理 4
2.1 光学成像原理知识 4
2.2 基于图像处理的自动调焦 5
2.3 本章小结 7
3 摄像镜头控制系统及其电路设计 9
3.1 硬件设备 9
3.2 电路组成与控制原理 10
3.3 本章小结 12
4 单片机内部模块 12
4.1 定时器 12
4.2 FLASH存储器 13
4.3 中断系统 14
4.4 UART串口 15
4.5 延时模块 16
4.6 初始化模块 16
4.7 本章小结 19
5 电路设计与程序编辑 19
5.1 解码器 19
5.2 DS18B20测温模块 21
5.3 电机控制模块 24
5.4 本章小结 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 引言
1．1 背景概述与选题意义
1.1.1 背景概述
随着科技的飞速发展，视频监控作为一种长距离监控的手段，广泛应用于室内以及野外的一些等需要对某些区域进行监控的场合。而它的发展也可谓是日新月异、一日千里，现如今它不但能够实时地反映被监控区域的画面图像，而且所得的信息十分丰富，而观测结果也显得十分直观，也正因为如此，视频 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
监控这一监控手段才得到了各行各业的青睬，现如今，视频监控已经广泛地应用在工业生产以及日常生活的方方面面。
视频监控首先要通过摄像镜头来采集被监控对象的音频视频等信息，再将这些信息经过一定的系统控制后传送到控制模块和视频终端，从而实现监控功能。一荣俱荣，计算机科技的发展日新月异、突飞猛进，深刻地改变着人类生产生活的方方面面，而监控系统也坐上了加速前进的列车。
1.1.2 选题意义
目前，在这些形形色色的视频监控系统中，对最终控制终端的使用效果能够产生决定性影响的首先便涉及到摄像镜头所拍摄到的图像质量的好坏，而由于摄像机的应用环境千差万别，光线、温度的不同都会对摄像效果产生重大影响，而某些特殊情况下，摄像机还得工作于条件较为恶劣的野外环境，是以，镜头的各个参数都必须加以一定控制，而这些控制的依据就是镜头所处的具体条件，进而可以获得符合要求的视频资料，而这三个参数都需由摄像机的控制电路发出控制信号，故对摄像镜头的控制显得尤为重要。
1．2 发展现状与主要难题
1.2.1 发展现状
当前，从镜头的内部构造来看，视频监控所使用镜头一般情况下有二种，一种即将镜头集成于相机，而第二种则靠人们单独由现场情况配置镜头。前者的结构较为简单，用起来也较为便利，控制功能更加多样化，能够更好地完成监控任务，而且这种摄像镜头的参数还可以进行远端控制，使用及其方便。然则，对于这些内置镜头，摄像机的功能一定会有负面作用，也在一定程度上减小其应用的场合，对于那种极端情况，就不能采用。
不同的是，第二种摄像机按需配置镜头，则能够具体问题具体分析，故而适用范围更广。然则，福兮祸之所倚，单独配置的镜头，必定给控制系统带来技术上面的困难。而在对摄像机三个参数调节的时候，镜头的控制独立于云台，造成控制电路的复杂化。
1.2.2 主要难题
总体而言，我们面临的难题主要有如下几点：
1、调焦的精度还不够高
对于一个摄像系统来说，调焦的精度对最终的成像效果有着近乎决定性的影响，故对于一个视频监控系统，无论调焦失败亦或是调焦精度不够高，都是我们难以接受的。而现实中，摄像机的拍摄环境千差万别，系统算法也没有达到尽善尽美的程度，控制系统的准确性也得到不完全的保证，因而调焦精度的提高仍然是亟待解决的难题。
2、拍摄时不能够适应快速摄像
由于摄像机广泛应用于各种各样视频监控系统，而视频监控系统就难免需要拍摄一些移动的画面。这样一来，摄像镜头的调焦采样，图像处理，电机驱动都难以满足实时性的要求。
3、抗干扰能力较弱，稳定性不强
虽然我们在进行控制系统设计与调光调焦算法编写时已经尽量地考虑到各种可能的情况，但是凡事总有例外，在某些极端的情况下，例如曝光（进光量太多）或者光线极弱（进光量严重不足）的情况，调焦系统无法获得符合要求亮度的视频，这时候，系统甚至会要求我们关闭调焦系统，这时候，就算我们对电机的其他参数的控制都没有误差，视频监控终端还是很难获得符合要求的视频图像。
1．3 论文内容与结构安排
1.3.1 论文内容
本次论文中，综合了有关光学镜头成像原理，步进电机控制，单片机模块，自动调焦等相关知识，各个模块相互协调，互相配合最终能够使视频监控系统符合设计的要求。而且为了能够实现控制系统的自动化，必须对自动调焦，调光的算法及软件程序的编辑进行更为深入的研究。当然，一个可以实现控制自动化的视频监控系统，完全能够实现摄像头的光圈、聚焦、变焦的自动调节，最终使得监控终端可以得到清晰的，亮度适合的视频图像。
毋庸置疑的是，当今社会乃是智能化、信息化的社会，时代的发展对我们的设计提出更高的要求，一个能够完成自动控制的视频监控系统既给我们带来了很多方便之处，与此同时，也可以显著地提高系统的工作效率，保证视频拍摄质量。故，将摄像镜头的控制电路实现自动控制化是具有极大现实意义的课题。
图1-1 系统工作流程图
1.3.2 结构安排
第一章，绪论部分，主要叙述本论文的研究背景，选题意义，发展现状和主要难题；
第二章，光学成像原理简介，以及一种基于图像处理的自动调焦技术。
第三章，三可变摄像镜头的介绍，介绍本次论文中运用的主要器件，如单片机，模数转换芯片，功放器件等；
第四章，详细介绍论文中所采用的C8051F120单片机的内部各个模块的基本功能以及这些模块在论文中的重要作用；
第五章，控制电路设计与软件程序编写。
1.3.3 系统结构图
工作流程图见图1-1。
1.4 本章小结
本章详细介绍了摄像机用于视频监控的背景情况、发展概述、课题意义、国内外研究以及当今及其应用于现实生活的主要难题。为了能够让大家更好地了解论文，本章还对论文的结构做出一定的介绍，并附出系统的工作流程图，以便打击能够更好地了解本论文。
2基本原理
2．1 光学成像原理知识
2.1.1 基本光学知识
摄像镜头的透镜作为摄像机最为重要的一个部件，对成像效果有着的影响，这里先简单介绍介绍一下透镜的成像模型：
图2-1 透镜光学成像模型
单片机在程序正式执行前都要进行一次初始化，在初始化程序中，对定时器、UART串口、FLASH存储器都要进行设置。部分初始化程序如下：
1 引言 1
1.1 背景概述与选题意义 1
1.2 发展现状与主要难题 1
1.3 论文内容与结构安排 2
1.4 本章小结 4
2基本原理 4
2.1 光学成像原理知识 4
2.2 基于图像处理的自动调焦 5
2.3 本章小结 7
3 摄像镜头控制系统及其电路设计 9
3.1 硬件设备 9
3.2 电路组成与控制原理 10
3.3 本章小结 12
4 单片机内部模块 12
4.1 定时器 12
4.2 FLASH存储器 13
4.3 中断系统 14
4.4 UART串口 15
4.5 延时模块 16
4.6 初始化模块 16
4.7 本章小结 19
5 电路设计与程序编辑 19
5.1 解码器 19
5.2 DS18B20测温模块 21
5.3 电机控制模块 24
5.4 本章小结 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 引言
1．1 背景概述与选题意义
1.1.1 背景概述
随着科技的飞速发展，视频监控作为一种长距离监控的手段，广泛应用于室内以及野外的一些等需要对某些区域进行监控的场合。而它的发展也可谓是日新月异、一日千里，现如今它不但能够实时地反映被监控区域的画面图像，而且所得的信息十分丰富，而观测结果也显得十分直观，也正因为如此，视频 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
监控这一监控手段才得到了各行各业的青睬，现如今，视频监控已经广泛地应用在工业生产以及日常生活的方方面面。
视频监控首先要通过摄像镜头来采集被监控对象的音频视频等信息，再将这些信息经过一定的系统控制后传送到控制模块和视频终端，从而实现监控功能。一荣俱荣，计算机科技的发展日新月异、突飞猛进，深刻地改变着人类生产生活的方方面面，而监控系统也坐上了加速前进的列车。
1.1.2 选题意义
目前，在这些形形色色的视频监控系统中，对最终控制终端的使用效果能够产生决定性影响的首先便涉及到摄像镜头所拍摄到的图像质量的好坏，而由于摄像机的应用环境千差万别，光线、温度的不同都会对摄像效果产生重大影响，而某些特殊情况下，摄像机还得工作于条件较为恶劣的野外环境，是以，镜头的各个参数都必须加以一定控制，而这些控制的依据就是镜头所处的具体条件，进而可以获得符合要求的视频资料，而这三个参数都需由摄像机的控制电路发出控制信号，故对摄像镜头的控制显得尤为重要。
1．2 发展现状与主要难题
1.2.1 发展现状
当前，从镜头的内部构造来看，视频监控所使用镜头一般情况下有二种，一种即将镜头集成于相机，而第二种则靠人们单独由现场情况配置镜头。前者的结构较为简单，用起来也较为便利，控制功能更加多样化，能够更好地完成监控任务，而且这种摄像镜头的参数还可以进行远端控制，使用及其方便。然则，对于这些内置镜头，摄像机的功能一定会有负面作用，也在一定程度上减小其应用的场合，对于那种极端情况，就不能采用。
不同的是，第二种摄像机按需配置镜头，则能够具体问题具体分析，故而适用范围更广。然则，福兮祸之所倚，单独配置的镜头，必定给控制系统带来技术上面的困难。而在对摄像机三个参数调节的时候，镜头的控制独立于云台，造成控制电路的复杂化。
1.2.2 主要难题
总体而言，我们面临的难题主要有如下几点：
1、调焦的精度还不够高
对于一个摄像系统来说，调焦的精度对最终的成像效果有着近乎决定性的影响，故对于一个视频监控系统，无论调焦失败亦或是调焦精度不够高，都是我们难以接受的。而现实中，摄像机的拍摄环境千差万别，系统算法也没有达到尽善尽美的程度，控制系统的准确性也得到不完全的保证，因而调焦精度的提高仍然是亟待解决的难题。
2、拍摄时不能够适应快速摄像
由于摄像机广泛应用于各种各样视频监控系统，而视频监控系统就难免需要拍摄一些移动的画面。这样一来，摄像镜头的调焦采样，图像处理，电机驱动都难以满足实时性的要求。
3、抗干扰能力较弱，稳定性不强
虽然我们在进行控制系统设计与调光调焦算法编写时已经尽量地考虑到各种可能的情况，但是凡事总有例外，在某些极端的情况下，例如曝光（进光量太多）或者光线极弱（进光量严重不足）的情况，调焦系统无法获得符合要求亮度的视频，这时候，系统甚至会要求我们关闭调焦系统，这时候，就算我们对电机的其他参数的控制都没有误差，视频监控终端还是很难获得符合要求的视频图像。
1．3 论文内容与结构安排
1.3.1 论文内容
本次论文中，综合了有关光学镜头成像原理，步进电机控制，单片机模块，自动调焦等相关知识，各个模块相互协调，互相配合最终能够使视频监控系统符合设计的要求。而且为了能够实现控制系统的自动化，必须对自动调焦，调光的算法及软件程序的编辑进行更为深入的研究。当然，一个可以实现控制自动化的视频监控系统，完全能够实现摄像头的光圈、聚焦、变焦的自动调节，最终使得监控终端可以得到清晰的，亮度适合的视频图像。
毋庸置疑的是，当今社会乃是智能化、信息化的社会，时代的发展对我们的设计提出更高的要求，一个能够完成自动控制的视频监控系统既给我们带来了很多方便之处，与此同时，也可以显著地提高系统的工作效率，保证视频拍摄质量。故，将摄像镜头的控制电路实现自动控制化是具有极大现实意义的课题。
图1-1 系统工作流程图
1.3.2 结构安排
第一章，绪论部分，主要叙述本论文的研究背景，选题意义，发展现状和主要难题；
第二章，光学成像原理简介，以及一种基于图像处理的自动调焦技术。
第三章，三可变摄像镜头的介绍，介绍本次论文中运用的主要器件，如单片机，模数转换芯片，功放器件等；
第四章，详细介绍论文中所采用的C8051F120单片机的内部各个模块的基本功能以及这些模块在论文中的重要作用；
第五章，控制电路设计与软件程序编写。
1.3.3 系统结构图
工作流程图见图1-1。
1.4 本章小结
本章详细介绍了摄像机用于视频监控的背景情况、发展概述、课题意义、国内外研究以及当今及其应用于现实生活的主要难题。为了能够让大家更好地了解论文，本章还对论文的结构做出一定的介绍，并附出系统的工作流程图，以便打击能够更好地了解本论文。
2基本原理
2．1 光学成像原理知识
2.1.1 基本光学知识
摄像镜头的透镜作为摄像机最为重要的一个部件，对成像效果有着的影响，这里先简单介绍介绍一下透镜的成像模型：
图2-1 透镜光学成像模型
单片机在程序正式执行前都要进行一次初始化，在初始化程序中，对定时器、UART串口、FLASH存储器都要进行设置。部分初始化程序如下：
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