Радиоуправляемое поворотное устройство для видеокамеры (PIC18F628A, FS1000А, XY-VR-5V)

Предлагается блок управления поворотным устройством для видеокамеры охранного телевидения с возможностью дистанционного управления им по радиоканалу и организации видеонаблюдения в помещении, имеющем потенциальные места проникновения злоумышленников (оконные проёмы, двери), стремятся контролировать их все с помощью видеокамер. Необходимое число видеокамер стремятся уменьшить, выбирая те, что имеют большой угол обзора.

Это позволяет с помощью каждой из них наблюдать одновременно за несколькими объектами. Однако во многих случаях такое решение невозможно из-за слишком большого углового расстояния между объектами или недостаточной для их распознавания разрешающей способности широкоугольных видеокамер. Приходится устанавливать дополнительные видеокамеры, что увеличивает стоимость системы.

В некоторых случаях проблему решает установка видеокамеры, оснащённой поворотным механизмом, которую можно оперативно направлять на интересующий объект.

Такие устройства получили название PTZ-видеокамер. Аббревиатура PTZ описывает возможности управления: Pan - панорама, Tilt - наклон, Zoom - увеличение. Сегодня существуют PTZ-видеокамеры двух видов - аналоговые и цифровые.

Аналоговые камеры подключают к видеорегистратору или видеосерверу коаксиальным кабелем. Для управления ими используют дополнительный шестипроводный кабель и один из протоколов DH-SD, PELCO-P, PELCO-D. Цифровые IP PTZ-видеокамеры передают изображение в цифровом формате по протоколу TCP/IP. Оно поступает на цифровой видеорегистратор или видеосервер.

Для передачи изображения и управления достаточно одной витой пары проводов.

Стоимость такого оборудования сегодня измеряется десятками тысяч рублей. Но если приходится выбирать между большим числом обычных и меньшим числом PTZ-видеокамер, решение задачи оказывается неоднозначным.

Однако есть возможность превратить обычную видеокамеру в поворотную, изготовив для её установки сравнительно несложную поворотную платформу с дистанционным управлением.

Принципиальная схема исполнительного устройства

Ниже описывается один из возможных вариантов такого устройства, не обладающего, правда, свойством Z, - управление трансфокатором не предусмотрено. Его принципиальная схема изображена на рис. 1.

Основой служит микроконтроллер DD1 PIC16F628A-I/P [1], имеющий достаточное для решаемой задачи число линий ввода-вывода. Линии RA4, RBO-RB3 использованы как входы, к ним подключены органы управления - кнопки SB1-SB4 и съёмная перемычка S1, которая служит для изменения режима работы сервоприводов платформы.

К выводам RB4 и RB5, служащим выходами, подключены управляющие входы сервоприводов М1 и М2, поворачивающих платформу с видеокамерой соответственно вокруг горизонтальной и вертикальной осей.

Принципиальная схема поворотного устройства для видеокамеры

Рис. 1. Принципиальная схема поворотного устройства для видеокамеры.

Реле К1 и К2 - РЕ014012 с рабочим напряжением обмотки 12 В и её сопротивлением 685 Ом. Нагрузочная способность выхода микроконтроллера недостаточна для непосредственного управления таким реле. Поэтому в устройство добавлены простейшие транзисторные ключи.

Тот, что состоит из резистора R6 и транзистора VТ1, управляет реле К1, а ключ на транзисторе VТ2 и резисторе R8 - реле К2. Диоды VD1 и VD2, подключённые параллельно обмоткам реле, гасят выбросы напряжения самоиндукции, возникающие в моменты прекращения тока через обмотку.

Контакты реле К1.1 и К2.1 можно использовать по своему усмотрению, например, для включения сирены или освещения. Светодиод HL1 - индикатор режима работы устройства.

Предусмотрена возможность управления поворотной платформой и по радиоканалу. Для этого на вход RB7 микроконтроллера подан сигнал с выхода модуля радиоприёмника А1. Использован готовый модуль XY-VR-5V (рис. 2) из комплекта [2], принимающий радиосигналы частотой 433 МГц.

Модуль XY-VR-5V

Рис. 2. Модуль XY-VR-5V.

Питают устройство от аккумуляторной батареи GB1 или другого источника постоянного напряжения 12 В. Оно поступает непосредственно на реле. Напряжение 5 В для питания модуля А1 получено из него с помощью интегрального стабилизатора DA1, а для микроконтроллера и сервоприводов - с помощью более мощного интегрального стабилизатора DA2.

Использование отдельного стабилизатора напряжения для питания приёмника связано с тем, что последний чувствителен к помехам по питанию, создаваемым микроконтроллером и приводами.

Эти помехи могли бы привести к снижению дальности действия радиоуправления и даже сделать его вообще невозможным. Сервопривод - это электродвигатель, снабжённый датчиком положения вала (обычно переменным резистором) и узлом управления, позволяющим по командам, поступающим на управляющий вход, устанавливать вал в заданное угловое положение.

В предлагаемом устройстве использованы сервоприводы SG90 [3], предназначенные для установки на модели самолётов и вертолётов.

Такой сервопривод изображён на рис. 3. Из него выходят три провода, по которым подают плюс и минус напряжения питания и сигнал управления. Выходной вал сервопривода связан с его электродвигателем через редуктор, обеспечивающий вращающий момент 1,8 кгс см, что вполне достаточно для поворота небольшой видеокамеры.

Угол поворота вала не превышает 180° (по 90° от среднего положения в каждую сторону). Сигнал управления сервоприводом представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, следующих с периодом 10...20 мс.

Управляющий параметр - длительность этих импульсов. На рис. 4 показано положение насаженного на вал сервопривода рычага в зависимости от длительности управляющих импульсов. Изменяя её, можно установить рычаг и механически связанную с ним платформу видеокамеры в любое промежуточное положение.

Сервопривод SG90

Рис. 3. Сервопривод SG90.

Управляющий параметр - длительность импульсов

Рис. 4. Управляющий параметр - длительность импульсов.

Схема радиопульта

Принципиальная схема радиопульта управления поворотной платформой изображена на рис. 5. Модуль радиопередатчика FS1000А (А1), работающий на частоте 433 МГц, из того же комплекта [2], что и радиоприёмник в блоке управления, показан на рис. 6. В радиопульте достаточно микроконтроллера с меньшим числом выводов, чем в блоке управления, поэтому здесь применён микроконтроллер PIC16F630-I/P [4].

Принципиальная схема радиопульта управления поворотной платформой

Рис. 5. Принципиальная схема радиопульта управления поворотной платформой.

Питают пульт напряжением 9 В от аккумуляторной батареи GB1 или блока питания с таким выходным напряжением. Им непосредственно питается модуль FS1000A.

Для питания микроконтроллера предусмотрен интегральный стабилизатор напряжения 5 В (DA1). Светодиод HL1 служит для индикации режима работы устройства.

Чертежи печатных плат блока управления поворотной платформой и радиопульта представлены соответственно на рис. 7 и рис. 8. Их изготавливают из фольгированного с одной стороны изоляционного материала толщиной 1,5...2 мм. Возможная методика изготовления плат описана в [5].

Модуль радиопередатчика FS1000А

Рис. 6. Модуль радиопередатчика FS1000А.

В обоих устройствах кнопки SB1, SB2 служат для поворота платформы в горизонтальной плоскости соответственно по часовой стрелке и против неё, кнопки SB3, SB4 - для подъёма и наклона в вертикальной плоскости. При кратковременном нажатии на какую-либо кнопку происходит поворот платформы на небольшой угол в соответствующем направлении.

Если удерживать кнопку нажатой, платформа поворачивается непрерывно с постоянной скоростью, пока угол поворота не достигнет обусловленного конструкцией привода предельного значения. Команды управления радиопульт передаёт с помощью модуля радиопередатчика А1, во время передачи на нём включается сигнальный светодиод HL1.

Как упоминалось выше, в блоке управления установлены реле К1 и К2, предназначенные для коммутации внешних устройств. При кратковременном одновременном нажатии на пары кнопок SB1 и SB2 блока управления или радиопульта будет включено реле К1, а при повторном кратковременном одновременном нажатии оно будет выключено. Аналогично одновременными нажатиями на кнопки SB3 и SB4 управляют реле К2.

Чтобы включить режим изменения скорости поворота платформы с радиопульта, необходимо кратковременно одновременно нажать на его кнопки SB2 и SB4. При этом на нём должен зажечься светодиод HL1. Теперь можно увеличивать скорость поворота нажатиями на кнопку SB3 или уменьшать её нажатиями на кнопку SB4.

Всего предусмотрено 54 градации скорости. При необходимости нажатиями на кнопки SB1 и SB2 можно проверить текущую скорость поворота в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости она будет такой же. Если в этом режиме ни одна из кнопок не будет нажата в течение двух минут, произойдёт автоматический выход из него с сохранением текущей скорости.

Для принудительного выхода из режима необходимо повторно одновременно нажать на кнопки SB2 и SB4. Установленное значение скорости будет записано в EEPROM микроконтроллера радиопульта, а светодиод HL1 на нём погаснет.

Аналогично изменяют скорость поворотов кнопками блока управления. Для входа и выхода из режима изменения скорости здесь необходимо кратковременное одновременное нажатие на кнопки SB1 и SB2.

При этом будет включён светодиод HL1 блока. Скорость увеличивают нажатиями на кнопку SB2, а уменьшают нажатиями на кнопку SB1. По завершении регулировки установленное значение скорости будет сохранено EEPROM микроконтроллера блока управления.

Печатная плата для схемы исполнительного устройства

Рис. 7. Печатная плата для схемы исполнительного устройства.

Печатная плата для схемы пульта управления

Рис. 8. Печатная плата для схемы пульта управления.

Обратите внимание, что значения скорости поворота при управлении с радиопульта и непосредственно с блока управления могут быть установлены разными. Например, с радиопульта - средняя скорость, а с блока управления - высокая.

Если перемычка S1 в блоке управления установлена, микроконтроллер блока управления непрерывно генерирует для сервоприводов управляющие импульсы, при этом сервоприводы постоянно удерживают рычаг в установленном положении, сопротивляясь его изменению от внешних воздействий.

При снятой перемычке управляющие импульсы подаются на сервоприводы только при нажатиях на соответствующие кнопки управления и прекращаются через 0,4 с после последнего нажатия.

В отсутствие импульсов рычаги сервоприводов не фиксируются в достигнутом положении, поэтому видеокамера легко может быть повёрнута, например, порывом ветра. Описанное устройство можно применить для модификации обычной видеокамеры, превратив её в поворотную с минимальными финансовыми затратами.

При установке его вне помещения следует предусмотреть защиту электронных узлов от осадков и низкой температуры. Сервоприводы следует выбирать с учётом массы и момента инерции видеокамеры. Приёмник XY-MK-5V может быть заменён аналогичным, а при отсутствии потребности в радиоуправлении его можно из блока управления исключить.

Литература:

  1. PIC16F627A/628A/648A FLASH-Based 8-Bit CMOS Microcontrollers with nanoWatt Technology. - microchip.com.
  2. Комплект из передатчика и приёмника для организации беспроводной связи на частоте 433 МГц с использованием амплитудной манипуляции. - radioprog.ru.
  3. SG90 9 g Micro Servo. - www.micropik.com/PDF/SG90Servo.pdf.
  4. PIC16F630/676 14-Pin, Flash-Based 8-Bit CMOS Microcontrollers. - microchip.com.
  5. Козлов P. и др. Изготовление печатных плат термопереносом рисунка печатных проводников на фольгу. - Радио, 2017, № 11, с. 54-56.

Файлы печатных плат в формате Sprint Layout 6.0 и программы для микроконтроллеров - camera-rotator-pic15f630

Р. Мухутдинов, А. Сидоров, М. Таравков, г. Воронеж. Р-12-17.

2 154 На микроконтроллерах
поворотное устройство видеокамера микроконтроллер PIC микроконтроллер дистанционное управление
Написать комментарий:

cashback