CN201666956U - 总线式多光学探测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种总线式多光学探测***，包括：中央监控平台，通过CAN总线向集成控制单元发送对多探测器组合单元的各种操作指令和信号；集成控制单元，对中央监控平台发送来的CAN总线指令进行解析后，对多探测器组合单元进行控制，并将多探测器组合单元反馈的数据和状态通过CAN总线发送给中央监控平台；多探测器组合单元，包括CCD摄像机、红外热像仪和激光测距机，用来对目标进行观察和测距。本实用新型是一种采用模块化和网络分布式设计、结构简单紧凑、通用性强、集成度高、适应范围广、可控性好的总线式多光学探测***。

Description

总线式多光学探测***

技术领域

本实用新型主要涉及到光电探测设备领域，特指一种多光学探测***。

背景技术

随着国防和现代化建设的不断深入，光电探测技术无论在军事还是在民用领域都发挥着日益重要的作用。然而，光电探测设备的多元化、集成化，在提高探测效率与探测精度水平的同时，也面临着如何同时高效、集约地实现多种光电探测器集成控制问题。当前，由于光电探测器各自的使用要求及控制方式依据生产厂商的不同而各异，当集成于同一个***下时，常常会出现互不兼容的现象，进而出现了有几个探测器就各自配以几个控制器的局面。目前多数采用的均对光电探测器进行单独分散控制，没有针对多探测器组合进行集成综合分析，光电探测模块电路硬件设计冗余，资源浪费且集成度不高，软件缺乏可移植性，***电气走线复杂，不便于安装维护；对于更为复杂的光电监视***，如飞机光电吊舱，舰船光电桅杆等，多探测器组合作为分布式网络节点，控制模式更为复杂，分布式多探测器视觉网络必须解决多光电探测器网络集成控制问题。综上所述，设计一种总线式多光学探测***十分的紧迫和必要。随着科学技术的发展，针对各个行业实际应用角度考虑，今后多探测器的控制将会朝以下三个方面发展：通用性、模块化、网络化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种采用模块化和网络分布式设计、结构简单紧凑、通用性强、集成度高、适应范围广、可控性好的总线式多光学探测***。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。

一种总线式多光学探测***，其特征在于，包括：

中央监控平台，通过CAN总线向集成控制单元发送对多探测器组合单元的各种操作指令和信号；

集成控制单元，对中央监控平台发送来的CAN总线指令进行解析后，对多探测器组合单元进行控制，并将多探测器组合单元反馈的数据和状态通过CAN总线发送给中央监控平台；

多探测器组合单元，包括CCD摄像机、红外热像仪和激光测距机，用来对目标进行观察和测距。

作为本实用新型的进一步改进：

所述集成控制单元包括：

任务管理单元，用来解析由中央监控平台发送过来的各种指令并传送给探测器控制单元，同时实时接收多探测器组合单元返回的数据发送至中央监控平台；

探测器控制单元，用来对多探测器组合单元进行控制；

视频处理电路，用来实现多探测器组合单元中红外热像仪与CCD摄像机图像的切换，并将图像进行差分输出到中央监控平台进行显示；

同步处理单元和CAN总线收发器，用来与中央监控平台相连；

电源管理单元，为上述各模块供电。

所述集成控制单元的电路硬件是由主控制板和接口板共同组成，所述主控制板由微处理器、CAN总线驱动、RS422串行通信驱动、数字I/O输出电路组成，所述接口板包括继电器阵列、电源管理单元和视频切换/差分电路。

与现有技术相比，本实用新型的优点就在于：

1.本实用新型采用***设计模块化及控制模式优化：本实用新型对多探测器网络很好的实现了集成综合控制，模块化的设计使其具备了很好的通用性及扩展性；集成控制模式较好的优化了中央监视平台对多探测器组合的控制性能；视频信号切换、差动功能可以有效保证视频传输的信号质量。

2.本实用新型优化了硬件电路电气特性：电源管理单元提供的低噪声稳压隔离电源，分别供给主控制板和接口板，主控制板上主要为DSP自用电压，其它高功耗、大电流模块设置在接口板上，相互之间进行了有效的光耦隔离，这样对模块了合理划分，较好的保证了微控制器(DSP)工作的稳定性，而接口板上则采取相应得电磁屏蔽措施以减小各单元相互间的电磁干扰。

3.本实用新型集成控制单元的结构紧凑、占用空间小，维护方便：主控制板、接口板电路设计集成度高，叠放方式有效节省了占用空间。

附图说明

图1是本实用新型的框架结构示意图；

图2是本实用新型中任务管理单元的原理示意图；

图3是具体实施例中主控制板的框架结构示意图；

图4是具体实施例中接口板的框架结构示意图；

图5是集成控制单元中微控制器(DSP)及其***接口的电路原理示意图；

图6是集成控制单元中中继电器阵列电路的电路原理示意图；

图7是集成控制单元中视频处理电路的电路原理示意图。

图例说明

1、中央监控平台；2、集成控制单元；3、多探测器组合单元；4、任务管理单元；5、探测器控制单元；6、视频处理电路；7、电源管理单元；8、同步处理单元；9、CAN总线收发器。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的总线式多光学探测***，包括中央监控平台1、集成控制单元2和多探测器组合单元3，集成控制单元2可作为总线网络节点，受中央监控平台1控制。集成控制单元2包括任务管理单元4、探测器控制单元5、视频处理电路6、电源管理单元7、同步处理单元8、CAN总线收发器9及相关***电路，集成控制单元2用于控制多探测器组合单元3，形成的控制环路为：中央监控平台1→CAN总线收发器9(同步处理单元8)→任务管理单元4→探测器控制单元5→多探测器组合单元3→视频处理电路6→任务管理单元4→CAN总线收发器9(同步处理单元8)→中央监控平台1。

中央监控平台1作为上位机通过CAN总线向集成控制单元2发送对多探测器组合单元3的各种操作指令和信号，这些操作指令和信号包括同步信号、测距命令、红外热像仪与CCD摄像机图像的切换指令、CCD摄像机的聚焦、变焦和光圈调节指令、红外热像仪焦距、对比度、亮度、大小视场切换、正负极性、十字叉丝设置指令、激光测距机测距、充电/取消、自检等指令，同时接收集成控制单元2传来的红外热像仪、CCD摄像机的图像信号以及激光测距机的测距结果信息，并在屏幕上显示。

集成控制单元2的主要功能是对中央监控平台1发送来的CAN总线指令进行解析，任务管理单元4根据协议重新组包发送至多探测器组合单元3，由探测器控制单元5对多探测器组合单元3进行直接控制，并将多探测器组合单元3反馈的数据和状态按照协议通过CAN总线发送给中央监控平台1。另一方面，视频处理电路6通过切换电路实现红外热像仪与CCD摄像机图像的切换，并将图像进行差分输出到中央监控平台1进行显示。

多探测器组合单元3主要实现对目标的观察和测距，其包括CCD摄像机、或红外热像仪、或激光测距机、或上述三种的组合。其中CCD摄像机(例如TM33Z1015N)主要用于白天光照条件目标观察，其聚焦、变焦和光圈均可通过12V电压进行调节，以实现高清晰度的成像。红外热像仪(例如DL-900)主要针对夜间和气象条件不佳的条件下对目标进行观察，能够对5km的目标清晰成像，生成PAL制式的视频信号，外部可通过RS422接口和红外探测器接口实现各种参数的设置，并返回状态参数。中央监控平台1可根据当前环境条件选择CCD摄像机或红外热像仪的视频信号。激光测距机(例如Z001D)通过RS422接口接收集成控制单元2的测距命令，并将测距结果以及测距机状态反馈给集成控制单元2，实现对目标的精确测距。

如图2所示，本实施例中，集成控制单元2中的任务管理单元4采用微处理器(DSP)来实现，其主要工作如下：一方面，用来解析中央监控平台1发送的各种指令，包括CCD摄像机、红外热像仪及激光测距机等多探测器组合单元3的状态调整、动作及参数修改指令，视频信号切换、电源开关指令。另一方面，对传感器单元进行控制，实时接收多探测器组合单元3返回的数据、探测器状态及错误警报信号，并将其组包通过CAN总线发送至中央监控平台1。另外，在接收到***发送来的同步测距指令时，执行测距命令。本实施例中，探测器控制单元5由微处理器(DSP)外部扩展两路RS422串行通信电路和继电器阵列电路组成，主要工作如下：实现对CCD摄像机的聚焦、变焦和光圈的变化；实现对红外热像仪焦距、对比度、亮度、视场、正负极性、镜像、手动/自动变化及十字叉丝、非均匀校正、复位功能，能实时获取红外热像仪当前焦距值；实现对激光测距机测距、充电/取消、自检功能，测距返回包括正常测距值或测距错误信息。

如图3和图4所示，本实施例中，集成控制单元2电路硬件是由主控制板和接口板共同组成，主控制板由微处理器(DSP)、CAN总线驱动、RS422串行通信驱动、数字I/O输出电路组成；接口板主要包括继电器阵列、电源管理单元7和视频切换/差分电路。电源管理单元7向主控制板提供微处理器所需的+5V，+3.3V和+1.8V电源；向图像切换/差分电路的视频差分芯片提供+8.5V电源；向CCD摄像机提供+12V电源，向热像仪提供带开关可控的+28V电源，向激光测距机提供+28V电源。视频切换/差分电路由视频切换芯片、视频差分芯片及***电路构成。其输入端分别是CCD视频信号、热像仪视频信号以及1路来自主控制板的数字I/O信号，视频信号输出端经视频差分芯片进行差分，最后传送到中央监控平台1。

参见图1，本实施例中，视频处理电路6由视频切换/差分电路组成，主要工作如下：实时获取CCD摄像机、红外热像仪视频信号，当中央监控平台1发出视频切换指令时，实现CCD摄像机和红外热像仪视频信号相互切换，切换后的视频信号经过视频差分发送至中央监控平台1进行显示。

参见图5，为本实施例中微控制器DSP及其***接口的电路原理示意图。其中，U1为微控制器DSP，型号为TMS320F2812，它为整个控制器的控制核心，用来实现任务管理单元4和探测器控制单元5两部分的功能，即用于实现解析任务管理、探测器控制任务及通信任务。***接口P1为通用I/O接口，连接继电器阵列视频处理电路中的视频切换单元，实现视频切换、热像仪电源控制和对CCD摄像机光圈、焦距、对比度的调节。P2为DSP的调试接口。U2型号为DS26LV32ATM为同步差动信号处理电路，用于将同步差动信号变成单端信号接入DSP，实现整个控制器的外同步功能。U3和U4型号为MAX3490，RS422总线收发器，一端接DSP另一端连接红外热像仪和激光测距机，实现对红外热像仪工作状态和激光测距机结果数据的读取，U5为SN65HVD230，CAN总线收发器，一端接DSP另一端接中央监控平台1，也可接分布式网络的其它节点，实现与中央监控平台1或其它节点之间的数据传输。

参见图6，为本实施例中继电器阵列电路的电路原理图，主要用于实现CCD摄像机控制和一路电源开关功能，由非门、驱动芯片及继电器电路构成，其输入端连接主控制板的6路数字I/O信号，输出端连接CCD摄像机。通过对微处理器的数字I/O端口进行匹配操作，以控制继电器阵列的联合动作，达到调控CCD摄像机聚焦、变焦和光圈的目的。图中ZOOM±，FOCUS±，IRIS±分别为CCD摄像机控制接口。其中，输入端口P1-P7接光电耦合的通用I/O输出，U108-U114为74HC1G04，逻辑非门，实现通用I/O信号的反相，U100为UL2003A继电器驱动芯片，可为继电器输入绕组提供约50mA的电流，U101-U107为TN2-5V继电器，其中U101-U106通过逻辑组合实现对CCD摄像机的聚焦、变焦和光圈的控制，P10，P11，P12为这三个控制对象的接口，P8为热像仪电源的输入口，U107实现对热像仪工作电源的控制，P9为电源控制输出口。

参见图7，为本实施例中视频处理电路6的电路原理图，其中U400为MAX4567实现CCD摄像机视频和红外热像仪视频的切换，输入信号VIDEO1接CCD视频，VIDEO2接红外热像仪视频，SWITCH_CTL为视频切换控制信号接DSP，VIDEO3为切换后的视频输出，接U401视频差动输出芯片，型号为MAX9546，其差动视频信号输出线为VIDEO_Out+和VIDEO_Out-。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种总线式多光学探测***，其特征在于，包括：

中央监控平台(1)，通过CAN总线向集成控制单元(2)发送对多探测器组合单元(3)的各种操作指令和信号；

集成控制单元(2)，对中央监控平台(1)发送来的CAN总线指令进行解析后，对多探测器组合单元(3)进行控制，并将多探测器组合单元(3)反馈的数据和状态通过CAN总线发送给中央监控平台(1)；

多探测器组合单元(3)，包括CCD摄像机、红外热像仪和激光测距机，用来对目标进行观察和测距。

2.根据权利要求1所述的总线式多光学探测***，其特征在于，所述集成控制单元(2)包括：

任务管理单元(4)，用来解析由中央监控平台(1)发送过来的各种指令并传送给探测器控制单元(5)，同时实时接收多探测器组合单元(3)返回的数据发送至中央监控平台(1)；

探测器控制单元(5)，用来对多探测器组合单元(3)进行控制；

视频处理电路(6)，用来实现多探测器组合单元(3)中红外热像仪与CCD摄像机图像的切换，并将图像进行差分输出到中央监控平台(1)进行显示；

同步处理单元(8)和CAN总线收发器(9)，用来与中央监控平台(1)相连；

电源管理单元(7)，为上述各模块供电。

3.根据权利要求2所述的总线式多光学探测***，其特征在于：所述集成控制单元(2)的电路硬件是由主控制板和接口板共同组成，所述主控制板由微处理器、CAN总线驱动、RS422串行通信驱动、数字I/O输出电路组成，所述接口板包括继电器阵列、电源管理单元(7)和视频切换/差分电路。

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