Zdalne pozycjonowanie przemysłowej kamery video.pdf

Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo

P R O J E K T Y

Układ zdalnego

pozycjonowania

przemysłowej

kamery wideo

kit AVT−817

Chcia³bym zaproponowaÊ

budowÍ uk³adu, dla ktÛrego

moøna znaleüÊ naprawdÍ

duøo interesuj¹cych

zastosowaÒ.

Spadek cen ma³ych,

przemys³owych kamer wideo

pozwala na zastosowanie tych

urz¹dzeÒ w†gospodarstwie

domowym, nawet tak

nietypowo, jak obserwacja

úpi¹cych lub bawi¹cych siÍ

dzieci.

Nie s¹ to jednak jedyne miej-

sca, w†ktÛrych kamera wideo,

po³¹czona przewodowo lub drog¹

radiow¹ z†prostym monitorem,

moøe okazaÊ siÍ niezast¹pionym

úrodkiem obserwacji. Wszelkiego

typu antyw³amaniowe systemy

dozoru takøe wymagaj¹ stosowa-

nia kamer przemys³owych. W

niezbyt bezpiecznych czasach,

w†jakich øyjemy, lepiej dobrze

przyjrzeÊ siÍ, kto stoi pod drzwia-

mi naszego domu zanim je ot-

worzymy. Prowadzenie hodowli

zwierz¹t takøe moøe wymagaÊ

zdalnej obserwacji naszych pod-

opiecznych i†to nie tylko w†dzieÒ,

ale i†w†nocy. Przyk³ady zastoso-

wania kamer wideo moøna mno-

øyÊ w†nieskoÒczonoúÊ.

Podczas stosowania przemys³o-

wej kamery w†systemie dozoru

spotykamy siÍ najczÍúciej z†jed-

nym, trudnym do pokonania prob-

lemem. OtÛø format kadru takiej

kamery jest podobnie jak format

klatki filmowej, oparty na z³otym

podziale odcinka. Uniemoøliwia

to nadzorowanie wiÍkszego obsza-

ru, poniewaø w†kadrze znajdzie

siÍ takøe duøa czÍúÊ sufitu i†pod-

³ogi pilnowanego pomieszczenia,

co najczÍúciej nie jest dla nas

interesuj¹ce. Zastosowanie obiek-

tywu o†krÛtszej ogniskowej po-

zwoli wprawdzie na zwiÍkszenie

kata widzenia kamery, ale kosz-

tem utraty szczegÛ³Ûw i†dalszego

ì³adowaniaî siÍ w†kadr zbÍdnych

elementÛw w†jego gÛrnej i†dolnej

czÍúci. Poniewaø zastosowanie

w†przemys³owej kamerze obiekty-

wu anamorfotycznego Cretiena ra-

czej nie wchodzi w†grÍ, musimy

wymyúliÊ jakiú inny sposÛb roz-

szerzenia k¹ta widzenia kamery.

Elektronika Praktyczna 6/99

Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo

Rys. 1. Schemat elektryczny układu wykonawczego.

Opis dzia³ania uk³adu

Na rys. 1 i† 2 pokazano sche-

maty elektryczne proponowanego

uk³adu. Sk³ada siÍ on z†dwÛch

czÍúci: uk³adu wykonawczego, ste-

ruj¹cego serwami i†prac¹ oúwiet-

lacza noktowizyjnego, oraz czÍúci

steruj¹cej, ktÛra moøe byÊ umiesz-

czona w†znacznej odleg³oúci od

kamery.

Zajmijmy siÍ najpierw uk³a-

dem wykonawczym pokazanym

na rysunku 1. Sk³ada on siÍ

g³Ûwnie z†generatora steruj¹cego

zasilaniem oúmiu diod elektrolu-

minescencyjnych (nadawczych)

w†podczerwieni D1..D8.

Nie bÍdziemy tu szczegÛ³owo

opisywaÊ zasady dzia³ania

oúwietlacza noktowizyjnego do

kamery wideo, wspomnijmy

tylko, øe przetworniki obrazu

wiÍkszoúci kamer wideo uczulo-

ne s¹ na promieniowanie bliskiej

podczerwieni, i†øe fakt ten mo-

øemy wykorzystaÊ do prowadze-

nia obserwacji w†ciemnoúciach.

Impulsowe zasilanie diod daje

znaczn¹ oszczÍdnoúÊ pobieranej

przez uk³ad energii, przy nie-

znacznym spadku jasnoúci obra-

zu.

SposÛb ten nasuwa siÍ sam:

naleøy zbudowaÊ uk³ad, ktÛry

porusza³by kamer¹ ustawiaj¹c j¹

w†pozycji najbardziej odpowied-

niej dla aktualnie prowadzonej

obserwacji. Tak wyposaøona ka-

mera mog³aby byÊ wyposaøona

w†obiektyw o†nawet bardzo ma-

³ym k¹cie widzenia, szczegÛlnie

w†przypadku, jeøeli bÍdziemy mie-

li moøliwoúÊ pozycjonowania jej

takøe w†p³aszczyünie pionowej.

Jak dot¹d, na drodze do zbudo-

wania potrzebnego nam urz¹dze-

nia, barier¹ nie do pokonania by³o

wykonanie skomplikowanej czÍúci

mechanicznej, niezbÍdnej do po-

ruszania kamer¹. Taki uk³ad me-

chaniczny musia³by sk³adaÊ siÍ ze

skomplikowanych przek³adni,

praktycznie nie do wykonania

w†warunkach amatorskich.

Napisa³em ìjak dot¹dî ponie-

waø obecnie bariera ta zosta³a

pokonana. Mamy juø do dyspo-

zycji aø dwa ìprze³oøeniaî pomiÍ-

dzy elektronik¹ a†mechanik¹: sil-

niki krokowe i†serwomechanizmy,

ostatnio szczegÛ³owo opisywane

na ³amach EP. Wykorzystuj¹c fakt,

øe produkowane obecnie mini-

kamery wideo przeznaczone do

domowych zastosowaÒ, a†takøe ka-

mery do komputerowych syste-

mÛw multimedialnych s¹ bardzo

ma³e i†lekkie, do pozycjonowania

kamery zastosowaliúmy standardo-

we serwomechanizmy modelars-

kie.

Zaprojektowany uk³ad charak-

teryzuje siÍ nastÍpuj¹cymi w³aú-

ciwoúciami:

Oúwietlacz noktowizyjny moøe

byÊ w³¹czany wysokim pozio-

mem napiÍcia podawanego na

wejúcie R generatora astabilnego,

zrealizowanego na uk³adzie

NE555 - IC2.

Uk³ad jest zasilany napiÍciem

sta³ym 12VDC, niezbÍdnym do

prawid³owego funkcjonowania

wiÍkszoúci kamer wideo i†zapew-

niaj¹cym wystarczaj¹c¹ energiÍ

emitowanej przez oúwietlacz wi¹z-

ki podczerwieni. Natomiast ser-

womechanizmy modelarskie wy-

magaj¹ napiÍcia sta³ego z†prze-

dzia³u 4,8..6VDC. Dlatego teø za-

stosowano w†uk³adzie stabilizator

napiÍcia IC1 - 7805, ktÛrego za-

daniem jest zasilanie serwome-

chanizmÛw i,†za poúrednictwem

z³¹cza CON4, steruj¹cego nimi

uk³adu elektronicznego, ktÛrego

schemat zosta³ pokazany na rys.

Umoøliwia zdalne pozycjonowa-

nie ma³ej kamery wideo, z†moø-

liwoúci¹ wykonywania ruchÛw

w†dwÛch p³aszczyznach.

K¹t obrotu kamery wynosi ok.

180 o , zarÛwno w†pionie jak

i†w†poziomie. Przy zastosowa-

niu obiektywu o†k¹cie widzenia

90 o daje to ca³kowity k¹t obser-

wacji wynosz¹cy 270 o w†pozio-

mie i†niewiele mniej w†pionie.

Moøe byÊ zastosowany takøe do

obserwacji obiektÛw znajduj¹-

cych siÍ w†ca³kowitej ciemnoúci

(np. úpi¹cych dzieci), poniewaø

zosta³ wyposaøony w†oúwietlacz

noktowizyjny pracuj¹cy w pod-

czerwieni.

Poniewaø koszt nabycia kame-

ry i†dwÛch serwomechanizmÛw

jest relatywnie wysoki, duø¹ wagÍ

przywi¹zywa³em do zaprojektowa-

nia uk³adu z†wykorzystaniem wy-

³¹cznie ³atwo dostÍpnych i†tanich

elementÛw. Urz¹dzenie jest bar-

dzo proste i†³atwe do wykonania,

nawet dla ma³o zaawansowanego

konstruktora.

Podobnie jak w†przypadku

oúwietlacza noktowizyjnego, nie

bÍdÍ w†tym artykule t³umaczy³

Czytelnikom zasady dzia³ania ser-

womechanizmÛw modelarskich,

poniewaø porusza³em juø ten te-

mat w†kilku artyku³ach zamiesz-

czonych w†Elektronice Praktycz-

Elektronika Praktyczna 6/99

Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo

/A, potencjometry

obrotowe lub suwakowe

PR1, PR3: 4,7k

, potencjometry

montażowe

PR2, PR4: 100k

, potencjometry

montażowe

R1, R2: 100k

R3, R4: 22

R5: 240

Ω

R7; 4,7k

Ω

R8, R10: 8,2k

R9, R11: 47k

Ω

Kondensatory

C1, C2: 100nF

C3: 4,7nF

C4: 22nF

C5, C6: 1000

F/25V

C7, C9, C11, C13: 100nF

C8: 100

Rys. 2. Schemat elektryczny układu sterującego.

F/16V

C10, C12, C14: 10nF

Półprzewodniki

D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8:

diody IRED

IC1: 7805

IC2, IC3, IC4, IC5: NE555

T1: BUZ10 lub podobny

Różne

CON1, CON7: ARK2

CON2, CON3: złącze szpilkowe

1x3

CON4, CON6: złącze szpilkowe

5x2

nej. PrzypomnÍ jedynie, øe serwo-

mechanizm umoøliwia realizacjÍ

tzw. sterowania proporcjonalnego.

Serwo sterowane jest impulsami

prostok¹tnymi o†wype³nieniu

zmieniaj¹cym siÍ w†granicach od

ok. 0,5 do ok. 2,5ms (1..2ms

w†typowych zastosowaniach mo-

delarskich), a†minimalny k¹t obro-

tu wa³u napÍdowego serwa uza-

leøniony jest w³aúnie od d³ugoúci

tych impulsÛw. K¹t obrotu serwa

modelarskiego sterowanego impul-

sami o†standardowej d³ugoúci wy-

nosi od 60 do 90 o i†moøe byÊ

³atwo zwiÍkszony do 180 o przez

zastosowanie sterowania impulsa-

mi o†przed³uøonym czasie trwa-

nia. Moment obrotowy serwome-

chanizmu jest bardzo duøy

i†w†przypadku serw standardo-

wych dochodzi do kilku kg*cm,

a†w†serwomechanizmach stosowa-

nych w†modelarstwie wyczyno-

wym moøe wielokrotnie przekra-

czaÊ tÍ wartoúÊ.

Impulsy steruj¹ce serwami wy-

twarzane s¹ w†naszym uk³adzie

przez dwa przerzutniki mo-

nostabilne IC4 i†IC5, zbudowane

z†wykorzystaniem popularnych

uk³adÛw scalonych typu NE555.

Czas trwania impulsu, a†tym sa-

mym k¹t obrotu wa³u serwome-

chanizmu, na ktÛrym zamocowa-

na jest kamera, moøemy nastawiaÊ

za pomoc¹ potencjometrÛw P1

i†P2. Z†wartoúciami elementÛw ta-

kimi jak na schemacie, czas trwa-

nia tych impulsÛw wynosi od ok.

0,5 do ok. 3†ms, co zapewnia k¹t

obrotu kamery wynosz¹cy do ok.

180 o . Przerzutniki wyzwalane s¹

impulsami generowanymi przez

astabilny multiwibrator IC3 (okres

oko³o 10ms). Potencjometry mon-

taøowe PR1..PR4 s³uø¹ do ewen-

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej układu

wykonawczego.

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej układu

sterującego.

Elektronika Praktyczna 6/99

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

P1, P2: 10k

R6: 560

R12: 270k

Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo

tualnego dostosowania charakte-

rystyk potencjometrÛw P1 i†P2 do

wymaganej charakterystyki ruchu

kamery i†maksymalnego k¹ta jej

obrotu.

Za pomoc¹ prze³¹cznika S1

moøemy zewrzeÊ do masy zasi-

lania wejúcie R multiwibratora

astabilnego IC2, powoduj¹c tym

samym zaprzestanie generacji im-

pulsÛw przez ten uk³ad i†wy³¹-

czenie oúwietlacza noktowizyjne-

go.

rownika. Mozaiki ich úcieøek znaj-

duj¹ siÍ na wk³adce wewn¹trz

numeru.

Montaø wykonujemy w†typo-

wy sposÛb, rozpoczynaj¹c od

elementÛw o†najmniejszych ga-

barytach. P³ytka uk³adu wyko-

nawczego zosta³a zwymiarowana

pod obudowÍ typu Z-23. Kszta³t

i†wymiary tej obudowy pozwala-

j¹ na ³atwe zamocowanie kamery

wideo na jej powierzchni i†zlo-

kalizowanie diod IRED dooko³a

kamery.

Jeøeli dobrze przyjrzymy siÍ

p³ytce uk³adu wykonawczego,

to zauwaøymy ma³e otworki

umieszczone pomiÍdzy punkta-

mi lutowniczymi kaødej z†diod

IRED. Otworki te mog¹ pos³u-

øyÊ do bardzo dok³adnego za-

znaczenia na wewnÍtrznej stro-

nie obudowy miejsc, w†ktÛrych

musimy wywierciÊ otwory na

diody IRED. CzynnoúÊ tÍ mu-

simy wykonaÊ przed wlutowa-

niem w†p³ytkÍ jakichkolwiek

elementÛw.

Sposobu zamontowania kamer-

ki na serwomechanizmie i†po³¹-

czenia dwÛch serw ze sob¹ nie

ma sensu dok³adnie opisywaÊ.

Zaleøy on od moøliwoúci wyko-

nawcy, a†szczegÛ³y s¹ dok³adnie

widoczne na zdjÍciach. MogÍ je-

dynie podpowiedzieÊ moim Czy-

telnikom, øe potrzebne do mon-

taøu urz¹dzenia kszta³tki naj³at-

wiej wykonaÊ z†kawa³kÛw lamina-

tu epoksydowo - szklanego uøy-

wanego do produkcji obwodÛw

drukowanych.

W†uk³adzie sterownika moøe-

my zastosowaÊ potencjometry ob-

rotowe lub suwakowe, zaleøy to

wy³¹cznie od upodobaÒ uøytkow-

nikÛw. Takøe typ obudowy bÍdzie

zaleøa³ od sposobu wykonania

sterownika i†ewentualnego umiesz-

czenia w†niej miniaturowego mo-

nitora LCD.

Zbigniew Raabe, AVT

Uk³ad steruj¹cy zasilany jest

z†uk³adu wykonawczego za po-

úrednictwem z³¹cza CON6, przez

ktÛre przekazywane s¹ takøe syg-

na³y steruj¹ce. Z³¹cze CON7

umoøliwia do³¹czenie do uk³adu

sterownika ewentualnych uk³adÛw

pomocniczych.

Montaø i†uruchomienie

Na rys. 3 i† 4 pokazano roz-

mieszczenie elementÛw na p³yt-

kach uk³adu wykonawczego i ste-

Elektronika Praktyczna 6/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: