两档调变焦独立红外镜头控制设计

黄瑜侃

摘要 针对两档调变焦独立红外镜头，以新华龙公司C8051F120单片机为控制器、摩托罗拉公司MC3 3186电机驱动芯片控制并驱动调变焦镜头电机转动，实现对变焦及调焦镜头的高精度实时控制及联动，根据不同的环境温度实时控制并驱动调焦电机转动，修正调焦镜头位置，确保红外图像在全工作温度范围内清晰稳定。

【关键词】红外鏡头 单片机控制 电机驱动温度补偿

1 引言

随着红外探测器技术的快速发展，红外成像系统被广泛应用于预警、侦查、制导等军事领域，其成像质量的好坏直接影响着相关装备的作用距离和威力。

成像质量除了与探测器性能及后端处理电路相关外，也同匹配的光学镜头密切相关。

本文以一套两档调变焦独立的红外镜头为例，介绍了一种基于C8051F120为控制器的控制设计方案，接收用户通过上位机发送的串口指令，实时驱动调、变焦镜头转动，根据环境温度的变化，自动修正调焦镜头位置，确保了红外图像在全工作温度范围内的清晰稳定。

2 红外镜头简介

红外镜头由进光窗口、变焦组件、调焦组件及出光窗口组成。其中，变焦组件为翻转式变倍，由变焦电机、两个限位开关、变焦结构件组成，单片机通过判断电机转动时驱动变焦结构件是否打到限位开关确定是否变焦到位;调焦组件采用凸轮式结构，由调焦电机、两个限位开关、增量式编码器、调焦结构件组成。限位开关起到限位保护作用，单片机通过控制电机转动驱动调焦组件的运动实现调焦，实时读取编码器反馈值，获得调焦镜头位置信息。

3 控制方案设计

3.1 硬件电路设计

硬件电路由电源电路，控制电路，隔离驱动电路组成。

电源电路主要由DC-DC电源模块及滤波电路组成。DC-DC电源模块输入电压范围为18VDC-36VDC;具有输入欠压保护、输出过流保护（OCP）、短路保护、正逻辑开/关控制等功能。DC/DC电源模块为控制电路、隔离驱动电路提供电源。电源电路原理框图如图l所示。

控制电路由单片机C8051F120，复位存储芯片X5323组成。C8051F120是完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片，具体特性有：高速、流水线结构的8051兼容的CIP51内核、全速、非侵入式的在系统调试接口、具有64个数字I/O引脚、可在工业温度范围（-45℃到+85℃）工作等。X5323是INTERSIL公司带32KB SPI EEPROM的CPU管理芯片。通电后，X5323向单片机C8051F120发送复位信号，单片机完成复位，开始正常工作。单片机可将需保存的参数通过SPI通信存储至X5323的EEPROM中。原理框图如图2所示。

隔离驱动电路由隔离芯片ADUM1200，电机驱动芯片MC33186组成。ADUM1200是AD公司的双路数字信号隔离芯片。MC33186工作电压为5V-28V，持续直流电流最大5A，工作频率最高可达20KHZ，具有过温保护，短路保护等功能。单片机输出的电机控制信号经ADUM1200隔离后送至MC33186，MC33186将隔离后的信号进行驱动放大实现驱动电机转动。在控制信号和输出信号之间增加隔离电路可有效降低电机转动时产生的噪声对数字信号的干扰。原理框图如图3所示。

3.2 单片机软件设计

单片机主要实现功能为驱动电机转动、实时读取编码器数值确定电机位置及存储电机位置，根据环境温度的变化实时调整调焦电机的位置软件设计流程图如图4所示。

4 设计结果及分析

设计方案工程化后，经验证，具备低功耗、控制精度高、实时性好等优点，满足使用需求。

参考文献

[1]陈晓东.288*4长波红外探测器数据采集模块的设计.红外技术，2011，33：3.