一種多相機(jī)同步觸發(fā)裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多相機(jī)同步觸發(fā)裝置及控制方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)相機(jī)基于GPS信號(hào)的自動(dòng)觸發(fā)，同步觸發(fā)器接收GPS串口信息與PPS信號(hào)，根據(jù)GPS信號(hào)解算出飛行器飛行高度、飛行速度、預(yù)定重合度計(jì)算出相機(jī)的拍攝間隔，按照間隔對(duì)相機(jī)進(jìn)行同步觸發(fā)，讀取相機(jī)曝光的反饋信號(hào)，并且將相機(jī)觸發(fā)的高度、速度、時(shí)間信息存儲(chǔ)到板上SD卡中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)相機(jī)觸發(fā)器基于本地定時(shí)器離線時(shí)鐘計(jì)時(shí)，不能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間對(duì)應(yīng)、不能儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、缺少曝光反饋信號(hào)檢測(cè)回路的缺點(diǎn)，有效地利用GPS信息來方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，并且提高了同步出發(fā)裝置的可靠性。
【專利說明】一種多相機(jī)同步觸發(fā)裝置及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多相機(jī)同步觸發(fā)裝置及控制方法，應(yīng)用于無人機(jī)、無人飛艇航拍多相機(jī)的同步控制，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在無人機(jī)、無人飛艇等航拍系統(tǒng)中，需要按照一定的時(shí)間間隔控制相機(jī)進(jìn)行曝光，以此來保證對(duì)所拍攝區(qū)域的有效覆蓋。目前所用相機(jī)同步觸發(fā)器多由單片機(jī)、ARM等單處理器構(gòu)成，大致可以分為兩類:一類由片內(nèi)定時(shí)器或者片上時(shí)鐘電路計(jì)時(shí)，難以與外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行同步；另一類依靠GPS時(shí)間完成觸發(fā)，但是對(duì)GPS信號(hào)的穩(wěn)定性要求較高，當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，同步觸發(fā)器失效。因此迫切需要一種體積小、多相機(jī)控制、GSP授時(shí)、可存儲(chǔ)信息的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置來滿足這一需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為:無人航拍系統(tǒng)中，基于ARM-CPLD的GPS同步觸發(fā)器由ARM-CPLD模塊、串口模塊、觸發(fā)模塊、反饋模塊、SD存儲(chǔ)模塊、RTC模塊組成。其基本工作原理是:當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，同步觸發(fā)器接GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，讀GPS信息并且校準(zhǔn)板上RTC時(shí)鐘，判斷是否滿足觸發(fā)條件，當(dāng)滿足預(yù)定的觸發(fā)條件時(shí)，對(duì)各個(gè)相機(jī)的端口輸出同步觸發(fā)信號(hào)并且根據(jù)相應(yīng)相機(jī)的反饋信號(hào)來判斷相機(jī)是否正常曝光，若正常，記錄此刻時(shí)間信息，否則按照設(shè)計(jì)對(duì)相機(jī)進(jìn)行漏拍重觸發(fā)或者報(bào)告錯(cuò)誤，并向SD卡寫入時(shí)間與錯(cuò)誤信息；當(dāng)GPS信號(hào)失鎖，同步器不能接收到GPS接收機(jī)PPS信號(hào)時(shí)，同步器切換到RTC模式，依靠CPLD計(jì)數(shù)器以及板上的RTC模塊繼續(xù)輸出擴(kuò)展授時(shí)脈沖以及串口時(shí)間信息，并且相機(jī)進(jìn)行正常觸發(fā)，直至GPS信號(hào)恢復(fù)后，重新切換到GPS模式工作。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，包括ARM處理器模塊、CPLD處理器模塊、USB-串口模塊、RTC模塊、RS232模塊、觸發(fā)模塊、信號(hào)調(diào)制模塊、SD卡模塊，其中，
[0005]所述的ARM處理器模塊為該裝置的控制核心之一，負(fù)責(zé)執(zhí)行同步觸發(fā)器中較為復(fù)雜但時(shí)序性要求不高的任務(wù)，主要包括:接收GPS串口信號(hào)、解算GPS信號(hào)、計(jì)算曝光間隔、產(chǎn)生相機(jī)觸發(fā)信號(hào)、檢測(cè)曝光反饋信號(hào)、讀取RTC時(shí)鐘、操作SD卡；
[0006]所述的CPLD處理器模塊為該裝置的另一核心處理器，負(fù)責(zé)執(zhí)行同步出發(fā)裝置中實(shí)時(shí)性要求較高的任務(wù)，包括:GPS的PPS信號(hào)接收、PPS信號(hào)擴(kuò)展任務(wù)；
[0007]所述的USB-串口模塊為該裝置的通信接口負(fù)責(zé)同步出發(fā)裝置與PC之間的通信，包括:修改同步觸發(fā)器控制參數(shù)、讀取SD卡數(shù)據(jù)以及通過USB接口向該裝置供電；
[0008]所述的RTC模塊為該裝置的離線時(shí)鐘模塊，當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，ARM處理器接收GPS時(shí)間信息、解算出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間并且對(duì)RTC時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，ARM處理器接收不到正常的GPS信息，此時(shí)需要通過讀取RTC時(shí)鐘來得到當(dāng)前的時(shí)間信息并且對(duì)多相機(jī)進(jìn)行觸發(fā)；當(dāng)該裝置斷電后，RTC模塊依靠板上的備用電池進(jìn)行供電，從而保持時(shí)間信息的有效性；
[0009]所述的RS232模塊是該裝置的通訊接口，主要是負(fù)責(zé)讀取GPS接收機(jī)輸入的GPS信息，并且向外輸出GPS擴(kuò)展信息，為其他外設(shè)提供GPS信號(hào)；
[0010]所述的觸發(fā)模塊是該裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由電平隔離轉(zhuǎn)換電路、放大電路、繼電器組組成，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)繼電器組閉合，輸出相機(jī)曝光信號(hào)，從而控制執(zhí)行曝光動(dòng)作；
[0011]所述的信號(hào)調(diào)制模塊是該裝置的反饋模塊，負(fù)責(zé)將相機(jī)曝光反饋小信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大、整形后輸入到ARM處理器以供檢測(cè)，每次執(zhí)行拍照動(dòng)作后，ARM處理器檢測(cè)到對(duì)應(yīng)相機(jī)的曝光反饋信號(hào)后認(rèn)為拍照動(dòng)作成功執(zhí)行，否則認(rèn)為拍照不成功，執(zhí)行補(bǔ)拍動(dòng)作；
[0012]所述的SD卡模塊是該裝置的數(shù)據(jù)記錄裝置，負(fù)責(zé)將ARM處理器接收到的GPS高度、速度、曝光時(shí)間、曝光成功標(biāo)志保存到板上的SD中，方便后續(xù)的圖像數(shù)據(jù)匹配。
[0013]進(jìn)一步的，ARM處理器模塊由一片STM32F103RET6處理器、一個(gè)由石英晶體和兩個(gè)1pF電容組成的時(shí)鐘電路、一個(gè)四端SWD調(diào)試端口、RC復(fù)位電路、五個(gè)電容、兩個(gè)電感、兩組LED電路、一組五位撥碼開關(guān)組成。
[0014]進(jìn)一步的，CPLD處理器模塊由一片EPM240T100I5處理器、一個(gè)由50M有源晶振和一個(gè)電阻組成的時(shí)鐘電路、一個(gè)十腳的標(biāo)準(zhǔn)JTAG調(diào)試接口、四個(gè)電阻、八個(gè)電容組成。
[0015]進(jìn)一步的，USB-串口模塊由一片PL2303信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、12M時(shí)鐘電路、三個(gè)電容、六個(gè)電阻、電源電路、濾波電容、電源指示LED、一個(gè)MINIUSB插頭組成。
[0016]進(jìn)一步的，RTC模塊由一片SD2068時(shí)鐘芯片、32.768K時(shí)鐘電路、一個(gè)濾波電容、三個(gè)信號(hào)上拉電阻、兩個(gè)防互沖二極管、一片CR1220備用電池組成。
[0017]進(jìn)一步的，RS232模塊由一片SP3232串口信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、五個(gè)0.1uf電容、兩個(gè)DB9串口插頭組成。
[0018]進(jìn)一步的，觸發(fā)模塊由一片電平轉(zhuǎn)換芯片SN74LVC424OTB、兩個(gè)濾波電容(C21、C22)、一片七通道驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004A(U6)、一個(gè)濾波電容(C24)、三個(gè)SONGLE-DC5V繼電器(U7、U8、U9)、三個(gè)續(xù)流二極管(D5、D6、D7)組成。
[0019]進(jìn)一步的，信號(hào)調(diào)制模塊由三片LM358AD運(yùn)算放大器(U12、U15、U17)、兩片LM393電壓比較器、九片電容、24個(gè)電阻組成。
[0020]進(jìn)一步的，SD卡模塊由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SD卡插槽、一個(gè)濾波電容、六個(gè)上拉電阻組成。
[0021]另外提供一種多相機(jī)同步觸發(fā)控制方法，其特征在于控制步驟為:
[0022]步驟a、上電后CPLD與STM32進(jìn)行上電初始化，CPLD等待GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到PPS信號(hào)的上升沿時(shí)，CPLD同時(shí)在多路擴(kuò)展授時(shí)端口輸出授時(shí)脈沖信號(hào)，保證擴(kuò)展授時(shí)信號(hào)的及時(shí)性；同時(shí)CPLD對(duì)毫秒脈沖計(jì)時(shí)端口重置，重新開始毫秒脈沖計(jì)數(shù)；CPLD通過總線通知ARM收到PPS信號(hào)并且已經(jīng)重置毫秒計(jì)時(shí)脈沖。GPS信號(hào)失鎖時(shí)，同步觸發(fā)器不能接收到GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，此時(shí)CPLD通過內(nèi)部計(jì)時(shí)器判斷GPS信號(hào)丟失，輸出多路擴(kuò)展授時(shí)脈沖信號(hào)繼續(xù)為外設(shè)授時(shí)，通知ARM處理器GPS失鎖，需要轉(zhuǎn)為RTC工作模式；
[0023]步驟b、當(dāng)ARM接收到CPLD的信號(hào)時(shí)，首先通過總線標(biāo)志端口判斷GPS是否失鎖，當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，利用計(jì)數(shù)器開始對(duì)CPLD產(chǎn)生的毫秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，讀取串口接收到的GPS時(shí)間信息，解析并校準(zhǔn)RTC，使得本地RTC時(shí)鐘始終與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步；
[0024]步驟c、ARM處理器判斷是否滿足觸發(fā)條件，當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)輸出觸發(fā)信號(hào)對(duì)多相機(jī)進(jìn)行觸發(fā)并且根據(jù)相機(jī)的反饋信號(hào)判斷相機(jī)是否正常觸發(fā)，然后將觸發(fā)時(shí)間、觸發(fā)結(jié)果以及觸發(fā)延時(shí)結(jié)果存入大容量SD卡；
[0025]步驟d、RTC時(shí)鐘應(yīng)急模式:當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，CPLD不能接收到PPS信號(hào)，ARM處理器通過讀取本地的RTC時(shí)鐘來維持同步觸發(fā)裝置的觸發(fā)功能，并且繼續(xù)向外輸出串口時(shí)間信息。當(dāng)計(jì)時(shí)條件滿足時(shí)，輸出觸發(fā)信號(hào)并且判斷觸發(fā)反饋信號(hào)是否正常，若正常則將此時(shí)的時(shí)間、觸發(fā)延時(shí)、觸發(fā)結(jié)果存入SD卡，否則重新輸出相機(jī)觸發(fā)信號(hào)，執(zhí)行補(bǔ)拍動(dòng)作。
[0026]與現(xiàn)有觸發(fā)器相比，本發(fā)明多作動(dòng)筒協(xié)同控制裝置以及多相機(jī)同步觸發(fā)控制方法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下方面:
[0027](I)、上電后CPLD與STM32進(jìn)行上電初始化，CPLD等待GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到PPS信號(hào)的上升沿時(shí)，CPLD同時(shí)在多路擴(kuò)展授時(shí)端口輸出授時(shí)脈沖信號(hào)，保證擴(kuò)展授時(shí)信號(hào)的及時(shí)性；同時(shí)CPLD對(duì)毫秒脈沖計(jì)時(shí)端口重置，重新開始毫秒脈沖計(jì)數(shù)；CPLD通過總線通知ARM收到PPS信號(hào)并且已經(jīng)重置毫秒計(jì)時(shí)脈沖。GPS信號(hào)失鎖時(shí)，同步觸發(fā)器不能接收到GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，此時(shí)CPLD通過內(nèi)部計(jì)時(shí)器判斷GPS信號(hào)丟失，輸出多路擴(kuò)展授時(shí)脈沖信號(hào)繼續(xù)為外設(shè)授時(shí)，通知ARM處理器GPS失鎖，需要轉(zhuǎn)為RTC工作模式；
[0028](2)、當(dāng)ARM接收到CPLD的信號(hào)時(shí)，首先通過總線標(biāo)志端口判斷GPS是否失鎖，當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，利用計(jì)數(shù)器開始對(duì)CPLD產(chǎn)生的毫秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，讀取串口接收到的GPS時(shí)間信息，解析并校準(zhǔn)RTC，使得本地RTC時(shí)鐘始終與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步；
[0029](3)、ARM處理器判斷是否滿足觸發(fā)條件，當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)輸出觸發(fā)信號(hào)對(duì)多相機(jī)進(jìn)行觸發(fā)并且根據(jù)相機(jī)的反饋信號(hào)判斷相機(jī)是否正常觸發(fā)，然后將觸發(fā)時(shí)間、觸發(fā)結(jié)果以及觸發(fā)延時(shí)結(jié)果存入大容量SD卡；
[0030](4)、RTC時(shí)鐘應(yīng)急模式:當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，CPLD不能接收到PPS信號(hào)，ARM處理器通過讀取本地的RTC時(shí)鐘來維持同步觸發(fā)裝置的觸發(fā)功能，并且繼續(xù)向外輸出串口時(shí)間信息。當(dāng)計(jì)時(shí)條件滿足時(shí)，輸出觸發(fā)信號(hào)并且判斷觸發(fā)反饋信號(hào)是否正常，若正常則將此時(shí)的時(shí)間、觸發(fā)延時(shí)、觸發(fā)結(jié)果存入SD卡，否則重新輸出相機(jī)觸發(fā)信號(hào)，執(zhí)行補(bǔ)拍動(dòng)作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明多相機(jī)同步觸發(fā)裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖2為本發(fā)明多相機(jī)同步觸發(fā)裝置的控制方法流程圖；
[0033]圖3為本發(fā)明裝置的ARM處理器模塊與CPLD處理器模塊電路圖；
[0034]圖4為本發(fā)明裝置USB-串口、RTC、RS232、SD卡、觸發(fā)模塊的電路圖；
[0035]圖5為本發(fā)明裝置信號(hào)調(diào)制模塊電路圖。
[0036]其中，圖1中1-ARM處理器模塊、2-CPLD處理器模塊、3-USB-串口模塊、4-RTC模塊、5-RS232模塊、6-觸發(fā)模塊、7-信號(hào)調(diào)制模塊、8-SD卡模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0038]本發(fā)明提供一種多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，本發(fā)明的改進(jìn)包括多相機(jī)同步觸發(fā)裝置硬件電路改進(jìn)及控制的方法改進(jìn)。
[0039]硬件電路包括:ARM處理器模塊I ;CPLD處理器模塊2 ；USB-串口模塊3 ；RTC模塊
4；RS232模塊5 ;觸發(fā)模塊6 ;信號(hào)調(diào)制模塊7 ；SD卡模塊8，其中，
[0040]ARM處理器模塊I為本發(fā)明同步觸發(fā)裝置的核心控制器。由一片STM32F103RET6處理器U2、一個(gè)由8M石英晶體Y3和兩個(gè)1pF電容C15、C19組成的時(shí)鐘電路、一個(gè)四端SffD調(diào)試端口、RC復(fù)位電路R15、C20、五個(gè)電容C6-C10、兩個(gè)電感L1、L2、兩組LED電路R16、R17、D3、D4、一組五位撥碼開關(guān)DPMODEI組成。
[0041]CPLD處理器模塊2為本發(fā)明同步出發(fā)裝置的PPS擴(kuò)展處理器，旨在快速地將GPS接收機(jī)PPS信號(hào)捕獲并且輸出，最大限度地減少時(shí)間延遲，從而保證后續(xù)被授時(shí)設(shè)備的時(shí)間精度。CPLD模塊由一片EPM240T100I5處理器、一個(gè)由50M有源晶振U18和一個(gè)電阻R16組成的時(shí)鐘電路、一個(gè)十腳的標(biāo)準(zhǔn)JTAG調(diào)試接口 P1、四個(gè)電阻R47-R50、八個(gè)電容C37-C44組成。
[0042]USB-串口模塊3為本發(fā)明的通信接口，由一片PL2303U3信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、12M時(shí)鐘電路YU CU C2、三個(gè)電容C12、C13、C14、六個(gè)電阻R2-R4、R9、R13、R14、電源電路U1、濾波電容C3、C5、電源指示LED Rl、D1、一個(gè)MINIUSB插頭組成。
[0043]RTC模塊4為本裝置的離線時(shí)鐘模塊，負(fù)責(zé)在斷電后或者GPS失鎖后維持同步出發(fā)裝置的時(shí)間信息，如附圖4所示，由一片SD2068時(shí)鐘芯片、32.768K時(shí)鐘電路Y2、C16、C17、一個(gè)濾波電容C18、三個(gè)信號(hào)上拉電阻R10-R12、兩個(gè)防互沖二極管D2、D10、一片CR1220備用電池BTl組成。本發(fā)明的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于增加了本地RTC時(shí)鐘電路，當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，ARM處理器接收GPS信號(hào)并解析時(shí)間信息，通過IIC總線接口操作SD2068實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，使得RTC時(shí)鐘始終與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步；當(dāng)GPS失鎖時(shí)，本發(fā)明裝置轉(zhuǎn)換為本地RTC授時(shí)模式，通過讀取RTC時(shí)間來維持授時(shí)與觸發(fā)功能，直至GPS信號(hào)恢復(fù)正常；此外，本發(fā)明裝置為RTC時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)了雙電源供電方案，見附圖4，芯片的供電引腳通過兩個(gè)鍺管分別連接到系統(tǒng)電源與CR1220備用鋰電池上，既可以防止正常供電時(shí)雙電源相互干擾，也可以在系統(tǒng)掉電時(shí)立即切換到備用電池供電，從而保證RTC時(shí)鐘有效性。
[0044]RS232模塊5是本裝置的通訊接口，由一片SP3232串口信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、五個(gè)0.1u電容 C25、C26、C28、C30、C32、兩個(gè) DB9 串口插頭 Jl、J2 組成。
[0045]觸發(fā)模塊6是本裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖4所示，模塊由一片電平轉(zhuǎn)換芯片SN74LVC4245DB U4、兩個(gè)濾波電容C21、C22、一片七通道驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004A U6、一個(gè)濾波電容C24、三個(gè)SONGLE-DC5V繼電器U7、U8、U9、三個(gè)續(xù)流二極管D5、D6、D7組成。繼電器屬于一種電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，往往需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，以本發(fā)明裝置所選擇的SONLE DV5V繼電器為例，動(dòng)作時(shí)需要71.5mA的吸合電流，但是一般的ARM處理器1端口只能提供不超過1mA的輸出電流，所以本裝置選擇ULN2004A七路晶體管陣列來驅(qū)動(dòng)三路繼電器組，兼容TTL與CMOS信號(hào)，最大輸出電流500mA，可以滿足本裝置的要求，具體方案見附圖4。
[0046]信號(hào)調(diào)制模塊7是本裝置的反饋模塊，由三片LM358AD運(yùn)算放大器U12、U15、U17、兩片 LM393 電壓比較器 Ul3、U16、九片電容 C29、C31、C33-C36、C45、C46、C47、24 個(gè)電阻 R20、R21、R28、R29、R30、R32-R34、R39-R46、R53-R60組成。信號(hào)調(diào)制模塊的主要作用是檢測(cè)相機(jī)曝光的反饋信號(hào)，從而確定觸發(fā)是否成功，具體的設(shè)計(jì)方案如附圖5所示，模塊主要包括兩個(gè)部分:信號(hào)放大與信號(hào)整形，放大的作用是將反饋信號(hào)調(diào)整到一個(gè)可以操作的電壓范圍，整形則是將放大后的信號(hào)轉(zhuǎn)化成高低電平的跳變，方便ARM處理器捕獲。以本裝置實(shí)驗(yàn)為例來說明:本實(shí)驗(yàn)相機(jī)選擇哈蘇20D，繼電器吸合觸發(fā)，正常曝光后輸出幅值為0.2V電平反饋脈沖信號(hào)，通過放大電路放大15倍后成為一個(gè)幅值為3V的脈沖信號(hào)，然后經(jīng)過基準(zhǔn)電壓為1.5V的比較器整形以后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的3.3V上升沿來方便ARM處理器檢測(cè)。此外，通過調(diào)整放大電路的電阻阻值可以方便地改變放大電路的放大倍數(shù)，從而使得本裝置兼容更多類型的相機(jī)。
[0047]SD卡模塊8是本裝置的數(shù)據(jù)記錄裝置，由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SD卡插槽Ul 1、一個(gè)濾波電容C27、六個(gè)上拉電阻R22-R27組成。SD卡是一種操作簡單、方便插拔的大容量儲(chǔ)存器件，可以將同步出發(fā)裝置的GPS信息、相機(jī)延時(shí)等信息實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)到卡內(nèi)，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。標(biāo)準(zhǔn)的SD卡支持SD1與SPI兩種操作方式，本發(fā)明裝置存儲(chǔ)信息量較小、速度較慢，所以選擇ARM處理器自帶的SPI外設(shè)接口直接對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫操作。此外，為了方便后續(xù)的數(shù)據(jù)讀取，本發(fā)明裝置設(shè)計(jì)了內(nèi)置的嵌入式文件系統(tǒng)，選擇移植了流行的小型文件系統(tǒng)FATFS，將每次收到信息存儲(chǔ)到一個(gè)以GPS時(shí)間命名的TXT文本中，方便后續(xù)的查找與處理。
[0048]所述的ARM處理器選擇ST公司的STM32F103RET6，基于COTEX-M內(nèi)核，最高主頻72M，在存儲(chǔ)器的O等待周期訪問時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHZ，外設(shè)功能豐富，集成CAN、ADC、SD1、SP1、IIC、USB、USART等多種外設(shè)，適合作為普通工業(yè)控制的核心處理器。
[0049]所述的CPLD處理器選擇ALTERA公司的EPM240T100I5，屬于MAXII系列的CPLD，MAXII系列器件采用了全新的COLD體系結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是在容量、性能倍增的基礎(chǔ)上維持了單位1低成本、低功耗、EPM240T100I5具有240個(gè)邏輯單元，4.5ns的pin-pin延時(shí)，滿足了本發(fā)明裝置的速度要求。
[0050]所述的PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換芯片，可提供一個(gè)RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利連接的解決方案，5V電壓供電，同時(shí)兼容3.3V信號(hào)，可以方便的將ARM的串口轉(zhuǎn)換成為USB接口從而便于與筆記本等設(shè)備通信。
[0051]所述的SD2068是一款具有標(biāo)準(zhǔn)IIC接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，內(nèi)置單路定時(shí)/報(bào)警中斷輸出，內(nèi)置時(shí)鐘精度數(shù)字調(diào)整功能，可以在很寬的范圍內(nèi)校正時(shí)鐘的偏差(_189ppm?+189ppm,分辨率3.05ppm)，并通過外置的溫度傳感器可設(shè)定適應(yīng)溫度變化的調(diào)整值，實(shí)現(xiàn)在寬溫范圍內(nèi)高精度的計(jì)時(shí)功能。
[0052]一種多相機(jī)同步觸發(fā)控制方法，控制方法的具體步驟如下:
[0053]步驟a、上電后CPLD與STM32進(jìn)行上電初始化，CPLD等待GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到PPS信號(hào)的上升沿時(shí)，CPLD同時(shí)在多路擴(kuò)展授時(shí)端口輸出授時(shí)脈沖信號(hào)，保證擴(kuò)展授時(shí)信號(hào)的及時(shí)性；同時(shí)CPLD對(duì)毫秒脈沖計(jì)時(shí)端口重置，重新開始毫秒脈沖計(jì)數(shù)；CPLD通過總線通知ARM收到PPS信號(hào)并且已經(jīng)重置毫秒計(jì)時(shí)脈沖。GPS信號(hào)失鎖時(shí)，同步觸發(fā)器不能接收到GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，此時(shí)CPLD通過內(nèi)部計(jì)時(shí)器判斷GPS信號(hào)丟失，輸出多路擴(kuò)展授時(shí)脈沖信號(hào)繼續(xù)為外設(shè)授時(shí)，通知ARM處理器GPS失鎖，需要轉(zhuǎn)為RTC工作模式；
[0054]步驟b、當(dāng)ARM接收到CPLD的信號(hào)時(shí)，首先通過總線標(biāo)志端口判斷GPS是否失鎖，當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，利用計(jì)數(shù)器開始對(duì)CPLD產(chǎn)生的毫秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，讀取串口接收到的GPS時(shí)間信息，解析并校準(zhǔn)RTC，使得本地RTC時(shí)鐘始終與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步；
[0055]步驟c、ARM處理器判斷是否滿足觸發(fā)條件，當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)輸出觸發(fā)信號(hào)對(duì)多相機(jī)進(jìn)行觸發(fā)并且根據(jù)相機(jī)的反饋信號(hào)判斷相機(jī)是否正常觸發(fā)，然后將觸發(fā)時(shí)間、觸發(fā)結(jié)果以及觸發(fā)延時(shí)結(jié)果存入大容量SD卡；
[0056]步驟d、RTC時(shí)鐘應(yīng)急模式:當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，CPLD不能接收到PPS信號(hào)，ARM處理器通過讀取本地的RTC時(shí)鐘來維持同步觸發(fā)裝置的觸發(fā)功能，并且繼續(xù)向外輸出串口時(shí)間信息。當(dāng)計(jì)時(shí)條件滿足時(shí)，輸出觸發(fā)信號(hào)并且判斷觸發(fā)反饋信號(hào)是否正常，若正常則將此時(shí)的時(shí)間、觸發(fā)延時(shí)、觸發(fā)結(jié)果存入SD卡，否則重新輸出相機(jī)觸發(fā)信號(hào)，執(zhí)行補(bǔ)拍動(dòng)作。
[0057]本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0058]盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:ARM處理器模塊(1)、CPLD處理器模塊(2)、USB-串口模塊(3)、RTC模塊(4)、RS232模塊(5)、觸發(fā)模塊(6)、信號(hào)調(diào)制模塊(7)、SD卡模塊(8)，其中， 所述的ARM處理器模塊(I)為該裝置的控制核心之一，負(fù)責(zé)執(zhí)行同步觸發(fā)器中較為復(fù)雜但時(shí)序性要求不高的任務(wù)，主要包括:接收GPS串口信號(hào)、解算GPS信號(hào)、計(jì)算曝光間隔、產(chǎn)生相機(jī)觸發(fā)信號(hào)、檢測(cè)曝光反饋信號(hào)、讀取RTC時(shí)鐘、操作SD卡； 所述的CPLD處理器模塊(2)為該裝置的另一核心處理器，負(fù)責(zé)執(zhí)行同步出發(fā)裝置中實(shí)時(shí)性要求較高的任務(wù)，包括:GPS的PPS信號(hào)接收、PPS信號(hào)擴(kuò)展的任務(wù)； 所述的USB-串口模塊(3)為該裝置的通信接口 ；負(fù)責(zé)同步出發(fā)裝置與PC之間的通信，包括:修改同步觸發(fā)器控制參數(shù)、讀取SD卡數(shù)據(jù)以及通過USB接口向該裝置供電； 所述的RTC模塊(4)為該裝置的離線時(shí)鐘模塊，當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，ARM處理器接收GPS時(shí)間信息、解算出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間并且對(duì)RTC時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，ARM處理器接收不到正常的GPS信息，此時(shí)需要通過讀取RTC時(shí)鐘來得到當(dāng)前的時(shí)間信息并且對(duì)多相機(jī)進(jìn)行觸發(fā)；當(dāng)該裝置斷電后，RTC模塊依靠板上的備用電池進(jìn)行供電，從而保持時(shí)間信息的有效性； 所述的RS232模塊(5)是該裝置的通訊接口，負(fù)責(zé)讀取GPS接收機(jī)輸入的GPS信息，并且向外輸出GPS擴(kuò)展信息，為其他外設(shè)提供GPS信號(hào)； 所述的觸發(fā)模塊(6)是該裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由電平隔離轉(zhuǎn)換電路、放大電路、繼電器組組成，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)繼電器組閉合，輸出相機(jī)曝光信號(hào)，從而控制執(zhí)行曝光動(dòng)作； 所述的信號(hào)調(diào)制模塊(7)是該裝置的反饋模塊，負(fù)責(zé)將相機(jī)曝光反饋小信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大、整形后輸入到ARM處理器以供檢測(cè)；每次執(zhí)行拍照動(dòng)作后，ARM處理器檢測(cè)到對(duì)應(yīng)相機(jī)的曝光反饋信號(hào)后認(rèn)為拍照動(dòng)作成功執(zhí)行，否則認(rèn)為拍照不成功，執(zhí)行補(bǔ)拍動(dòng)作； 所述的SD卡模塊(8)是該裝置的數(shù)據(jù)記錄裝置，負(fù)責(zé)將ARM處理器接收到的GPS高度、速度、曝光時(shí)間、曝光成功標(biāo)志保存到板上的SD中，方便后續(xù)的圖像數(shù)據(jù)匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:ARM處理器模塊(I)由一片STM32F103RET6處理器(U2)、一個(gè)由石英晶體(Y3)和兩個(gè)1pF電容(C15、C19)組成的時(shí)鐘電路、一個(gè)四端SWD調(diào)試端口、RC復(fù)位電路(R15、C20)、五個(gè)電容(C6-C10)、兩個(gè)電感(L1、L2)、兩組LED指示電路(R16、R17、D3、D4)、一組五位撥碼開關(guān)(DPMODE1)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:CPLD處理器模塊(2)由一片EPM240T100I5處理器、一個(gè)由50M有源晶振(U18)和一個(gè)電阻(R16)組成的時(shí)鐘電路、一個(gè)十腳的標(biāo)準(zhǔn)JTAG調(diào)試接口(P1)、四個(gè)電阻(R47-R50)、八個(gè)電容(C37-C44)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:USB-串口模塊(3)由一片PL2303(U3)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、12M時(shí)鐘電路(Y1、Cl、C2)、三個(gè)電容(C12、C13、C14)、六個(gè)電阻(R2-R4、R9、R13、R14)、電源電路(Ul)、濾波電容(C3、C5)、電源指示LED (R1、D1)、一個(gè)MINIUSB插頭組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:RTC模塊(4)由一片SD2068時(shí)鐘芯片、32.768K時(shí)鐘電路(Y2、C16、C17)、一個(gè)濾波電容(C18)、三個(gè)信號(hào)上拉電阻(R10-R12)、兩個(gè)防互沖二極管(D2、D10)、一片CR1220備用電池(BTl)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:RS232模塊(5)由一片SP3232串口信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、五個(gè)0.1u電容(C25、C26、C28、C30、C32)、兩個(gè)DB9串口插頭(J1、J2)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:觸發(fā)模塊￠)由一片電平轉(zhuǎn)換芯片SN74LVC424?B(U4)、兩個(gè)濾波電容(C21、C22)、一片七通道驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004A(U6)、一個(gè)濾波電容(C24)、三個(gè)S0NGLE-DC5V繼電器(U7、U8、U9)、三個(gè)續(xù)流二極管(D5、D6、D7)組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:信號(hào)調(diào)制模塊(7)由三片LM358AD運(yùn)算放大器(U12、U15、U17)、兩片LM393電壓比較器(U13、U16)、九片電容(C29、C31、C33-C36、C45、C46、C47)、24 個(gè)電阻(R20、R21、R28、R29、R30、R32-R34、R39-R46、R53-R60)組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步觸發(fā)裝置，其特征在于:SD卡模塊⑶由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SD卡插槽(Ull)、一個(gè)濾波電容(C27)、六個(gè)上拉電阻(R22-R27)組成。
10.一種用于權(quán)利要求1所述的多相機(jī)同步控制裝置的控制方法，其特征在于控制步驟為: 步驟a、上電后CPLD與STM32進(jìn)行上電初始化，CPLD等待GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到PPS信號(hào)的上升沿時(shí)，CPLD同時(shí)在多路擴(kuò)展授時(shí)端口輸出授時(shí)脈沖信號(hào)，保證擴(kuò)展授時(shí)信號(hào)的及時(shí)性；同時(shí)CPLD對(duì)毫秒脈沖計(jì)時(shí)端口重置，重新開始毫秒脈沖計(jì)數(shù)；CPLD通過總線通知ARM收到PPS信號(hào)并且已經(jīng)重置毫秒計(jì)時(shí)脈沖；GPS信號(hào)失鎖時(shí)，同步觸發(fā)器不能接收到GPS接收機(jī)的PPS信號(hào)，此時(shí)CPLD通過內(nèi)部計(jì)時(shí)器判斷GPS信號(hào)丟失，輸出多路擴(kuò)展授時(shí)脈沖信號(hào)繼續(xù)為外設(shè)授時(shí)，通知ARM處理器GPS失鎖，需要轉(zhuǎn)為RTC工作模式； 步驟b、當(dāng)ARM接收到CPLD的信號(hào)時(shí)，首先通過總線標(biāo)志端口判斷GPS是否失鎖，當(dāng)GPS信號(hào)正常時(shí)，利用計(jì)數(shù)器開始對(duì)CPLD產(chǎn)生的毫秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，讀取串口接收到的GPS時(shí)間信息，解析并校準(zhǔn)RTC，使得本地RTC時(shí)鐘始終與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步； 步驟c、ARM處理器判斷是否滿足觸發(fā)條件，當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)輸出觸發(fā)信號(hào)對(duì)多相機(jī)進(jìn)行觸發(fā)并且根據(jù)相機(jī)的反饋信號(hào)判斷相機(jī)是否正常觸發(fā)，然后將觸發(fā)時(shí)間、觸發(fā)結(jié)果以及觸發(fā)延時(shí)結(jié)果存入大容量SD卡； 步驟d、RTC時(shí)鐘應(yīng)急模式:當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，CPLD不能接收到PPS信號(hào)，ARM處理器通過讀取本地的RTC時(shí)鐘來維持同步觸發(fā)裝置的觸發(fā)功能，并且繼續(xù)向外輸出串口時(shí)間信息；當(dāng)計(jì)時(shí)條件滿足時(shí)，輸出觸發(fā)信號(hào)并且判斷觸發(fā)反饋信號(hào)是否正常，若正常則將此時(shí)的時(shí)間、觸發(fā)延時(shí)、觸發(fā)結(jié)果存入SD卡，否則重新輸出相機(jī)觸發(fā)信號(hào)，執(zhí)行補(bǔ)拍動(dòng)作。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104503306SQ201410705201
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】胡少興, 徐世科, 劉瑞瑞, 王都虎 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)