1.本发明属于红外相机外触发技术领域，特别涉及一种多通道红外相机外同步触发装置及触发方法。
背景技术：2.近年来，随着红外热成像技术在军事和民用如民航、消防、安防、电力、石油化工、医疗、交通以及工业制造等众多领域的发展，红外摄像机作为红外热成像探测系统中的关键设备也得到广泛地使用。红外相机对于外部触发信号的同步和实时性要求高，其对触发信号波形如上升沿时间，信号保持时间，信号下降沿时间均有严格要求。目前大多数红外热成像探测系统应用中只采用一台或多台分区域连网的方式进行图像采集，因此红外摄像机工作时多采用内触发(软件通过相机通信端口触发)方式，而需要多台相机工作时则采用分时触发方式。而对于需要多台红外相机同时、同步进行图像采集的红外热成像探测系统来说，内触发方式由于软件和通信时延问题不能满足图像同时、同步采集的要求，因此必须采用外部同步触发方式，目前市面上还没有这样的商用产品。
技术实现要素：3.针对背景技术存在的问题，本发明提供一种多通道红外相机外同步触发装置及触发方法。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多通道红外相机外同步触发装置，包括脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块；脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块通过高速光电耦合电路连接；用户向脉冲控制及通信模块发送脉冲控制指令，多通道同步脉冲输出模块输出驱动多台红外相机工作的同步脉冲信号；脉冲控制及通信模块包括主控制器电路、晶振电路、复位电路、电源稳压电路和编程下载/rs232上位机接口电路；多通道同步脉冲输出模块包括多个同步脉冲驱动电路、用于连接红外相机外触发接口的多个阻抗匹配电路和多个脉冲输出接口；晶振电路、复位电路、电源稳压电路和编程下载/rs232上位机接口电路分别与主控制器电路相连接；电源稳压电路5v的输出端与主控制器电路、编程下载/rs232上位机接口电路以及多个同步脉冲驱动电路的电源输入端相连；多个同步脉冲驱动电路与主控制器电路连接；多个阻抗匹配电路与多个脉冲输出接口相连。
5.在上述多通道红外相机外同步触发装置中，主控制器电路包括at89c51主控芯片u1和8路排阻p1；8路排阻p1的公共端接电源稳压电路5v的输出端，其余各端分别与at89c51主控芯片u1的p00-p07口相连；晶振电路为晶体振荡器y1经第四电容c6和第五电容c9与模拟地相连后构成桥式晶振电路，与at89c51主控芯片u1时钟信号引脚x1，x2相连，为芯片提供外部系统时钟信号；复位电路由手动复位按钮s1与周边的第三电阻r5、第二电容c3、第四电阻r6构成，与at89c51主控芯片u1的复位引脚rst相连，为at89c51主控芯片u1提供系统复位信号；手动复位按钮s1接通，低电平信号通过第三电阻r5传送给at89c51主控芯片u1复位
引脚rst，系统复位，手动复位按钮s1断开，高电平信号通过第三电阻r5和第四电阻r6传送给at89c51主控芯片u1复位引脚rst，系统正常工作；系统通电时，第二电容c3在上电瞬间处于短路状态，低电平信号通过第四电阻r6传送给at89c51主控芯片u1复位引脚rst，系统自动复位，第二电容c3充电完成后，高电平信号通过第四电阻r6传送给at89c51主控芯片u1复位引脚rst，系统正常工作；电源稳压电路由lm7805电压稳压芯片u8与周边电路共同构成电源电路，其中，j1为9v直流电源接口，9v直流电源接口正极与lm7805电压稳压芯片u8输入端相连，lm7805电压稳压芯片u8输出直流5v电源信号，第九电容c17为电源滤波电容；编程下载/rs232上位机接口电路由rs232通信收发器芯片u6及其周边元件构成，rs232通信收发器芯片u6发送输入端t1in和接收输出端r1out分别与at89c51主控芯片u1的p3.1口和p3.0口相连，其发送输出端t1out和接收输入端r1in则分别与rs232接口j2的7号管脚和1号管脚相连；rs232接口j2的5号管脚接地；第六电容c12、第七电容c14为滤波电容分别并接在rs232通信收发器芯片u6的1、3管脚和4、5号管脚之间；第八电容c16为电源滤波电容并接在rs232通信收发器芯片u6的6号管脚与地之间；发光二极管d1和第五电阻r13串联构成上位机通信显示电路，发光二极管d1一端通过第五电阻r13接5v直流电源，另一端通过发光二极管d1阴极连接rs232通信收发器芯片u6接收输出端r1out；每个同步脉冲驱动电路均由6n137快速光电耦合器件u2及其周边元件构成，6n137快速光电耦合器件u2的2号管脚通过第一电阻r1连接5v直流电源，3号管脚与at89c51主控芯片u1的p0.0管脚相连，5号管脚接地，6号管脚为脉冲信号输出管脚与脉冲输出接口bnc端口相连，7、8号管脚通过第一电容c1接地；第二电阻r3与第三电容c4串联组成阻抗匹配电路，并与脉冲输出接口bnc端口相连；第二电阻r3一端连接6n137快速光电耦合器件u2的7、8号管脚，另一端连接6n137快速光电耦合器件u2的6号管脚；第三电容c4一端连接6n137快速光电耦合器件u2的6号管脚，另一端接地。
6.一种基于多通道红外相机外同步触发装置的触发方法，包括以下步骤：
7.步骤1、上位机向编程下载/rs232上位机接口电路发送串口指令，包括通信速率设置指令、发送脉冲信号参数指令以及脉冲发送与停止控制指令；
8.步骤2、主控制器电路解析指令；若获得的串口指令为通信速率设置指令，则主控制器电路重置自身的rs232串行通信波特率参数，并返回步骤1；若获得的串口指令为发送脉冲信号参数指令，则主控制器电路根据解析的指令信息修改发送脉冲信号的频率、占空比或脉冲信号的个数参数，并返回步骤1；若获得的串口指令为脉冲发送控制指令，则主控制器电路按照预先设置的发送脉冲信号的频率、占空比和脉冲信号的个数参数，通过n个i/o口向同步脉冲驱动电路发送n路同步脉冲信号，n为正整数；若获得的串口指令为脉冲停止控制指令，则主控制器电路停止向同步脉冲驱动电路发送，并返回步骤1；
9.步骤3、多通道同步脉冲输出模块接收来自脉冲控制及通信模块发送的n路同步脉冲信号，经同步脉冲驱动电路进行电压变换和电流放大后，再经阻抗匹配电路发送固定频率、固定占空比和固定数目的n路同步触发脉冲信号给n台红外相机的外部触发接口；
10.步骤4、当固定数目的同步触发脉冲信号发送完毕后，返回步骤1。
11.与现有技术相比，本发明采用多路脉冲同步外部触发方式，能够满足对多台红外相机触发同步性和实时性要求严格的应用场景，且通过脉冲控制指令能灵活控制红外相机的工作状态，能够满足需要多个红外相机同时工作，适应触发同时性、同步性要求很高的应用系统的需求。红外相机外部触发信号脉冲的频率、占空比以及发送触发信号的个数均可
通过上位机发送相应指令进行调整和设置，具有多台相机的同步触发功能，并且控制相机工作具有实时性、同步性高、安全灵活的优点，使用灵活，适用性广、控制效率高。
附图说明
12.图1是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置各模块间的线路连接框图；
13.图2(a)是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置主控制器电路图；
14.图2(b)是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置复位电路图；
15.图2(c)是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置晶振电路图；
16.图2(d)是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置电源稳压电路图；
17.图2(e)是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置编程下载/rs232上位机接口电路图；
18.图3是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置单一通道驱动电路图；
19.图4是本发明实施例多通道红外相机外同步触发装置核心电路板实物图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
23.红外波段相机对于外部触发信号的同步和实时性要求高，其对触发信号波形如上升沿时间，信号保持时间，信号下降沿时间均有严格要求。本实施例的触发对象红外相机为国外进口设备。现有触发方式为通过以太网络端口内部触发，若采用多个以太网络端口分别对多台相机实现触发，无法保证触发的同步性和实时性。本实施例主要为需要多台红外相机同步触发进行图像信息采集的应用场景提供外部触发装置。
24.本实施例提供一种能够灵活控制触发信号参数，如触发频率、占空比、触发次数；实现对多个红外相机进行外部同时、同步触发的多通道红外相机外同步触发的装置及方法。本实施例能够满足对多台红外相机触发同步性和实时性要求严格的应用场景，且通过脉冲控制指令能灵活控制红外相机的工作状态，控制红外相机的工作具有实时性、同步性高、安全灵活的优点。
25.本实施例在多个通道上采用时间上完全同步的脉冲信号实现对多台红外相机的同步触发，且脉冲信号的频率、占空比以及脉冲信号的个数均可变化。
26.本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种多通道红外相机外同步触发装置，包括脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块两大部分；用户向脉冲控制及通信模块发送脉冲控制指令，多通道同步脉冲输出模块则输出驱动多台红外相机工作的同步脉冲信号。
27.而且，脉冲控制及通信模块包括主控制器电路、晶振电路、复位电路、电源稳压电
路、编程下载/rs232上位机接口电路。多通道同步脉冲输出模块包括多个同步脉冲驱动电路和用于与红外相机外触发接口相连接的阻抗匹配电路；脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块通过高速光电耦合电路进行连接。
28.而且，脉冲控制及通信模块，晶振电路、复位电路、电源稳压电路和编程下载/rs232上位机接口电路分别与主控制器电路接口相连；电源稳压电路5v的输出端与主控制器芯片、rs232上位机接口电路以及同步脉冲驱动电路的电源输入端相连。
29.而且，同步脉冲驱动电路与主控制器电路相应接口相连；阻抗匹配电路与红外相机外触发接口相连。
30.一种基于多通道红外相机外同步触发装置的触发方法，在多个通道上采用时间上完全同步的脉冲信号实现对多台红外相机的同步触发；脉冲信号的频率、占空比以及脉冲信号的个数均可变化。包括以下步骤：
31.s1，多通道红外相机外同步触发装置等待来自上位机向rs232串行接口发送的串口指令；串口指令有三类，分别是通信速率设置指令，发送脉冲信号参数类指令；以及脉冲发送与停止控制指令；
32.s2，脉冲控制及通信模块中主控制器解析指令。若获得的串口指令为通信速率设置指令，则主控制器重置自身的rs232串行通信波特率参数，并返回s1；若获得的串口指令为发送脉冲信号参数类指令，则主控制器根据解析的指令信息修改发送脉冲信号的频率、占空比或脉冲信号的个数参数，并返回s1；若获得的串口指令为脉冲发送控制指令，则主控制器按照预先设置的发送脉冲信号的频率、占空比和脉冲信号的个数参数，通过5个i/o口向同步脉冲驱动电路发送5路脉冲信号；若获得的串口指令为脉冲停止控制指令，则主控制器立即停止向同步脉冲驱动电路发送，并返回s1；
33.s3，多通道同步脉冲输出模块接收来自脉冲控制及通信模块发送的5路同步脉冲信号，经同步脉冲驱动电路进行电压变换和电流放大后，再经由阻抗匹配电路发送固定频率、固定占空比和固定数目的5路同步触发脉冲信号给5台红外相机的外部触发接口。
34.s4，当固定数目的同步触发脉冲信号发送完毕后，返回s1。
35.具体实施时，如图1所示，多通道红外相机外同步触发装置主要包括：脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块两大部分；脉冲控制及通信模块主要包括主控制器电路、晶振电路、复位电路、编程下载/rs232接口电路和电源稳压电路；多通道同步脉冲输出模块主要包括5个独立的脉冲驱动电路以及与之相连的5个阻抗匹配电路和5个脉冲输出接口；多通道同步脉冲输出模块与脉冲控制及通信模块中主控制器电路中的i/o接口相连；多通道同步脉冲输出模块与脉冲控制及通信模块采用相同的直流电源供电。
36.如图2(a)所示，脉冲控制及通信模块的主控器电路，主控器电路包括型号为at89c51的主控芯片u1、晶振电路、复位电路；晶振电路、复位电路分别与主控制器芯片的各引脚相连，p1为8路排阻。8路排阻p1公共端接5v直流电源，其余各端分别与at89c51的主控芯片u1的p0口相连。
37.如图2(b)所示，s1为手动复位按钮，与周边的第三电阻r5、第二电容c3、第四电阻r6一起构成系统复位电路，与at89c51主控芯片的复位引脚rst相连，为芯片提供系统复位信号。手动复位时，按下s1键，低电平信号通过第三电阻r5传送给芯片复位引脚，系统复位；释放s1键，高电平信号通过第三电阻r5和第四电阻r6传送给芯片复位引脚，系统开始正常
工作。系统上电时，第二电容c3在上电瞬间处于短路状态，低电平信号通过第四电阻r6传送给芯片复位引脚，系统自动复位，零点几秒后第二电容c3充电完成高电平信号通过第四电阻r6传送给芯片复位引脚，系统开始正常工作。
38.如图2(c)所示，y1为晶体振荡器经第四电容c6和第五电容c9与模拟地相连后构成桥式晶振电路，与at89c51主控芯片时钟信号引脚x1，x2相连，为芯片提供外部系统时钟信号。
39.如图2(d)所示，电压稳压芯片lm7805 u8与周边电路共同构成电源稳压电路为系统提供直流电源。其中j1为9v直流电源接口，9v直流电源正极与电压稳压芯片lm7805 u8输入端相连，电压稳压芯片lm7805 u8输出直流5v电源信号，为其他芯片提供电源。第九电容c17为电源滤波电容。
40.如图2(e)所示，编程下载/rs232上位机接口电路，由rs232通信收发器芯片u6及其周边元件构成。其发送输入端t1in和接收输出端r1out分别与at89c51主控芯片u1的p3.1口和p3.0口相连，其发送输出端t1out和接收输入端r1in则分别与rs232接口j2的7号管脚和1号管脚相连，rs232接口j2的5号管脚接地。第六电容c12，第七电容c14为滤波电容分别并接在rs232通信收发器芯片u6的1、3管脚和4、5号管脚之间。第八电容c16为电源滤波电容并接在rs232通信收发器芯片u6的vee(6号管脚)与地之间。发光二极管d1和第五电阻r13串联构成上位机通信显示电路，一端通过第五电阻r13接5v直流电源，另一端通过发光二极管d1阴极连接接收输出端r1out。当进行通信时，发光二极管d1会闪烁。
41.如图3所示，为单一通道脉冲输出电路图，其余4个通道脉冲输出电路图除了驱动信号输入端口不同(对应图3中的d0)，其余电路结构和器件参数均相同。图3中快速光电耦合器件6n137 u2及其周边元件构成第一通道1脉冲输出电路图，其中快速光电耦合器件6n137u2也是脉冲输出驱动器件。快速光电耦合器件6n137 u2的2号管脚通过第一电阻r1连接5v直流电源；3号管脚则与at89c51主控芯片u1的p0.0管脚相连；5号管脚接地，6号管脚为脉冲信号输出管脚与bnc端口相连；7、8号管脚通过滤波第一电容c1接地。第二电阻r3与第三电容c4串联组成阻抗匹配电路，并与脉冲输出接口bnc端口相连。第二电阻r3的一端连接快速光电耦合器件6n137 u2的7、8号管脚，另一端连接快速光电耦合器件6n137 u2的6号管脚；第三电容c4一端连接快速光电耦合器件6n137 u2的6号管脚，另一端接地。
42.工作时，上位机通过rs232串行通信接口向本实施例装置发送串口指令，由at89c51主控芯片u1解析指令后通过多通道同步脉冲输出模块的五个快速光电耦合器件同步向5台红外tigris-640相机trigger in 1接口输出固定频率的同步触发脉冲信号。在同步触发脉冲信号驱动下，5台红外相机能同步进行连续拍摄工作。同步触发脉冲信号的频率、占空比、触发次数可由上位机发送不同串口指令进行调节。同步触发电路板实物如图4所示.其中1，2，3，4，5为5通道同步触发脉冲输出信号bnc口。
43.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种多通道红外相机外同步触发装置，其特征在于：包括脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块；脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块通过高速光电耦合电路连接；用户向脉冲控制及通信模块发送脉冲控制指令，多通道同步脉冲输出模块输出驱动多台红外相机工作的同步脉冲信号；脉冲控制及通信模块包括主控制器电路、晶振电路、复位电路、电源稳压电路和编程下载/rs232上位机接口电路；多通道同步脉冲输出模块包括多个同步脉冲驱动电路、用于连接红外相机外触发接口的多个阻抗匹配电路和多个脉冲输出接口；晶振电路、复位电路、电源稳压电路和编程下载/rs232上位机接口电路分别与主控制器电路相连接；电源稳压电路5v的输出端与主控制器电路、编程下载/rs232上位机接口电路以及多个同步脉冲驱动电路的电源输入端相连；多个同步脉冲驱动电路与主控制器电路连接；多个阻抗匹配电路与多个脉冲输出接口相连。2.根据权利要求1所述多通道红外相机外同步触发装置，其特征在于：主控制器电路包括at89c51主控芯片(u1)和8路排阻(p1)；8路排阻(p1)的公共端接电源稳压电路5v的输出端，其余各端分别与at89c51主控芯片(u1)的p00-p07口相连；晶振电路为晶体振荡器(y1)经第四电容(c6)和第五电容(c9)与模拟地相连后构成桥式晶振电路，与at89c51主控芯片(u1)时钟信号引脚x1，x2相连，为芯片提供外部系统时钟信号；复位电路由手动复位按钮(s1)与周边的第三电阻(r5)、第二电容c3、第四电阻(r6)构成，与at89c51主控芯片(u1)的复位引脚rst相连，为at89c51主控芯片(u1)提供系统复位信号；手动复位按钮(s1)接通，低电平信号通过第三电阻(r5)传送给at89c51主控芯片(u1)复位引脚rst，系统复位，手动复位按钮(s1)断开，高电平信号通过第三电阻(r5)和第四电阻(r6)传送给at89c51主控芯片(u1)复位引脚rst，系统正常工作；系统通电时，第二电容(c3)在上电瞬间处于短路状态，低电平信号通过第四电阻(r6)传送给at89c51主控芯片(u1)复位引脚rst，系统自动复位，第二电容(c3)充电完成后，高电平信号通过第四电阻(r6)传送给at89c51主控芯片(u1)复位引脚rst，系统正常工作；电源稳压电路由lm7805电压稳压芯片(u8)与周边电路共同构成电源电路，其中，j1为9v直流电源接口，9v直流电源接口正极与lm7805电压稳压芯片(u8)输入端相连，lm7805电压稳压芯片(u8)输出直流5v电源信号，第九电容(c17)为电源滤波电容；编程下载/rs232上位机接口电路由rs232通信收发器芯片(u6)及其周边元件构成，rs232通信收发器芯片(u6)发送输入端t1in和接收输出端r1out分别与at89c51主控芯片(u1)的p3.1口和p3.0口相连，其发送输出端t1out和接收输入端r1in则分别与rs232接口j2的7号管脚和1号管脚相连；rs232接口j2的5号管脚接地；第六电容(c12)、第七电容(c14)为滤波电容分别并接在rs232通信收发器芯片(u6)的1、3管脚和4、5号管脚之间；第八电容(c16)为电源滤波电容并接在rs232通信收发器芯片(u6)的6号管脚与地之间；发光二极管(d1)和第五电阻(r13)串联构成上位机通信显示电路，发光二极管(d1)一端通过第五电阻(r13)接5v直流电源，另一端通过发光二极管(d1)阴极连接rs232通信收发器芯片(u6)接收输出端r1out；每个同步脉冲驱动电路均由6n137快速光电耦合器件(u2)及其周边元件构成，6n137快速光电耦合器件(u2)的2号管脚通过第一电阻(r1)连接5v直流电源，3号管脚与at89c51主控芯片(u1)的p0.0管脚相连，5号管脚接地，6号管脚为脉冲信号输出管脚与脉冲输出接口bnc端口相连，7、8号管脚通过第一电容(c1)接地；第二电阻(r3)与第三电容(c4)串联组成阻抗匹配电路，并与脉冲输出接口bnc端口相连；第二电阻(r3)一端连接6n137快速光电耦合器件(u2)的7、8号管脚，另一端连接6n137快速光电耦合器件(u2)的6号管脚；第三电容
(c4)一端连接6n137快速光电耦合器件(u2)的6号管脚，另一端接地。3.根据权利要求1-2任意一项所述多通道红外相机外同步触发装置的触发方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、上位机向编程下载/rs232上位机接口电路发送串口指令，包括通信速率设置指令、发送脉冲信号参数指令以及脉冲发送与停止控制指令；步骤2、主控制器电路解析指令；若获得的串口指令为通信速率设置指令，则主控制器电路重置自身的rs232串行通信波特率参数，并返回步骤1；若获得的串口指令为发送脉冲信号参数指令，则主控制器电路根据解析的指令信息修改发送脉冲信号的频率、占空比或脉冲信号的个数参数，并返回步骤1；若获得的串口指令为脉冲发送控制指令，则主控制器电路按照预先设置的发送脉冲信号的频率、占空比和脉冲信号的个数参数，通过n个i/o口向同步脉冲驱动电路发送n路同步脉冲信号，n为正整数；若获得的串口指令为脉冲停止控制指令，则主控制器电路停止向同步脉冲驱动电路发送，并返回步骤1；步骤3、多通道同步脉冲输出模块接收来自脉冲控制及通信模块发送的n路同步脉冲信号，经同步脉冲驱动电路进行电压变换和电流放大后，再经阻抗匹配电路发送固定频率、固定占空比和固定数目的n路同步触发脉冲信号给n台红外相机的外部触发接口；步骤4、当固定数目的同步触发脉冲信号发送完毕后，返回步骤1。
技术总结本发明涉及红外相机外触发技术，具体涉及一种多通道红外相机外同步触发装置及触发方法，该装置包括脉冲控制及通信模块、多通道同步脉冲输出模块两大部分；用户向脉冲控制及通信模块发送脉冲控制指令，多通道同步脉冲输出模块则输出驱动多台红外相机工作的同步脉冲信号。在多个通道上采用时间上完全同步的脉冲信号实现对多台红外相机的同步触发；所述脉冲信号的频率、占空比以及脉冲信号的个数均可变化。该装置采用外触发的方式，具有多台红外相机的同步触发功能，能够满足对多台红外相机触发同步性和实时性要求严格的应用场景，且通过脉冲控制指令能灵活控制红外相机的工作状态，并且控制红外相机工作具有实时性、同步性高、安全灵活的优点。安全灵活的优点。安全灵活的优点。
技术研发人员：祁昶 艾勇 陈晶
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2022.07.11
技术公布日：2022/11/1
