便携式日夜两用夜视仪电路 【技术领域】
本发明涉及一种日夜两用夜视仪电路，具体来说，涉及一种便携式日夜两用数码彩色夜视仪电路。
背景技术
夜视仪是光电一体化高技术含量专业产品，目前夜视仪从功耗方面，分为便携式和非携式两种，非携式有车载型、机载型、舰载型等，具有电压高功耗大，光学系统复杂，夜视距离远等特点，军用保有量居多，价格昂贵，便携式都为电池供电，光学系统简单，夜视距离近，价格便宜，民用居多。从电学领域成像手段分为微光管类夜视仪和CCD类夜视仪，微光管成像夜视仪只能工作在微光和纯黑环境中，强光下微光管将会损坏，CCD类夜视仪不同，它可工作在有光环境中，由于CCD对红外线的敏感性故也可在辅助红外光源的配合下用于微光和纯黑环境中。CCD类夜视仪是未来的发展方向，目前便携式CCD夜视仪都是黑白图象输出。从配备的辅助光源上分主动式夜视仪和被动式夜视仪，根据人眼对红外线的不敏感性，主动式夜视仪都配备了850nm-950nm波长的红外线光源或红外激光光源用于照射目标通过红外反射而成像，特点是观察距离远(和红外发射功率有关)，但隐蔽性差，被动式夜视仪没有辅助红外光源，靠目标自身的反射光或自身发出的红外线而被捕捉成像，其特点是隐蔽性好，但观察距离近。目前民用夜视仪都为主动式，主动式夜视仪内建了红外光源，根据红外光源的功率大小可以调节观察距离。
【发明内容】
针对以上的不足，本使用新型提供了一种可工作于昼夜两种环境的便携式日夜两用夜视仪电路的电路。
本发明的便携式日夜两用夜视仪电路包括用于获取图像的成像电路，用于将成像电路获取的图像进行视频信号解码，并将图像显示出来的图像解码及显示电路，以及用于为成像电路和图像解码及显示电路提供合格电源及图像信号通道和整机的各种应用功能的实现控制的电源及主控电路。所述成像电路为CCD成像电路，所述图像解码及显示电路采用微型显示器，在有光和微光环境下输出彩色图像。
所述CCD成像电路包括CCD信号处理单元和CCD电源单元，CCD信号处理单元通过CCD芯片获取图像信息，并对所获取的图像信息进行拾取、放大、A/D和D/A处理操作，以及对形成的彩色图像进行相位纠正并输出，CCD电源单元为CCD芯片提供稳定的工作电压；所述电源及主控电路包括MCU控制单元、电源输入单元、内建IR及控制单元、升压单元、图像相位转换及控制单元、环境亮度检测单元、稳压单元和功能指示单元，MCU控制单元控制各单元的电源供给、图像信号的传输、内建IR辅助照明和环境亮度检测，电源输入单元用于夜视仪的电源引入，稳压单元为IR灯提供稳定的0V-3V驱动电压，同时为MCU提供稳定的3.3V工作电压，内建IR及控制单元为夜视仪在黑暗环境和微光环境下主动提供辅助红外光源，升压单元为CCD成像电路提供合适的电压和电流，图像相位转换及控制单元为图像解码及显示电路提供正确的图像相位信息、同时做为该图像解码及显示电路的电源和图像信号接口，环境亮度检测单元用于检测夜视仪的应用环境亮度，为MCU提供自动开启和关闭IR红外光源提供信息，功能指示单元用于显示夜视仪的各种工作状态；所述图像解码及显示电路包括微控制器单元、微型显示器单元、视频信号解码器单元和解码电源单元，微控制器单元通过软件指令操控微型显示器单元和视频信号解码器单元正常工作，微型显示器单元接收来自视频信号解码器单元的图像信息并在MCU的操控下用于显示图像，视频信号解码器单元接收复合电视信号并对信号在MCU的操控下进行解码并送显示，解码电源单元提供+5V、+3.3V、+2.8V、+2.5V和+1.8V合格电源。
所述CCD芯片包括CXD2163BR、CXD2006和CXD2480R+ICX259。
所述CCD信号处理单元以CXD2163BR为核心，由CCD传感器ICX259AK获取图像信息，并依据CXD2480R的时序实时将图像信息的电平变化传送入CXD2480R，CXD2480R在外部晶体和DSP芯片CXD2163BR的配合下产生合乎CCD传感器的时序驱动信号，CXA2006Q芯片在DSP芯片CXD2163BR的配合对CCD拾起的模拟图像信号进行量化，并提供AGC信号，CXD2163BR对模拟图像信号进行A/D转换，SNC33840芯片对量化了的数字信号进行存储，NJM2274R用于将经过CXD2163BR处理后的数字图像信号进行D/A转换形成复合模拟电视信号，最后由第3、4脚输出；所述CCD电源单元中，CCD芯片和电源及主控电路的连接为三PIN排线，分别是+10V、GND和VIDEO，来自电源及主控电路的DC9V-12V电源由三PIN排线的电源口输入，经防接错电路1N5819接入，在此电路中运用了稳压芯片603P332MR、78L09，降压芯片MP1410ES、半桥和7.5V稳压管和其它电感、电阻、电容器件将电源升压、降压、稳压、处理形成五路，分别为+15V、-7V、+5V、+3.3V，其中+3.3V有两路，为CCD芯片的CCD传感器ICX259AK、时序电路CXD2480R、AGC控制器A/D转换芯片CXA2006Q和DSP芯片CXD2163BR提适稳定的工作电压和电流.。
所述MCU控制单元为8bit MCU芯片EM78P156EL；所述电源输入单元中，当电源键按下时Q9导通继电器吸合整机导电，在MCU第11脚配合驱动下，Q9将继续导通至饱和继电器吸合得到锁定，整机稳定供电，电源键再次按下时，MCU第17脚检测到断电信号，11脚输出低电平，Q1截至，导致Q9截至继电器线圈断电触点释放达到整机彻底断电；所述内建IR及控制单元中，CN4是外接IR灯的接口，Q3、Q5、Q10和MCU第七脚构成了IR灯的驱动电路，DOWN和UP两个按键为MCU提供IR灯亮度的控制信号，根据观察目标距离可动态调节IR灯输出功率；所述升压单元以MC34063和外围电路构成，P4输入+5V电源，P6输出9V-10V，其中L1是储能电感，D6是高频整流管，R21、R28、R31、R27和R*5构成分压取样电路，E9、E10、E12、C3、C5和C9构成滤波电路；所述图像相位转换及控制单元包括视频图像输出口CN1，三极管Q2和外围阻容器件构成图像相位转换电路，三极管Q4和MCU第10脚构成图像熄灭电路；所述环境亮度检测单元中，三极管Q6、外围器件电阻R24、R25、R26和MCU第8脚构成亮度检测电路，CN5外接光敏传感器，环境亮度够大时三极管Q6输出高电平，反之输出低电平，按键K3是IR灯强制开关键，该键的另一个复合功能是短按可开启和关闭夜视仪的2分钟无按键操作自动关机功能，R3、R16、D2、E2构成了MCU的复位电路；所述稳压单元采用ASM117-5.0稳压芯片为MCU提供5V电压，采用ASM117-3.3稳压芯片为MCU提供3.3V电压；所述功能指示单元包含电源开关键K4，D7为红色LED，作为IR功能指示灯，双色共阳LED1用于指示电源和2分钟无按键操作自动关机，这两个LED通过三极管Q7和Q8被MCU的第12、13脚所驱动。
所述微控制器单元接收来自解码芯片TVP5150的解码后的电视信号，MCU接受来自按键PB1、PB2和PB3按键提供DE的电平控制信号，.R7和E4构成对MCU的复位电路，X2、C14和C15构成MCU的外部时钟电路；所述微型显示器单元采用MT7DMQV3A，显示器与解码器芯片Tvp5150的连接为1-12Pin脚，Pin1是行同步信号Hd，Pin2是水平同步信号Vd，Pin3是时钟信号Clock信号输入，Pin4-Pin12是八根视频信号线，Pin18接+5V电源为内部三基色LED供电，Pin20接+2.5V电源为内部寄存器及ROM供电，Pin19和Pin21是地线，Pin13-Pin17分别为SDAT、SCK、SEN、SOUY和REST，分别连接到MCU；所述视频信号解码器单元采用低功耗解码芯片TVP5150，该芯片Pin1输入视频复合信号，R1、R2和C5构成输入限压电路，Pin2是另一视频信号输入通道，在此不用时以R3电阻下拉，Pin5和Pin6是芯片振荡电路输入和输出端，X1、C11和C12构成振荡电路，R6和C13构成解码器的复位电路，Pin11-Pin18是八Bit解码后的视频数据输出，Pin21和Pin22是解码器和MCU的I2C通讯数据口，R4和R5是I2C协议要求的两个上拉电阻，二极管D1和D2起隔直作用，C1、C2、C3、C4、C6和C7是解码器的外部旁路或滤波电容；所述解码电源单元中，XC6203E332PF和XC6204182MR是3.3V和1.8V稳压芯片，D3二极管对3.3V进行降压形成+2.5V电压，E1、E2、E3、E5和C9是滤波电容。
本发明的有益效果为：本夜视仪电路采用CCD芯片组合，可以保证在有光的环境下获取图像，另外本夜视仪内建有红外光源，有光和微光下具彩色图像，纯黑情况下为黑白图像效果，有光环境观察距离为无穷远，微光下大于600米，纯黑环境中小于250米。
【附图说明】
图1为本发明便夜视仪电路的基本框架图；
图2为发明CCD电源单元电路原理图；
图3为发明CCD信号处理单元CCD传感器电路原理图；
图4为发明CCD信号处理单元CXD2163BR电路原理图；
图5为发明电源输入单元电路原理图；
图6为发明内建IR及控制单元电路原理图；
图7为发明升压单元电路原理图；
图8为发明图像相位转换及控制单元电路原理图；
图9为发明环境亮度检测单元电路原理图；
图10为发明功能指示单元电路原理图；
图11为发明图像解码及显示电路原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明进行进一步阐述。
如图1所示，本发明便携式日夜两用夜视仪电路包括CCD成像电路、电源及主控电路和图像解码及显示电路。其中，CCD成像电路包括CCD信号处理单元和CCD电源单元，CCD信号处理单元通过CCD芯片获取图像信息，并对所获取地图像信息进行拾取、放大、A/D、D/A处理操作，以及对形成的彩色图像进行相位纠正并输出，CCD电源单元为CCD芯片提供稳定的工作电压。电源及主控电路包括MCU控制单元、电源输入单元、内建IR及控制单元、升压单元、图像相位转换及控制单元、环境亮度检测单元、稳压单元和功能指示单元，MCU控制单元控制各单元的电源供给、图像信号的传输、内建IR辅助照明和环境亮度检测，电源输入单元用于夜视仪的电源引入，稳压单元为IR灯提供稳定的驱动电压，内建IR及控制单元为夜视仪在黑暗环境下提供红外光源，升压单元为CCD成像电路提供合适的电压和电流，图像相位转换及控制单元为CCD成像电路、电源及主控电路和图像解码及显示电路的接口，环境亮度检测单元用于检测夜视仪的应用环境亮度，功能指示单元用于显示夜视仪的工作状态。图像解码及显示电路包括微控制器单元、微型显示器单元、视频信号解码器单元和解码电源单元。
如图2所示，在CCD电源单元电路中，CCD芯片和电源及主控电路通过3PIN排线连接，分别为+10V、GND和VIDEO。来自电源及主控电路的DC9V-12V电源由3PIN排线的电源口输入，经防接错电路1N5819接入，在此电路中运用了稳压芯片603P332MR、78L15、降压芯片MP1410ES、半桥和7.5V稳压管，以及其它电感、电阻和电容器件。9V-12V电源经排线座CN9进入，经D11(1N5819)单向，C58、C80和C138滤波后分成两路，一路经C53滤波，D5半桥BAV99升压，经C66、电感L3、C9和C20组成的π型滤波电路滤波，再经U8(78L15)稳压形成+15V电源；另一路经U9(MP1401ES)降压再分成两路，一路经R8和C51配合D5半桥BAV99升压，同时经C50和D6半桥升压，C51滤波，R19限流，升压D7稳压，L5、C70、C21和C22组成的π型滤波电路滤波后形成-7V电源；另一路经D8稳压，L4/L2高频扼流圈、C7和C5滤波输出+5V电源。C5、C58、C59和C72配合L4滤波，R18和R33分压为MP1401ES提供反馈取样，R171是U9的使能端限流电阻，C56和C61是U9的槽路电容，C50和R135构成串联谐吸收网络保护内部的MOS管。U8(603P332MR)是3.3V稳压芯片，L1、C1和C69以及L7、C20、C42和C43各自组成π型滤波网络滤波，输出3.3V电源。这些电源为CCD芯片的CCD传感器ICX259AK、时序电路CXD2480R、AGC控制极A/D转换芯片CXA2006Q和DSP芯片CXD2163BR等芯片提供合适稳定的工作电压和电流。
如图3和图4所示，CCD信号处理单元电路是以DSP芯片CXD2163BR为核心，在其控制下进行图像信息拾取、放大、A/D和D/A转换等处理，最后形成彩色图像输出到后端进行相位纠正并输出。图3中的1/3英寸CCD传感器ICX259AK用于获取图像信息，该芯片依据CXD2480R的时序实时将图像信息的电平变化传送入CXD2480R芯片，CXD2480R芯片在外部晶体和DSP芯片CXD2163BR的配合下产生合乎CCD传感器的时序驱动信号，CXA2006Q芯片在DSP芯片CXD2163BR的配合下对CCD拾起的模拟图像信号进行量化，并提供同步AGC信号。图5是整块CCD芯片的核心器件，该器件在外界晶体的配合下控制时序芯片产生时序供CCD芯片，并对模拟图像信号进行放大，产生AGC信号，再对模拟图像信号进行A/D转换，SNC33840芯片对量化了的数字信号进行存储，NJM2274R用于将经过CXD2163BR处理后的数字图像信号进行D/A转换，形成复合模拟电视信号，最后由第3、4脚输出。
电源及主控电路控制核心以8bit MCU芯片EM78P 156EL为控制平台进行各项功能控制，本主控电路的特点是采用了低成本单片机产生PWN驱动一个850mm/940mm红外灯，在光学器件的配合下光照距离达150米，对比目前其他的夜视器材的辅助照明用多达10个以上的850mm/940mm红外灯具效果好成本低的特点，同样本主控电路在软体的配合下具有省电高效的特点。该电路还采用了以低成本34063芯片升压电路为CCD供电，视频通道增益放大及监视器视频输出口、电源、IR灯和省电模式指示，电池和适配器双电源设计等。
如图5所示为电源及主控电路的电源输入单元，当电源键按下时，Q9导通继电器吸合整机得电，在MCU第11脚配合驱动下Q9将继续导通至饱和继电器吸合得到锁定，整机稳定供电，电源键再次按下时，MCU第17脚检测到断电信号，11脚输出低电平，Q1截至，导致Q9截至继电器线圈断电触点释放达到整机彻底断电的目的。
如图6所示为内建IR及控制单元电路，ASM117-5.0是稳压芯片，为IR灯提供稳定的驱动电压，CN4是外接IR灯的接口，Q3、Q5、Q10和MCU第七脚构成了IR灯的驱动电路，该电路由软件控制产生80-110Hz的PWN信号驱动IR灯，DOWN和UP两个按键为MCU提供IR灯亮度的控制信号，DOWN是减控制，UP是加控制，整机上电时，IR灯的亮度是默认50％。
如图7所示为升压单元电路，在本实例中将5V升9V-10V，该电路为CCD摄像提供了合适的电压和电流，电路是以MC34063芯片和外围电路构成，效率为70％。P6输出9V-10V，其中L1是储能电感，D6是高频整流管，R21、R28、R31、R27和R*5构成分压取样电路，用于调整升压输出，E9、E10、E12、C3、C5和C9构成滤波电路，减少电源的纹波，干净电源作用。
如图8所示为图像相位转换及控制单元电路，在本实例中是CCD图像输入电源及主控电路，以及电源及主控电路将图像输出到微型显示器的接口，该电路还包含了对图像的倒相和图像的熄灭电路，CN1是视频图像输出口，可做为外接监视器的信号源，三极管Q2和外围阻容器件构成图像相位转换电路，当CCD的图像相位和微型显示器所要求的相位相反时，该电路必需应用，三极管Q4和MCU第10脚构成图像熄灭电路，当定时到达前13秒该电路动作对图像进行熄灭黑屏提示用户，按DOWN和UP键可解除黑屏。
如图9所示为环境亮度检测单元电路，它包含了本实例中的亮度检测、强制开关IR灯、MCU复位和MCU电源稳压四部分电路。三极管Q6、外围器件和MCU第8脚构成亮度检测电路，其功能检测夜视仪的应用环境亮度，亮度不足时MCU将自动打开IR灯，亮度足够时MCU将自动关闭IR灯，CN5外接光敏传感器，按键K3是IR灯强制开关键，在强亮度环境下长按可强行开启和关闭IR灯，该键的另一个复合功能是短按可开启和关闭夜视仪的2分钟，无按键操作自动关机功能，夜视仪上电是默认该功能运行，ASM117-3.3芯片是3.3V稳压芯片，为MCU提供电源，R3、R16、D2和E2构成了MCU的复位电路。
如图10所示为功能指示单元电路，包含了电源开关键K4，D7(红色LED)是IR功能指示灯，双色共阳LED1用于指示电源和2分钟无按键操作自动关机功能指示，这两个LED通过三极管Q7和Q8被MCU的第12、13脚所驱动。
如图11所示为图像解码及显示电路，它包括微控制器单元、微型显示器单元、视频信号解码器单元和解码电源单元。本实用新型解码驱动方式是以一款8bit MCU芯片AT89C2051+TVP5150+MT7DMQV3A构成视频解码电路，驱动Displaytech公司的0.2英寸微型显示器。
微型显示器单元采用MT7DMQV3A信号显示器，该显示器与解码器芯片Tvp5150的连接为1-12Pin脚，Pin1是行同步信号Hd，Pin2是水平同步信号Vd，Pin3是时钟信号Clock信号输入，Pin4-Pin12是8根视频信号线，这些信号由解码器在MCU的操控下产生，并行输入到显示器显示图像。显示器的Pin18接+5V电源为内部三基色LED供电，Pin20接+2.5V电源为内部寄存器及ROM供电，Pin19和Pin21是地线，Pin13-Pin17分别为SDAT、SCK、SEN、SOUY和REST，这5根线连接到MCU按SPI总线协议进行通讯，通过软件编程设置显示器内部的相关寄存器，使其正常工作。
视频信号解码器单元电路中TVP5150是德州公司的低功耗解码芯片，该芯片Pin1输入视频复合信号，R1、R2和C5构成输入限压电路，Pin2是另一视频信号输入通道，在此不用时，以R3电阻下拉，Pin5和Pin6是芯片振荡电路输入和输出端，X1、C11和C12构成振荡电路，R6和C13构成解码器的复位电路，Pin11-Pin18是8Bit解码后的视频数据输出，Pin21和Pin22是解码器和MCU的I2C通讯数据口，R4和R5是I2C协议要求的两个上拉电阻，二极管D1和D2起隔直作用，由于解码器和MCU的I/O口电压不一样，C1、C2、C3、C4、C6和C7是解码器的外部旁路或滤波电容。解码芯片TVP5150与MCU按I2C总线协议进行通讯，通过MCU设置其内部相关的寄存器值，达到接收符合要求的视频信号，并将视频信号解码使之形成可以用于微型显示器单元接收并显示图像的数字信号。
微型显示器单元和MCU是按SPI总线协议进行通讯，通过设置显示器的内部寄存器和E2ROM使其工作方式为接受CCIR656格式的电视信号，接收来自解码芯片TVP5150的解码后的电视信号；MCU也接受来自按键PB1、PB2和PB3(亮度、色彩和对比度)按键提供的低电平控制信号，MCU通过设置TVP5150的相关寄存器达到调节亮度、色彩和对比度的目的，R7和E4构成MCU的复位电路，X2、C14和C15构成MCU的外部时钟电路。
解码电源单元中XC6203E332PF和XC6204182MR是3.3V和1.8V稳压芯片，该芯片对+5V电源进行降压和稳压，为解码器提供稳定的两组工作电压.微型显示器需要两组工作电源，一组是+5V，另一组2.5V电压由稳压芯片XC6203E332PF输出3.3V经二极管D3降压获得。E1、E2、E3、E5和C9是滤波电容，它们起到退藕，滤除电源纹波的作用。