智能航拍云臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要....................................................................... ABSTRACT...................................................................I 2 ..3 10 RS485總線設(shè)計(jì) 21 ................................49.........................................50......51 摘要云臺(tái)是應(yīng)用電視系統(tǒng)中不可缺少的配套設(shè)備之一，它與攝像機(jī)配套使用能realizationofcommunicationbetweenMCUandPCRS-485serialcommunicationbus.Thecontrolsystemconsistsofsingle-chipmicrocomputercontrolmodule,keyboardmodule,motordrivermodule,remotecontrolmodule,andthesoftwaredesign,thedebuggingandsimulation.信三大單元組成。云臺(tái)系統(tǒng)作為前端轉(zhuǎn)動(dòng)控。步進(jìn)電機(jī)作為云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)器云臺(tái)的質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)外的云天控制技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，它給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的便利，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供了相當(dāng)大的保障。云臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用到了生活的幾乎每一個(gè)場(chǎng)所，當(dāng)需要對(duì)某個(gè)地方進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，就可以很方便的運(yùn)用其代替人力，很大程度上降低了人力資源，并且還可以根據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這一點(diǎn)在生活中是及其有利的，它很大程度上節(jié)約了時(shí)間。目前市面上所生產(chǎn)的云臺(tái)控制器，大都采用一體化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法具有密封性能好、集成度高便于安裝等優(yōu)點(diǎn)?？罩泻脚?、空中攝影、空中巡航監(jiān)控以及系留空中平臺(tái)，大多數(shù)必須使用云臺(tái)控制其方向，由于遙控飛艇屬無(wú)人飛行器，其云臺(tái)只能使用無(wú)線遙控方式，而系留空中平臺(tái)的云或照相機(jī)的方向，同時(shí)還應(yīng)具備控制鏡頭變焦和相機(jī)快門(mén)功能。單片機(jī)(1)高集成度，體積小，高可靠性(2)控制功能強(qiáng)(3)低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品(4)易于擴(kuò)展(5)優(yōu)異的性價(jià)比了。(1)設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍電路及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。(2)使用鍵盤(pán)輸入控制云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。(3)PC使用RS485總線遠(yuǎn)距離控制云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。(4)使用KeiluVision2編寫(xiě)軟件，在Proteus軟件中完成仿真。部結(jié)構(gòu)(一)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度(二)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度5°(有5°的覆蓋角度)，這里我們的云臺(tái)就要達(dá)到355°(三)云臺(tái)的載重量護(hù)罩)到云臺(tái)工作面距離為50mm，該重心必須通過(guò)云臺(tái)回轉(zhuǎn)中心，并且與云臺(tái)會(huì)載能力要小于普通型。(四)云臺(tái)使用環(huán)境指標(biāo)的一般原則是:使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等;使減速機(jī)構(gòu)能獲得最小的外可以減小體積、提高效率、減小噪聲。字/角度轉(zhuǎn)換器。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式(PM)，反應(yīng)式(VR)和混合式(HB)。永磁式步工作原理示意圖。a.單四拍????????b.雙四拍????????????c八拍順序AB、C、D、A、B，步主要技術(shù)指標(biāo)(1)工作電壓：即步進(jìn)電機(jī)工作所需要的工作電壓。。軸(3)保持轉(zhuǎn)矩：保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但是沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)了衡量步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)。(4)步進(jìn)角：步進(jìn)電機(jī)每走一步實(shí)際上就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個(gè)角度。不同的電機(jī)，(5)精度：一般步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)度為步進(jìn)角的3~5%，且不積累。采用細(xì)分技(6)工作頻率：即步進(jìn)電機(jī)每秒鐘走的額定步數(shù)。由于步進(jìn)電機(jī)的走步實(shí)(7)空載啟動(dòng)頻率：即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，。方式是指驅(qū)動(dòng)時(shí)一相導(dǎo)通和兩相導(dǎo)通交替出現(xiàn)的。(9)外表溫度：步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并能按一定的要求動(dòng)作。起動(dòng)時(shí)，云臺(tái)從”按鈕，云臺(tái)使攝像頭向下；按“向右”按鈕，云臺(tái)使攝像頭向右。(2)連續(xù)工作方式。云臺(tái)在原位時(shí)，按下“自動(dòng)”按鈕，云臺(tái)自動(dòng)連續(xù)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)盤(pán)或PC輸入信息，單片機(jī)接收后對(duì)輸入信息進(jìn)行處理，然后發(fā)出控制信號(hào)送ULN2003A,ULN2003A驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。外外圍器件ULN2003A鍵盤(pán)進(jìn)電機(jī)AT89C52RS5。AT89C52CPXTAL2XTAL1GNDVCC在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)CPU等。主要管腳有：XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)為振蕩器P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義。PSEN(29腳)：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)EA/VPP(31腳)：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000H—FFFFH)，EA端必須保持低電平(接地)。XTAL1(19腳)：接外部晶振的一個(gè)引腳，且為輸入端。XTAL2(18腳)：接外部晶振的另一個(gè)引腳，該引腳接地。(17腳)RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)特殊功能寄存器：(1)單片機(jī)內(nèi)含有兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1。它們各自由兩個(gè)獨(dú)立長(zhǎng)，因此常用于需要常距離通信而對(duì)速度又要求不高的場(chǎng)合。送的數(shù)據(jù)量大、速度快，常用于傳輸速率要求較高的場(chǎng)合。如下：51單片機(jī)有兩種中斷優(yōu)先級(jí)，其中每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可以有程序設(shè)要求中斷時(shí)，以內(nèi)部的查詢邏輯來(lái)確定響應(yīng)次序。MSBLSB—MSBLSB———4.2.1復(fù)位電路4.2.2時(shí)鐘電路和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和4.2.3電源電路。VDCIN2C2C133VINVOUTVPOWERFR1CC3ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列集成電路，內(nèi)部由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成，ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓串聯(lián)一個(gè)的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003A采用DIP-16或SOP-16塑料封裝，如圖4-5所示。圖4-5ULN2003A方框圖ULN2003A內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTLCOMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管,它的輸出端允許通過(guò)電流為200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開(kāi)路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2K的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。ULN2003是一個(gè)非門(mén)電路，包含7個(gè)單元，但獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA，9腳可以懸空。比如1腳輸入，16腳輸出，你的負(fù)載接在VCCULN03是大電流驅(qū)動(dòng)陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下:ULN2003A的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使用于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。RS485總線設(shè)計(jì)PC機(jī)使用RS-485總線控制單片機(jī)串口通信。它與傳統(tǒng)的RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)相比，其在通信速率、傳輸距離、抗干擾能力有了很大的提高，本設(shè)計(jì)考慮到遠(yuǎn)距離控制，所以采用RS-485總線。該部分的設(shè)計(jì)有兩部分：PC機(jī)RS-232/RS-485電平轉(zhuǎn)換電路和RS-485通信接口電路。PC機(jī)只配備了標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串口，因此還必須加上RS-232和RS-485轉(zhuǎn)SNLBC邏輯功能圖。DR34277B圖4-6SN75LBC184邏輯功能圖SN75LBC184是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一種RS485接口芯片,可在總線上連接64SN75LBC184作為接收器,信號(hào)從6腳或7腳輸入,1腳輸出。SNLBC4設(shè)計(jì)的RS232C與RS485轉(zhuǎn)換電路如圖4-7所示。選用PC機(jī)的PPCSNLBC系,從而提高了工作的可靠性。當(dāng)CC1RB23DEAT5RXDTXD67圖4-7RS-232/RS-485電平轉(zhuǎn)換電路RSRTS電平1(-12V)時(shí),光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光,光敏三極管不導(dǎo)通,輸出端為T(mén)TL邏輯電平1(+5V),此時(shí)選中RS485的DE端允許RS485接收,RSTXD數(shù)據(jù)(工作邏輯與RTS端相似)。當(dāng)RS232的RTS端為邏輯電平0(+12V)時(shí),光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管導(dǎo)通,輸出端出為邏輯電平1時(shí),光電耦合器發(fā)光二極管不發(fā)光,光敏三極管不導(dǎo)通,這樣,在RS232輸出停止時(shí),其TXD電平為-12V,電容被充電到-12V以使其輸出也變成-12V,即邏輯電平1;當(dāng)其輸出為邏輯電平0時(shí),光電耦合器發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管V,也在RS232邏輯電平0的范圍之內(nèi),即為邏輯電平0。ATC別與SN75LBC184的R、D引腳相連，這樣，當(dāng)單片機(jī)有關(guān)V16A2P1.7T7B745圖4-8RS-485通信接口電路度不如編碼鍵盤(pán)。在本設(shè)計(jì)中，由于按鍵的數(shù)目少，單片機(jī)I/O有抖動(dòng)過(guò)程，抖動(dòng)的時(shí)間一般是5~10ms。為了使CPU對(duì)鍵的一次閉合鍵盤(pán)的工作方式有查詢式和中斷式，本設(shè)計(jì)采用查詢式，如圖4-9所示。E接接下來(lái)的事，就是在這個(gè)工程里面加入自己的程序代碼。點(diǎn)擊，或者“File”->“New”，便建立了一個(gè)空的文本框?，F(xiàn)在，就可以開(kāi)始在里面輸入保存時(shí)注意：如果是用C語(yǔ)言寫(xiě)的程序，則將文本保存成*.c，如果是用匯下一步就是將寫(xiě)完的程序添加到工程里面，如下圖5-6所示，在左邊toGroupSourceGroup開(kāi)的對(duì)話框中，選擇剛存的文件路徑和對(duì)t2.調(diào)試Debug單應(yīng)用介紹。真功能。它不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，更ARESAdvancedRoutingandEditingSoftware)兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是編輯軟件，用于制作印制電路板(PCB)。新建一個(gè)模板后，單擊保存圖標(biāo)新建一個(gè)模板后，單擊保存圖標(biāo)進(jìn)行保存。在彈出的對(duì)話框中，選擇保2.設(shè)定圖紙大小e件虛擬終端虛擬終端串口COMPIM步進(jìn)電機(jī)MOTOR-STEEPERpF步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003A機(jī)AT89C52AUDIO1U在器件選在器件選擇按鈕中單擊“P”按鈕，或執(zhí)行菜單命令 AT89C52，則出現(xiàn)與關(guān)鍵字匹配的原件列(2)在原件類型列表中選擇元件所屬類，然后再元器件子類列表中選擇所4.放置、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、刪除對(duì)象處于選中狀態(tài)(默認(rèn)為紅色)，再按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，元件或連線就跟隨指針移5.放置電源、地單擊工具箱中的“元件終端”圖標(biāo)單擊工具箱中的“元件終端”圖標(biāo)，在對(duì)象選擇器中單擊“POWER”,使1)在兩個(gè)對(duì)象之間連線將光標(biāo)靠近一個(gè)對(duì)象的引腳末端，該處自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)紅色小方框，單擊左鍵。2)移動(dòng)畫(huà)線、更改線型(1)單擊鼠標(biāo)左鍵選中連線，將指針靠近該畫(huà)線，該線出現(xiàn)雙箭頭。(2)按住左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，該線就跟隨移動(dòng)。(3)(3)若要同時(shí)移動(dòng)多根線，應(yīng)先框選這下線，再單擊塊移動(dòng)按鈕，拖動(dòng)鼠標(biāo)，在合適位置單擊鼠標(biāo)左鍵，就可改變線條的位置。在需要修改的元件上右擊鼠標(biāo)，在彈出的菜單中選擇“EditProperties”或按快捷鍵Ctrl+E，將出現(xiàn)“EditProperties”對(duì)話框，在此對(duì)話框中設(shè)置元例如在電路中，單片機(jī)的與范圍、深度和格式等，這里不進(jìn)行修改，單擊“OK”按鈕以默認(rèn)方式輸出如圖容要利用OnComm事件捕獲并處理這些通信時(shí)間，也可以檢查和處理通信錯(cuò)誤；二(5)編寫(xiě)串口發(fā)送等其它代碼；tingsInput接收緩沖區(qū)中全部的容。VisualC++軟件對(duì)話框的MFC程序命名為MCUPC，設(shè)置好保存路徑。如圖5-18。程程序名字cationsControlversion自動(dòng)運(yùn)行判斷自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志位描取鍵值轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)向上左轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)是是是是是否否是云臺(tái)向上轉(zhuǎn)動(dòng)否是是否等于B？否是是是否等于D？否是云臺(tái)向上轉(zhuǎn)動(dòng)否云臺(tái)向上左轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)向下轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)向右轉(zhuǎn)動(dòng)打開(kāi)串口、開(kāi)總中斷。和定時(shí)/計(jì)數(shù)器2SMOD (/32)·(TI溢出率)，TI溢出率=fosc/{12×[256—(TH1)]},本系統(tǒng)波特率為9600bit/s，晶振頻率為，串口選擇工作方式為1，所以初值等于0xfa。定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化編程步驟：1)根據(jù)定時(shí)時(shí)間要求或計(jì)數(shù)要求計(jì)算初值；2)工作方式控制字送TMOD;4)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即將TRx置位。鍵盤(pán)模塊PO口的相應(yīng)位就被置為高電平，沒(méi)有按下則為低電平。所以單片機(jī)只需要識(shí)別延時(shí)模塊步進(jìn)電機(jī)的工作所需脈沖頻率，延時(shí)的多少?zèng)Q定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在本系統(tǒng)中，定時(shí)，定時(shí)器的精度相當(dāng)高。下面是采用普通延時(shí)的程序源代碼：(1)voiddelay(uintS，生成“”文件。力也都得到了不同程度的提升。外圍，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，RS485總線這三部分。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，了解步進(jìn)電機(jī)的控一成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,衷心的感謝老師給予精心的指導(dǎo)和熱情的幫助,尤其在課題設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段和設(shè)計(jì)階段,老師提出許多寶貴的設(shè)計(jì)意見(jiàn),這樣使得我得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作,在短暫的相處時(shí)間里,老師淵博的知識(shí),敏銳的思路和實(shí)事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象,這將使得我終身受益,謹(jǐn)此向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。參考文獻(xiàn)[2]求是科技.單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，[3]李群芳肖看.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用—嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)[4]徐江海，張志良.單片機(jī)使用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，]康曉明.電機(jī)與拖動(dòng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，[7]劉錦波，張承慧等.電機(jī)與拖動(dòng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，M[11]田擁軍，趙光強(qiáng)，曾健平.基于RS485總線技術(shù)的PC機(jī)與單片機(jī)多機(jī)通訊設(shè)計(jì).湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)[J]，2007年6月[14]安防技術(shù)從入門(mén)到精通[J].安防技術(shù)論壇2005[17]附錄一單片機(jī)程序源代碼#include<>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitsbitsbitucharcodecode磁code磁code勵(lì)磁voidvoidvoidvoidvoidvoidvoidvoidP10=P1^0;P11=P1^1;P12=P1^2;P13=P1^3;tabup[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};//豎直電機(jī)正轉(zhuǎn)1~2相勵(lì)磁tabdown[]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};//豎直電機(jī)反轉(zhuǎn)1~2相勵(lì)tableft[]={0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90};//水平電機(jī)正轉(zhuǎn)1~2相勵(lì)tabright[]={0x60,0x20,0x30,0x10,0x90,0x80,0xc0,0x40};//水平電機(jī)反轉(zhuǎn)1~2相control(uchar);moveauto();moveup();movedown();moveleft();moveright();delay(uchar);{TH1=0xFA;TL1=0xFA;TR1=1;//開(kāi)定時(shí)器PCON=0x80;SCON=0x50;//9600，n，8,1EA=1;//開(kāi)總中斷ES=1;//開(kāi)串口中斷}voidserial()interrupt4//串口中斷{a=SBUF;control(a);delay(1);}voidcontrol(ucharl)//中斷控制電機(jī)動(dòng)作{switch(l){case'A':moveup();break;case'B':movedown();break;case'C':moveleft();break;case'D':moveright();break;case'Z':flag=1;break;default:break;}}voiddelay(uintz)//延時(shí){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}voidmoveup()//豎直方向向上{flag=0;{for(i=0;i<8;i++){P2=tabup[i];delay(50);}}}voidmovedown()//豎直方向向下{flag=0;{for(i=0;i<8;i++){P2=tabdown[i];delay(50);}}}voidmoveleft()//水平方向向左{flag=0;{for(i=0;i<8;i++){P2=tableft[i];delay(50);}}}voidmoveright()//水平方向向右{flag=0;{for(i=0;i<8;i++){P2=tabright[i];delay(50);}}}voidmoveauto()//自動(dòng)運(yùn)行{while(!P10){for(i=0;i<8;i++){P2=tabu