【正文】 在云臺(tái)水平、垂直運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，它也帶動(dòng)攝像機(jī)做相同的運(yùn)動(dòng)，這樣就可以通過控制云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)來控制攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，它與攝像機(jī)配套使 用能達(dá)到擴(kuò)大監(jiān)視范圍的目的，提高了攝像機(jī)的使用價(jià)值。Stepper motor。改控制系統(tǒng)有單片機(jī)的控制模塊、鍵盤模塊、遠(yuǎn)程控制模塊組成，并進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試和仿真。 關(guān)鍵字： AT89C52；云臺(tái)控制；步進(jìn)電機(jī)；串口通信；仿真 2 ABSTRACT This paper design a Yuntai control system using AT89C52 MCU based on analysis of the yuntai of the structure and it39。Simulation。云臺(tái)分為固定云臺(tái)和電動(dòng)云臺(tái)，固定云臺(tái)適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺(tái)上安裝好攝像機(jī)后可調(diào)整攝像機(jī)的水平和俯仰的角度，達(dá)到最好的工作姿態(tài)后只要鎖定調(diào)整機(jī)構(gòu)就可以了。在控制信號(hào)的作用下，云臺(tái)上的 攝像機(jī)既可自動(dòng)掃描監(jiān)視區(qū)域，也可在監(jiān)控中心值班人員的操縱下跟蹤監(jiān)視對(duì)象。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)。 單片機(jī)以其價(jià)格低廉，功 第 2 頁 耗小，工作可靠，可編程等優(yōu)點(diǎn)，得到應(yīng)用者的青睞。單片機(jī)所具有的特點(diǎn)： （ 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 目前單片機(jī)滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。 在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，對(duì)云臺(tái)的方位控制是系統(tǒng)執(zhí)行的重要任務(wù)之一。 設(shè)計(jì)指標(biāo)與動(dòng)能設(shè)計(jì) 云臺(tái)的載重： 5kg～ 50kg 云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度：可以實(shí)現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度 360176。 /秒～ 150176。 手動(dòng)方式：利用按鈕對(duì)云臺(tái)的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制。云臺(tái)可以按照運(yùn)動(dòng)功能、工作電壓、承載重量、安裝方式、使用環(huán)境等分類。 需 要說明的是云臺(tái)都有水平、垂直的限位拴，云臺(tái)分別由兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)限位功能。 室外云臺(tái)與室內(nèi)云臺(tái)大體一致，只是由于室外防護(hù)罩重量較大，使云臺(tái)的載重能力必須加大。在低溫的惡劣條件下還可以在云 第 4 頁 臺(tái)內(nèi)部加裝溫控型加熱器。 直流型云臺(tái)大都采用的是直流步進(jìn)電機(jī)，具有轉(zhuǎn)速高、可變速的優(yōu)點(diǎn)，十分適合需要快速捕捉目標(biāo)的場合 。云臺(tái)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度一般都能達(dá)到 355176。（有 5176。的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，實(shí)際上只需要監(jiān)視云臺(tái)正面的 180176。即可。側(cè)裝的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以達(dá)到177。即可。因此云臺(tái)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，重心偏離也越大，相應(yīng)的承載重量就越小。其中包括使用環(huán)境溫度限制、濕度限制、防塵防水的 IP 防護(hù)等級(jí)。 IP 防護(hù)等級(jí)的高低反映了設(shè)備的密封程度，主要指防塵和液體的侵入。電動(dòng)云臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是由蝸輪、蝸桿和齒輪組合而成，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速，確定總傳動(dòng)比，然后依據(jù)傳動(dòng)裝置的總體布置，將傳動(dòng)比合理地分配到各級(jí)傳動(dòng)中去。使傳動(dòng)零件的圓周速度降低。由于全方位電動(dòng)云臺(tái)是由垂直和水平兩部分獨(dú)立的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組的，而垂直方向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是主要承載機(jī)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)是以垂直方向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為主要承載機(jī)構(gòu)來設(shè)計(jì)，而水平方向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)只受水平磨擦轉(zhuǎn)矩和電纜拖帶等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩影響。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)作為數(shù)字控制器件，因此在本系統(tǒng)中毫無疑問的選擇了步進(jìn)電機(jī)。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)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM） ，反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB）。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由輸入脈沖的頻率決定。 開始時(shí)，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5號(hào)齒就和 D、A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。 四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)而言，其各相通電順序如圖 所示，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A、 B、 C、 D、 A 、B C 、 D 相的通斷。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 繞組電流：只有繞組有電流時(shí)，才能建立磁場，且不同相上電流的有 無決定步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)。 （ 2） 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是指在額定條件下（電壓、電流），步進(jìn)電機(jī)的軸上所能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，單位通常為牛頓每厘米 (N/cm)。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩歲轉(zhuǎn)速增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)。在應(yīng)用中可根據(jù)用戶的需求選用。 （ 6）工作頻率：即步進(jìn)電機(jī)每秒鐘走的額定步數(shù)。但是總的來說步進(jìn)電機(jī)的速度是十分慢的。 （ 8）激勵(lì)方式：以四相電機(jī)為例，驅(qū)動(dòng)它的激勵(lì)方式有 1 相、 2相、 12相三種。在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還可以手動(dòng)控制云臺(tái)。 為滿足控制要求，云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置手動(dòng)方式和自動(dòng)工作方式兩種。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 第 9 頁 執(zhí)行周期動(dòng)作。 Rs232 Rs232 Rs232 圖 1 系統(tǒng)組成框圖 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) AT89C52 單片機(jī)簡介 單片機(jī)是將中央處理器，隨機(jī)存儲(chǔ)器，只讀存儲(chǔ)器，定時(shí)器芯片和 I/O 接口電路集成于一個(gè)芯片上的微控制器。 89C52 的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，工業(yè)實(shí)時(shí)控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器，宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器 第 11 頁 輸入輸出端口，外接 晶振。 VCC(40 腳 ):接 +5V 電壓。 ALE/PROG （ 30 腳）：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 EA/VPP（ 31 腳）：外部訪問允許。 P0口（ 39～ 32腳） :雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線低8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用。 P2口（ 21～ 28腳）：具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，作為高 8位地址總線。它作為第二功能使用時(shí)，其 各個(gè)引腳的功能如下： (10 腳 )RXD:串行口接收端 (11 腳 )TXD：串行口發(fā)送端 (12 腳 ) 0INT ：外部中斷 0 (13 腳 ) 1INT ：外部中斷 1 (14 腳 )T0：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 (16 腳 ) WR ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào) (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： 第 12 頁 （ 1） 單片機(jī)內(nèi)含有兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0、 T1。其各位的定義如下： GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 MO GATE 是選通門，當(dāng) GATE=1 時(shí)，只有 INT0 或 INT1 引腳為高電平且 TR0 或 TR1置 1 時(shí)，相應(yīng)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器才被選通工作。 2； IE寄存器用于開放或屏蔽單片機(jī)各個(gè)中斷。 AT89C52 串口通信 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要使用串口與外部進(jìn)行通信，因此，串口通信部分是單片機(jī)功能模塊中極為重要的一部分。異步通信中，每傳輸一個(gè)字節(jié)就要使用起始位和停止位，因此傳輸速度有限，常用于低速場合。 AT89C52 內(nèi)部的串口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的全雙工串口，支持四種工作方式。其格式如下： 第 13 頁 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1：用于設(shè)置串口的工作方式。 TB8： 用于設(shè)置 串口工作方式 2 和方式 3情況下要發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù)，有軟件置位或復(fù)位。 RI： 串口中斷接收標(biāo)志。兩個(gè)緩沖器公用一個(gè)內(nèi)存地址 99H。 INT1:外部中斷 IT1()=0 時(shí)，低電平有效； IT1()=1 時(shí)，下降沿有效。 第 14 頁 RX,TX:串行中斷。 允許中斷寄存器 IE 的各位定義如下： MSB LSB EA — ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA 是總中斷允位。 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP的各位定義如下： MSB LSB — — PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 PT2： 是定時(shí)器 2 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS：是串行口中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1：是定時(shí)器 1中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1：是外部中斷 1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0：是定時(shí)器 0中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX0：是外部中斷 0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳 RET 出現(xiàn) 5ms 以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使 RET 持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。晶振選用 。 第 16 頁 + 5 V+ 5 VR 11 K132+C 21 0 4 p FC 11 6 V 4 7 0 u FP O W E RG N DV I NV O U T7 8 0 5C 41 0 4 p FC 31 6 V 4 7 0 u FF R 1D C I NP O W E R 圖 43 電源原理圖 RS232 總線設(shè)計(jì) PC機(jī)使用 RS485總線控制單片機(jī)串口通信。 RS232C與 RS485 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)選用 SN75LBC184芯片。發(fā)送使能端 DE為高電平 ,SN75LBC184作為發(fā)送器 ,數(shù)據(jù)從第 4腳輸入 ,第 7腳輸出 ,其中 7腳輸出信號(hào)的非 。該電路使用了三片光電耦合器 TLP5211進(jìn)行隔離 , 這使 PC機(jī)與SN75LBC184之間完全沒有了電的聯(lián)系 ,從而提高了工作的可靠性。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 ,光敏三極管導(dǎo)通 ,這時(shí) ,其輸出為 + 5 V,也在 RS232邏輯電平 0的范圍之內(nèi) ,即為邏輯電平 0。 A T 8 9 C 5 2S N 7 5 L B C 1 8 4673214P 3 . 05+ 5 VT P 3 . 1P 1 . 7D ERBA REG N D 圖 48 RS232通信接口電路 鍵盤 鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的，是向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。非編碼鍵盤是通過軟件的方法產(chǎn)生鍵碼，它不需專用的硬件電路，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但響應(yīng)速度不如編碼鍵盤。 鍵的閉合 與斷開都是利用其機(jī)械彈性，由于機(jī)械彈性的作用，鍵在閉合與斷開的瞬間均有抖動(dòng)過程，抖動(dòng)的時(shí)間一般是 5~10ms。如仍閉合，則確認(rèn)為此鍵按下，消除了抖動(dòng)影響。不需要了解單片機(jī)的指令系統(tǒng)，僅僅要求對(duì)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步的了解； 178。高的編程及程序調(diào)試效 率； 178。 CPU 真正可執(zhí)行的是機(jī)器碼，用匯編語言或 C語言等高級(jí)語言編寫的源程序必須轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼才能被執(zhí)行。下面將介紹目前十分流行的 Keil 8051 C 編譯器。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。 如何使用 Keil 軟件開發(fā) 打開 Keil 軟件后，出現(xiàn)圖 52 所示界面。在此界面上選擇系統(tǒng)所用的單片機(jī)型號(hào)，例如： Atmel AT89C52，單擊“確定”。點(diǎn)擊 ，或者“ File” “ New”，便建立了一個(gè)空的文本框。但現(xiàn)在還不能開始編譯。這樣，程序就添加進(jìn)了這個(gè)工程。目標(biāo) 139。便會(huì)在工程所在文件夾里生成 HEX 文件。其他不作修改。從 1989 年問世至今已有 20 年的歷史，在全球得到廣泛應(yīng)用。 第 27 頁 Proteus 電路原理圖設(shè)計(jì)是在 ISIS 軟件環(huán)境中進(jìn)行繪制，該軟件編輯環(huán)境具有友好的交互式人機(jī)界面，其設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大，使用方便。 開 始是 否 等 于 1 ？自 動(dòng) 運(yùn)