【正文】 具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。云臺控制系統(tǒng)主要包括兩大功能：一是控制攝像機在上、下、左、右四個方向進行運動以達到控制攝像方向的目的；二是控制攝像機進行變焦、聚焦、光圈調(diào)整等動作以保證圖像的清晰。無限位連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直角度+30176。秒 第 3 頁 用戶能通過鍵盤設(shè)定云臺在任意兩點之間進行低、中、高速水平和俯仰線掃描。 連續(xù)工作方式：云臺在原位時，按下“自動”按鈕，云臺自動連續(xù)地執(zhí)行用戶設(shè)定的周期動作進行掃描；按下“停止”按鈕時，云臺保持當前狀態(tài)，重新恢復(fù)后云臺按照停止前的運動繼續(xù)工作。 云臺內(nèi)部結(jié)構(gòu) 全方位云臺內(nèi)部有兩個電機，分別負責(zé)云臺的上下和左右各方向的轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)動角度達到預(yù)先設(shè)定的限位時，微動開關(guān)動作切斷電源，云臺停止轉(zhuǎn)動。同時，室外環(huán)境的冷熱變化大，易遭到雨水或潮濕的侵蝕。 云臺的性能指標 （一） 云臺的轉(zhuǎn)動速度 云臺的轉(zhuǎn)動速度衡量云臺檔次高低的重要指標。直流型云臺都具有變速功能，提供的電壓是直流0 至 36V 之間的變化電壓。因為限位拴會占用一定的角度，但是出現(xiàn)少許的監(jiān)控死角。的覆蓋角度），以消除監(jiān)控死角。角度，即使轉(zhuǎn)動到后面的 180176。這樣避免云臺過多地轉(zhuǎn)動到無需監(jiān)控的位置，也提供了云臺的使用效率。 180176。 （三） 云臺的載重量 云臺的最大負載是指垂直方向承受的最大負載能力。 云臺的載重量是選用云臺的關(guān)鍵，如果云臺載重量小于實際負載重量不僅會使操作功能下降，而且云臺電機、齒輪也會因為長時間超負荷而損壞。一般室外環(huán)境使用的云臺溫度范圍為 20℃至 +60℃，如果使用在更低溫度環(huán)境下，可以在云臺內(nèi)部加裝溫控型加熱器。另外在實際使用中應(yīng)根據(jù)環(huán)境選擇使用相適合的材料和防護層，如鐵質(zhì)外殼不適合使用在潮 濕和具有腐蝕性的環(huán)境中。合理分配傳動比是設(shè)計傳動機構(gòu)的一個重要環(huán)節(jié)，它將直接影響到傳動裝置的外形尺寸、重量、潤滑條件和減速齒輪的中心距等。另外，選用微型變速箱的齒輪傳動，也可以減小體積、提高效率、減小噪聲。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，水平方向所選用的電機功率一般為垂直方向的一半。如何運用步進電機無疑是單片機云臺控制系統(tǒng)中的重點。它的旋轉(zhuǎn)是以 固定的角度一步一步運行的。永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大；混合式步進是混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。 該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。當開關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、 SD 斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動， 4 號齒和 C相繞組的磁極對齊。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。 ◆控制步進電機的轉(zhuǎn)向 如果按給定方向的正序換相通電 ，步進電機正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，步進電機反轉(zhuǎn)。 步進電機主要技術(shù)指標 選擇步進電機需要根據(jù)實際需要和技術(shù)指標綜合考慮。不同的步進電機，其額定繞組電流也不一樣。轉(zhuǎn)動力矩會隨轉(zhuǎn)動的升高而下降，當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢，頻率越高反向電動勢越大，在它的作用下，電機隨頻率或速度的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 （ 4）步進角：步進電機每走一步實際上就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個角度。 第 8 頁 （ 5）精度：一般步進電機的進度為步進角的 3～ 5%，且不積累。由于步進電機的走步實際上是轉(zhuǎn)子的機械運動，不可能很快。 （ 7）空載啟動頻率：即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟失或堵轉(zhuǎn)。 1 相激勵方式是指每一時刻 4 相中只有一相導(dǎo)通，步進電機以此工作方式工作時，溫升較高，電源功率功耗小，但是當速度較高時容易產(chǎn)生失步； 2 相激勵方式是指每一時刻 4相中都有兩相導(dǎo)通，然后按 4相的順序循環(huán)； 12相激勵方式是指驅(qū)動時一相導(dǎo)通和兩相導(dǎo)通交替出現(xiàn)的。為了限制云臺轉(zhuǎn)動的范圍，云臺的向上、左轉(zhuǎn)、向下和右轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)換靠限位開關(guān)來控制。 （ 1）手動工作方式。當按下停止按鈕式，云臺保持當前狀態(tài)，重新恢復(fù)后云臺按停止前的動作繼續(xù)進行工作。 ATMEL 公司的 89C52 單片機，是增強型 RISC 內(nèi)載 Flash 的單片機，在芯片上的 Flash 存儲器附在用戶的產(chǎn)品中，可隨時編程，在線編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計容易，更新?lián)Q代方便。 AT89C52 AT89C52 是一個低電壓、高性能 COMS 8 位單片機，片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器（ ROM）和 256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可為你提供許多復(fù)雜較系統(tǒng) 控制應(yīng)用場合。圖 41 所示為 DIP 封裝引腳圖。 RST（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 GND（ 20 腳）：接信號地。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 P0 可以驅(qū)動 8個 LS TTL 負載?？梢则?qū)動 4 個 LS TTL 負載。它們各自由兩個獨立的 8 位寄存器組成，分別為 TH0、 TL0、 TH TL1,。 C/T 是計數(shù)器 /定時器方式選擇位。 3； SCON 寄存器用于設(shè)置串口的工作方式和查詢接收、發(fā)送中斷產(chǎn)生標志。 串口通信時通過串口來進行的，串口不同于并口，它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。同步通信使用數(shù)據(jù)塊傳送信息，而不是字節(jié)，省去了每個字節(jié)的起始位和停止位等數(shù)據(jù)，提高了通信的速率。波特率是可變的，可由軟件設(shè)置。 SM2：串口多機通信控制位。 RB8： 用于保存串口工作方式 2和方式 3情況下要接收到的第 9位數(shù)據(jù)。當串口數(shù)據(jù)接收到一個數(shù)據(jù)時置位 TI，同時向 CPU發(fā)送串口中斷請求。 AT89C52 中斷系統(tǒng) 程序在執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件中斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向出來外部或內(nèi)部事件的中斷服務(wù)中去，完成中斷服務(wù)程序后， CPU 繼續(xù)與原來被中斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。 TF0:定時 /計數(shù)器 T0 益處中斷。 IE 和 IP 51 單片機有兩種中斷優(yōu)先級，其中每一個中斷源的優(yōu)先級都可以有程序設(shè)定。 EA=0 時，禁止所有中斷； EA=1 時，則每個中 斷源被允許還是被禁止，由各自的允許位確定； ET2：是定時器 2中斷允許位。 單片機系統(tǒng) 本設(shè)計的所用的單片機系統(tǒng)其實就是單片機最小系統(tǒng)，所謂最小系統(tǒng)就是能是單片機正常工作的最少配置。復(fù)位操作通常有 2中基本形式：上電復(fù)位、開關(guān)復(fù)位。 時鐘電路 單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種操作的時間基準。內(nèi)部振蕩方式如圖 42 中所示。它與傳統(tǒng)的 RS232接口標準相比，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)計考慮到遠距離控制，所以采用 RS485總線。圖 46所示為 SN75LBC184芯片邏輯功能圖。接收使能 RE為高電平 , 第 17 頁 SN75LBC184作為接收器 ,信號從 6腳或 7腳輸入 , 1腳輸出 。當 67V C CBARD ETR X DR T ST X DR S 2 3 2S N 7 5 L B C 1 8 4V C C + 5 V4 . 7 K4 . 7 K4 . 7 K4 . 7 K1 . 8 K3 3 054321RE 圖 47 RS232電平轉(zhuǎn)換電路 RS232的 RTS端為邏輯電平 1(12V)時 ,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 TTL邏輯電平 1(+5V),此時選中 RS232的 DE端允許 RS232接收 , 這樣 , RS232的 TXD端就可以發(fā)送數(shù)據(jù) (工作邏輯與 RTS端相似 )。 RS232 終端單片機接口電路 由于單片機的邏輯電平一般規(guī)定為 TTL電平，所以單片機與 SN75LBC184的連接電路就較簡單一些，如圖 48所示。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的狀態(tài)， 以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)時，鍵盤是不可缺少的輸入設(shè)備，它是實現(xiàn)人機對話的紐帶。在本設(shè)計中，由于按鍵的數(shù)目少，單片機 I/O口資源充裕，所以采用編碼鍵盤。為了使 CPU 對鍵的一次閉合僅做一次鍵處理，必須去抖動。 考慮該系統(tǒng)的復(fù)雜程度，決定選用 CH451 驅(qū)動的 16 為鍵盤，如圖 49 所示： 第 19 頁 圖 49鍵盤 第 20 頁 第 5 章 軟件基礎(chǔ) C 語言簡介 用于單片機設(shè)計開發(fā)的常用編程語言是匯編語言和 C語言，在本設(shè)計中使用C 語言編程。寄存器分配、存儲器尋址以及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理； 178。提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力； 178。轉(zhuǎn)換的方法有手工匯編和機器匯編兩種，前者目前已經(jīng)極少使用。 Keil 8051 C 編譯器簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。在開 第 21 頁 發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。然后分別由 C51及 A51編譯器編譯生成目標文件 (.OBJ)。當然，如果 Keil 在上次關(guān)閉時有打開的工程，再一次打開時它會自動加載上一次的工程文件。 第 23 頁 圖 54 “選擇目標器件”對話框 設(shè)置完成后，軟件會提示“是否將 8051 上電初始化程序添加入工程？”如下圖 55 所示，這個一般選擇“否”。現(xiàn)在，就可以開始在里面輸入源程序代碼了。因為還沒有將程 序代碼添加到工程里面去。 圖 56 工程中添加文件頁面 下一步，就開始編譯剛輸入進去的代碼。 assembling ... linking... Program Size: data= xdata=0 code=100 first 0 Error(s), 0 Warning(s). 其中“ first 0 Error(s), 0 Warning(s).”說明現(xiàn)在的工程編譯通過，0 個錯誤和 0 個警告。 第 25 頁 圖 57 工程設(shè)置中的“ Output”頁面 2. 調(diào)試 Keil 有很強大的調(diào)試功能，可以顯示 C程序的反匯編代碼、可以計算代碼運行的時間、可以顯示程序中某一變量的值??能用好這個調(diào)試工具對編寫單片機程序會有很大的幫助。設(shè)置完成后，單擊 ，進入調(diào)試界面如下圖 59 所示。 Proteus 軟件除具有和其他 EDA 工具軟件一樣的原理編輯、印制電路板制作外，還具有交互式的仿真功能。 第 28 頁 第 6 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)流程 整個云臺控制系統(tǒng)分為初始化，鍵盤掃描，串口中斷，延時程序和步進電機運轉(zhuǎn)五部分。在本系統(tǒng)中，如果沒有初始化，則該系統(tǒng)無法正常工作。和定時 /計數(shù)器有關(guān)的特殊功能寄存器有 TOMD、 TCON，和串口相關(guān)的特殊功能寄存器有 SCON、PCON。 定時計數(shù)器的初始化編程步驟： 1） 根據(jù)定時時間要求或計數(shù)要求計算初值； 2） 工作方式控制字送 TMOD。下面是采用普通延時的程序源代碼： void delay(uint z)//延時 { uint x,y。y0。 第 31 頁 7 仿真 仿真是一項非常有效的檢測設(shè)計工作是否達到預(yù)期的結(jié)果方法，而且非常具有實際意義。打開 SerialNull 虛擬串口軟件，進入主界面?，F(xiàn)在我們要做的是源程序代碼的編譯，最終目的是生成 HEX 文件。 （ 4） 設(shè)置工具選項，使之合適目標硬件。現(xiàn)在要做的是將系統(tǒng)電路圖繪制在 Proteus ISIS 編輯窗口中，添加完成相應(yīng)的設(shè)置并添加由 Keil 軟件生成的 .HEX 文件。在 Proteus ISIS 菜單欄中單擊保存圖標 ，保存設(shè)計，生成“ ”文件。我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際 工程項目 問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖 仿真 等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了 極大的 鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程