基于单片机的室内云台运动控制电路.doc
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基于单片机的室内云台运动控制电路.doc
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成都工业学院
毕业设计(论文)
设计(论文)题目:
基于单片机的室内
云台运动控制电路
系部名称:
机电工程系
专业:
数控技术专业
班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
二O一二年6月
4
摘要
论文在分析了云台结构和控制的而要求上,设计了以AT89C52单片机为控制器的云台控制系统,同时通过RS-232总线的串口通信实现与PC机之间的通信。
改控制系统有单片机的控制模块、键盘模块、远程控制模块组成,并进行相应的软件设计、调试和仿真。
关键字:
AT89C52;云台控制;步进电机;串口通信;仿真
ABSTRACT
ThispaperdesignaYuntaicontrolsystemusingAT89C52MCUbasedonanalysisoftheyuntaiofthestructureandit'scontrolrequirements.AndthesametimerealizecommunicationofcomputerthroughserialcommunicationofRS-485bus.MCUcontrolmodule,keyboardmodule,motordrivermoduleandremotecontrolmodulecomprisethecontrolsystem.Andcompletethecorrespondingsoftwaredesign,testingandsimulation.
Keyword:
AT89C52;Yuntaicontrol;Steppermotor;Simulation;serialcommunication
目录
摘要 1
ABSTRACT 2
第1章引言 1
1.1云台 1
1.2单片机 1
1.3本设计完成的任务 2
第2章云台 3
2.1云台概述 3
2.1.1云台内部结构 3
2.1.2云台的性能指标 4
2.1.3云台电机 5
2.2步进电机 5
2.2.1步进电机的工作原理 6
2.2.2步进电机主要技术指标 7
第3章总体方案 8
3.1云台控制系统简析 8
3.2控制系统实现 9
第4章系统硬件设计 9
4.1AT89C52单片机简介 9
4.1.1AT89C52 10
4.1.2AT89C52各引脚功能 10
4.1.3AT89C52串口通信 12
4.1.4AT89C52中断系统 13
4.2单片机系统 14
4.2.1复位电路 15
4.2.2时钟电路 15
4.2.3电源电路 15
4.3RS232总线设计 16
4.3.1RS-232电平转换电路 16
4.3.2RS-232终端单片机接口电路 17
4.4键盘 18
第5章软件基础 20
5.1C语言简介 20
5.2Keil编译器 20
5.2.1Keil8051C编译器简介 20
5.2.2如何使用Keil软件开发 21
5.3Proteus仿真软件 16
第6章系统软件设计 28
6.1系统流程 28
6.2初始化模块 29
6.3延时模块 30
6.4串口中断模块 30
第7章系统调试与运行 31
7.1虚拟串口 31
7.2Keil软件程序编译 31
7.3Proteus仿真 31
第8章结束语 33
致谢 34
参考文献 35
附录一单片机程序源代码 36
附录二单片机云台控制系统电路原理图 41
第1章引言
1.1云台
安全监控是随着人们生活生产需求应运而生的一项安全技术,安防系统由前端、传输、信息处理/控制/显示/通信三大单元组成。
云台系统作为前端转动控制部件,在整个系统中起到非常重要的作用。
摄像机云台是一种安装在摄像机支撑物上的工作平台,用于摄像机与支撑物之间的连接,同时它具有水平和垂直运动的功能,在云台水平、垂直运动的同时,它也带动摄像机做相同的运动,这样就可以通过控制云台的运动来控制摄像机的运动,它与摄像机配套使用能达到扩大监视范围的目的,提高了摄像机的使用价值。
云台分为固定云台和电动云台,固定云台适用于监视范围不大的情况,在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度,达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。
电动云台适用于对大范围进行扫描监视,它可以扩大摄像机的监视范围。
目前这两类云台广泛应用于各种场所,固定云台适用于小范围的监视;电动云台适用于对大范围进行扫描监视,它可以扩大摄像机的监视范围。
电动云台是由两台执行电动机来实现,电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。
在控制信号的作用下,云台上的摄像机既可自动扫描监视区域,也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。
步进电机作为云台的转动器件,它的工作可靠性直接影响了云台的质量。
目前国内外的云天控制技术系统已经相当的成熟,它给人们的生产生活带来了极大的便利,为人们的生命财产安全提供了相当大的保障。
云台系统已经运用到了生活的几乎每一个场所,当需要对某个地方进行实时监控时,就可以很方便的运用其代替人力,很大程度上降低了人力资源,并且还可以根据需要进行远程监控,这一点在生活中是及其有利的,它很大程度上节约了时间。
目前市面上所生产的云台控制器,大都采用一体化设计,这种设计方法具有密封性能好、集成度高便于安装等优点。
1.2单片机
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:
CPU、
内部和外部总线系统。
单片机是将中央处理器,随机存储器,只读存储器,定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上的微控制器。
单片机以其价格低廉,功耗小,工作可靠,可编程等优点,得到应用者的青睐。
单片机是靠程序的,并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很多力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。
单片机通过编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性。
单片机所具有的特点:
(1)高集成度,体积小,高可靠性
(2)控制功能强
(3)低电压,低功耗,便于生产便携式产品
(4)易于扩展
(5)优异的性价比
目前单片机渗透到人们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
1.3本设计完成的任务
设计目的及原始数据
像监控系统目前已广泛应用于银行、交通、学校、智能小区等场合,它进一步提高了人们生产、生活的安全系数。
在数字视频监控系统的设计与实现中,对云台的方位控制是系统执行的重要任务之一。
云台控制系统主要包括两大功能:
一是控制摄像机在上、下、左、右四个方向进行运动以达到控制摄像方向的目的;二是控制摄像机进行变焦、聚焦、光圈调整等动作以保证图像的清晰。
基于上述两大功能,结合应用实际,利用单片机能够实现对云台的准确控制。
通过综合运用所学知识以AT89C52为核心,设计一顶装式云台硬件控制电路,掌握单片机原理与接口技术,培养学生对属龙设备控制系统的分析设计能力。
设计指标与动能设计
1、云台的载重:
5kg~50kg
2、云台转动角度:
可以实现水平转动角度360°无限位连续旋转,垂直角度+30°~-90°
云台转动速度:
10°/秒~150°秒
3、用户能通过键盘设定云台在任意两点之间进行低、中、高速水平和俯仰线扫描。
4、可采用主、从单片机控制方案
5、能由上位机通过RS232实现远程运动控制。
6、云台运动有手动工作方式和连续工作方式。
手动方式:
利用按钮对云台的每一步运动进行单独控制。
连续工作方式:
云台在原位时,按下“自动”按钮,云台自动连续地执行用户设定的周期动作进行扫描;按下“停止”按钮时,云台保持当前状态,重新恢复后云台按照停止前的运动继续工作。
第2章云台
2.1云台概述
摄像机云台是一种安装在摄像机支撑物上的工作平台,用于摄像机与支撑物之间的连接,同时它具有水平和垂直运动的功能,在云台水平、垂直运动的同时,它也带动摄像机做相同的运动,这样就能通过控制云台的运动来控制摄像机的运动,它与摄像机配套使用能达到扩大监视范围的目的,提高了摄像机的使用价值。
云台的核心器件是步进电机,所以本设计的重点就是如何灵活的控制步进电机的运转,从而达到灵活的控制摄像机的目的。
云台可以按照运动功能、工作电压、承载重量、安装方式、使用环境等分类。
2.1.1云台内部结构
全方位云台内部有两个电机,分别负责云台的上下和左右各方向的转动。
其工作电压的不同业决定了该云台的整体工作电压,一般有交流24V、交流220V、及直流24V。
当接到上下动作电压时,垂直电机转动,接到左右动作电压时,水平电机转动。
需要说明的是云台都有水平、垂直的限位拴,云台分别由两个微动开关实现限位功能。
当转动角度达到预先设定的限位时,微动开关动作切断电源,云台停止转动。
限位装置可以位于云台外部,调整过程简单,也可以位于云台内部,通过外设的调整机构进行调整,调整过程相对复杂。
但外置限位装置的云台密封性不如内置限位装置的云台。
室外云台与室内云台大体一致,只是由于室外防护罩重量较大,使云台的载重能力必须加大。
同时,室外环境的冷热变化大,易遭到雨水或潮湿的侵蚀。
因此室外云台一般都没有设计成密封防雨型。
另外室外云台还具有高转矩和扼流保护电路以防止云台冻结时强行启动而烧毁电机。
在低温的恶劣条件下还可以在云台内部加装温控型加热器。
2.1.2云台的性能指标
(一)云台的转动速度
云台的转动速度衡量云台档次高低的重要指标。
云台水平和垂直方向是由两个步进电机驱动的,因此云台的转动速度也分为水平转速和垂直转速。
由于载重的原因,垂直电机在启动和运行保持时的扭矩大于水平方向的扭矩,在加上实际监控时对水平转速的要求要高于垂直转速,因此一般来说云台的垂直转速要低于水平转速。
直流型云台大都采用的是直流步进电机,具有转速高、可变速的优点,十分适合需要快速捕捉目标的场合。
直流型云台都具有变速功能,提供的电压是直流0至36V之间的变化电压。
变速的效果由控制系统和解码器的性能决定,以使云台电机根据输入的电压大小做相应速度的转动。
(二)云台的转动角度
云台的转动角度尤其是垂直转动角度与负载(防护罩/摄像机/镜头总成)安装方式有很大关系。
云台的水平转动角度一般都能达到355°,因为限位拴会占用一定的角度,但是出现少许的监控死角。
当前的云台都改进了限位装置使其可以达到360°甚至365°(有5°的覆盖角度),以消
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 室内 运动 控制电路