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智能航拍云台控制系统的设计说明.doc
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智能航拍云台控制系统的设计说明.doc
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摘要.....................................................................................................................................................I
云台是应用电视系统中不可缺少的配套设备之一,它与摄像机配套使用能达到扩大监视的
目的,提高了摄像机的使用价值。本论文在分析了云台结构和控制要求的基础上,设计了
以 AT89C52 单片机为控制器的云台控制系统,同时通过 RS-485 总线的串口通信实现与 PC
机之间的通信。该控制系统由单片机控制模块、键盘模块、电机驱动模块、远程控制模块
组成,并进行相应的软件设计、调试和仿真.................................................................................I
The head is one of the indispensable equipment applied in television system, supporting the use of
it and the camera can extend the monitoring purposes, improve the use value of the camera. Based
on the analysis on the platform structure and control requirements, the design is based on
AT89C52 controller pan-tilt control system, at the same time, through the realization of
communication between MCU and PC RS-485 serial communication bus. The control system
consists of single-chip microcomputer control module, keyboard module, motor driver module,
remote control module, and the software design, the debugging and simulation .............................I
第 1 章 引言........................................................................................................................................1
1.1 智能航拍云台..............................................................................................................................1
1.2 单片机..................................................................................................................................2
第 2 章 云台........................................................................................................................................4
2.1 云台概述..............................................................................................................................4
2.1.1 云台部结构...............................................................................................................4
2.1.2 云台的性能指标.......................................................................................................5
2.1.3 云台电机....................................................................................................................6
2.2 步进电机..............................................................................................................................6
2.2.1 步进电机的工作原理...............................................................................................7
2.2.2 步进电机主要技术指标...........................................................................................9
第 3 章 总体方案..............................................................................................................................11
3.1 云台控制系统简析.............................................................................................................11
3.2 控制系统实现.....................................................................................................................11
第 4 章 系统硬件设计......................................................................................................................13
4.1AT89C52 单片机简介.........................................................................................................13
4.1.1 AT89C52..................................................................................................................13
4.1.2 AT89C52 各引脚功能.............................................................................................14
4.1.3 AT89C52 串口通信.................................................................................................16
4.1.4 AT89C52 中断系统.................................................................................................17
4.2 单片机系统........................................................................................................................19
4.2.1 复位电路..................................................................................................................19
4.2.2 时钟电路.................................................................................................................20
4.2.3 电源电路.................................................................................................................20
4.3 ULN2003A 驱动电路........................................................................................................21
4.4 RS485 总线设计.................................................................................................................23
I / 66
4.4.1RS-232/RS-485 电平转换电路................................................................................23
4.4.2 RS-485 终端单片机接口电路................................................................................25
4.5 键盘....................................................................................................................................25
第 5 章 软件基础..............................................................................................................................27
5.1 C 语言简介.........................................................................................................................27
5.2 Keil 编译器........................................................................................................................27
5.2.1 Keil 8051 C 编译器简介.........................................................................................27
5.2.2 如何使用 Keil 软件开发.........................................................................................28
5.3 Proteus 仿真软件...............................................................................................................34
5.4 MSComm 控件...................................................................................................................40
5.4.1 基于 VC 的 MSComm 控件串口编程基本步骤...................................................40
5.4.2 MSComm 控件属性................................................................................................41
5.5 Visual C++软件..................................................................................................................41
第 6 章 系统软件设计......................................................................................................................44
6.1 系统流程............................................................................................................................44
6.2 初始化模块........................................................................................................................46
6.3 键盘模块............................................................................................................................47
6.4 延时模块............................................................................................................................47
6.5 串口中断模块....................................................................................................................48
6.6 步进电机动作模块............................................................................................................48
第 7 章 系统调试与运行..................................................................................................................49
7.1 虚拟串口............................................................................................................................49
7.2 Keil 软件程序编译.............................................................................................................50
7.3 Proteus 仿真........................................................................................................................50
第 8 章 结束语..................................................................................................................................52
致谢...................................................................................................................................................53
参考文献...........................................................................................................................................54
附录一 单片机程序源代码.............................................................................................................55
附录二 上位机源程序.....................................................................................................................60
附录三 单片机云台控制系统电路原理图.....................................................................................62
摘要
云台是应用电视系统中不可缺少的配套设备之一,它与摄像机配套使用能达到
扩大监视的目的,提高了摄像机的使用价值。本论文在分析了云台结构和控制
要求的基础上,设计了以 AT89C52 单片机为控制器的云台控制系统,同时通
过 RS-485 总线的串口通信实现与 PC 机之间的通信。该控制系统由单片机控
制模块、键盘模块、电机驱动模块、远程控制模块组成,并进行相应的软件设
计、调试和仿真
The head is one of the indispensable equipment applied in
television system, supporting the use of it and the camera can
extend the monitoring purposes, improve the use value of the
camera. Based on the analysis on the platform structure and control
requirements, the design is based on AT89C52 controller pan-tilt
control system, at the same time, through the realization of
communication between MCU and PC RS-485 serial communication
bus. The control system consists of single-chip microcomputer
control module, keyboard module, motor driver module, remote
control module, and the software design, the debugging and
simulation .
第 1 章 引言
1.1 智能航拍云台
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就可以了。电动云台适用于对大围进行扫描监视,
它可以扩大摄像机的监视围。目前这两类云台广泛应用于各种场所,固定云台
适用于小围的监视;电动云台适用于对大围进行扫描监视,它可以扩大摄像机
的监视围。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,这一点在生活中是与其有利的,
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。
空中航拍、空中摄影、空中巡航监控以与系留空中平台,大多数必须使用云台控制其
方向,由于遥控飞艇属无人飞行器,其云台只能使用无线遥控方式,而系留空中平台的云
台既可使用有线也可使用无线方式传输,对于航拍航摄而言,不但要求能控制摄象机或照
相机的方向,同时还应具备控制镜头变焦和相机快门功能。
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、
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,以与高可靠性。单片机
所具有的优点:
(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,以与
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 姿态检测模块
1.4 本设计完成的任务
本次设计是以单片机为控制器,设计一个云台控制系统,使云台按期望的
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