《基于单片机摄像机云台控制系统软硬件设计与实现(本科生毕业论文)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机摄像机云台控制系统软硬件设计与实现(本科生毕业论文)（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、兰州交通大学毕业设计（论文）I摘摘要要本论文在分析了摄像机云台结构、 步进电机工作原理以及云台系统控制要求的基础上，设计了以 STC89C52 单片机为控制器的摄像机云台控制系统，以 ULN2003 为步进电机驱动芯片，利用独立按键控制云台转动，同时编写上位机程序并通过串口通信实现与 PC 机之间的串口通信。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 PC 机控制模块组成。单片机控制模块的工作包括处理键盘输入、响应 PC 串口中断、控制电机运行；键盘模块采用独立式键盘控制信息的输入；电机驱动模块采用 ULN2003 驱动电路控制摄像机云台的运动；远程 PC 机控制模块实现微机远程
2、控制单片机，进而控制步进电机。云台的运行有自动运行和手动运行模式， 同时受上位机控制。 键盘或 PC 输入信息，单片机接收后对输入信息进行处理，然后发出控制信号送 ULN2003A，ULN2003A 驱动步进电机运转。利用独立按键可以实现云台手动控制，利用计算机远程控制云台转动，增强了云台控制系统的实用性；同时利用 VC6.0 编写上位机，利用 Keil4 编译和调试，利用 Proteus 进行系统仿真，使系统更加完善。关键字关键字: 单片机；云台；键盘；步进电机；串口通信兰州交通大学毕业设计（论文）IIAbstractThis thesis analyzes the structure of
3、 camera pan and tilt, stepper motor system works andPTZ control requirements based on the design of the controller to STC89C52 microcontrollercamera pan and tilt control system to ULN2003 stepper motor driver chip for the use ofseparate buttons control the PTZ rotation, as well as prepare the PC pro
4、gram and through theserial communication with the PC serial communication between.The control system consists of single-chip control module, keyboard module, motordrive module, the remote PC control module. MCU control module include handlingkeyboard input, respond to PC serial port interrupt, contr
5、ol the motor running; Keyboardcontrol modules using stand-alone keyboard input of information; motor drive module usingULN2003 driver circuit control camera pan and tilt movement; remote PC control modulemicrocomputer remote control microcontroller, then control the stepper motor.PTZ operation with
6、automatic operation and manual operation mode，as well as by PCcontrol. Keyboard or PC input information, the microcontroller after receiving the inputinformation processing, and then send control signals to send ULN2003A, ULN2003A drivestepper motor running. Separate buttons can be achieved using th
7、e PTZ manual control, theuse of computer remote control PTZ, PTZ control system enhances the practicality; whileusing VC6.0 prepared by the host computer, use Keil4 compile and debug the system usingthe Proteus simulation, so system more perfect.Keyword: STC89C52；Camera Pan；Keyboard；Stepper Motor；Se
8、rial Communication兰州交通大学毕业设计（论文）III目目录录摘要.IAbstract II目录.III第一章 绪论.1一、 云台.1二、 步进电机.2（一） 步进电机的工作原理.2（二） 步进电机主要技术指标.3三、 单片机.4（一） STC89C52.5（二） STC89C52 各个引脚的功能6（三） STC89C52 串口通信8（四） STC89C52 中断系统9四、 本设计完成的任务.10第二章 总体方案.11一、 云台控制系统简析.11二、 控制系统实现.11第三章 软件基础.13一、 C 语言简介13二、 Keil 编译器13（一） Keil 8051 C 编译器简
9、介13（二） 如何使用 Keil 软件开发14三、 Proteus 仿真软件.17四、 MSComm 控件21（一） 基于 VC 的 MSComm 控件串口编程基本步骤 22（二） MSComm 控件属性.22五、 Visual C+ 软件23第四章 系统设计.26兰州交通大学毕业设计（论文）IV一、 系统流程.26二、 单片机系统.28（一）复位电路.28（二） 时钟电路.28三、 ULN2003A 驱动电路 29四、 键盘模块.30五、 初始化模块.31六、 串口中断模块.31第五章 系统仿真.32一、 虚拟串口.32二、 Keil 编译器32三、 Proteus 仿真软件.32第六章 结
10、论.35致谢.36参考文献.37附录一 单片机程序源代码 错误！未定义书签。错误！未定义书签。附录二 上位机源程序 错误！未定义书签。错误！未定义书签。附录三 单片机云台控制系统.39兰州交通大学毕业设计（论文）1第一章第一章绪论绪论一、一、云台云台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。目前这两类云台广泛应用于各种场所，固定
11、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。云台的性能指标：1、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。 云台的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
12、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。2、云台的转动角度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） ，以消除监控死角。使用时可以根据现场的实际情况进行限位设置。3、云台的载重量云台的最大负载是指垂直方向承受的最大负载能力。 摄像机的重心到云台工作面距离为 50mm，该重心必须通过云台回转中心，并且与云台工作面垂直，这个中心即为云台的最大负载点，云台的承载能力是以此点作为设计计算的基准。如果负载位置安装不当，重心偏离回转中心，增大了负载力矩，实际的载重
13、量将小于最大负载量的设计值。因此云台垂直转动角度越大，重心偏离也越大，相应的承载重量就越小。兰州交通大学毕业设计（论文）2二、二、步进电机步进电机在工业控制系统中，通常要控制机械部件的平移和转动，这些机械部件的驱动大多都采用交流电机、直流电机、和步进电机。在这三种电机中，步进电机最适合数字控制。本设计中单片机作为数字控制器件，因此在本系统中毫无疑问的选择了步进电机。如何运用步进电机无疑是单片机云台控制系统中的重点。因此需要详细的了解步进电机。（一）（一） 步进电机的工作原理步进电机的工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一个矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一定角度，使
14、得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。图 1-1 是四个开关信号控制四相步进电机工作原理示意图。图图 1-1 四相步进电机示意图四相步进电机示意图四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作
15、方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。步进电机的驱动电路依据控制信号工作，控制信号由单片机产生，完成以下三种功能：1、控制换相顺序：通电换向这一过程称为脉冲分配。通电控制脉冲必须严格按照兰州交通大学毕业设计（论文）3这一顺序分别控制 A、B、C、D 相的通断。2、控制步进电机的转向：如果按给定方向的正序换相通电，步进电机正转；如果按反序通电换相，步进电机反转。3、控制步进电机的速度：如果给步进电机发送一个控制脉冲，它就转一步，再发送一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转的越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。（二）（二） 步进电机主要技术指标步进
16、电机主要技术指标静态指标：1、相数：产生不同对极 N、S 磁场的激磁线圈对数。常用 m 表示。2、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数， 以四相电机为例， 有四相四拍运行方式即 AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。3、步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360 度/（转子齿数运行拍数） ，以常规二、四相，转子齿数为 50 齿的电机为例。四拍运行时步距角为=360 度/（504）=1.8 度（俗称整步） ，八拍运行时步距角为=360 度/（508）=0.9度（俗称半步） 。4、定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 。5、静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发
