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1、摘 要随着科技向着智能化的进一步发展，越来越多的领域对目标自动跟踪系统的依赖程度越来越大，不管在民用方面还是在军用方面，它的应用越来越多，自动跟踪系统能够自动跟踪特定目标，跟踪过程不受外界干扰。本文所要研究的系统是基于单片机的自动跟踪系统，控制系统由PC机，主控芯片MEGA16，舵机，摄像设备等组成。工作在两种状态，对目标能进行自动检测与跟踪，还可以进行手动控制。舵机转角为180度，由数字信号控制，数字信号是由电位器输入的模拟信号经过单片机AD转换得到，数字信号的大小可以控制PWM信号的占空比，从而控制舵机的转动位置。这样，通过改变输入模拟量可以调节舵机的转角，进而实现手动跟踪的目的。PC机通
2、过串口向ATmega16传输数据，输出占空比不同的PWM波，控制舵机的转动位置和角度，进而实现对跟踪系统的自动控制。本设计重点探讨了ATmega16单片机输出PWM波对舵机的运动控制、对LCD1602液晶显示器的控制和单片机和PC机UART通信方面的内容。是单片机应用的一个尝试。关键词：ATmega16单片机 PWM LCD1602UARTABSTRACTAlong with the intellectualization of security-monitoring system, dependence on automatic tracking system shows its impor
3、tance in more and more fields. Auto-tracking camera can automatically trace specific target without outside interference. This system is composed of PC, MEGA16, steering gear and video device. It can accomplish automatic detection and manual control when it is necessary. The steering gear makes rota
4、tion of 180 degrees, controlled by digital signal which is converted from analogue signal by MCUAD after it was input from potentiometer. The size of the digital signal regulates the location of the steering gear by deciding the duty-cycle of PWM signal. Thus, digital signal regulates the rotation a
5、ngle of the steering gear and the rotation of the video device at last. What is mainly discussed in this paper is the control of steering gear by PWM signal sent by ATMEAGA16 MCU, control of LCD1602 and the UART communication of MCU and PC. It is a new attempt on MCU.Key words: ATmega16 MCU PWM LCD1
6、602 UART37目 录第一章 绪论11.1 选题背景、目的及意义11.2 本设计所做工作2第二章 方案论证及设计要求42.1 方案论证42.2 设计要求及其参数5第三章 硬件电路的设计63.1 AVR单片机简介63.2硬件电路框图93.3硬件原理图93.4 舵机驱动电路103.5 液晶显示电路153.6 AD转换电路183.7 串口通信电路20第四章 软件设计224.1 模块分析224.2 主程序流程图224.3 舵机控制功能的实现224.4 液晶显示功能的实现244.5 AD转换功能的实现254.6 串口功能的实现25第五章 系统仿真和性能分析275.1仿真软件Proteus ISIS的
7、简介275.2系统仿真输出结果295.3 实际系统试验结果分析30结 论34参考文献35致 谢36第一章 绪论1.1 选题背景、目的及意义对移动载体的自动跟踪技术是自动控制领域的一个核心问题。随着自动控制技术的迅猛发展,使得对移动载体的定位更加快速化、高精度化,这为实现自动跟踪提供了一个强有力的基础平台。来准确地对随机或移动目标进行定位跟踪,进而完成监控和跟踪等一系列动作；在通信领域，移动载体之间的相互通信和移动载体与静止载体之间的通信都依赖于自动跟踪技术，如卫星天线自动跟踪系统，就是使地面运动载体上安装的天线能时刻对准某一颗卫星，来实现运动载体与固定卫星之间的高质量通讯；天文领域，要研究某一
8、天体的运行规律，就必须要对它时刻追踪,将原有的机械式的手动跟踪望远镜，设置成可以自动跟踪的控制系统，无疑会大大节省出人力，而且观测不受环境条件的影响。目前发达国家已有实用的用于移动式卫星通讯天线自动跟踪系统的产品出现，但价格昂贵，而我国尚无。为此，设计出一套性能价格比较为合理的天线自动跟踪系统,并将技术推广，为各行业所用，在我国具有重大的现实意义。另外，随着能源紧缺矛盾的不断尖锐化与环境污染问题的日益突出，再生能源的开发已成为当务之急，以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要，加速开发利用以太阳能为主体的可再生能源已成为人们的共识。太阳能，以其广泛、清洁、永无
9、止境等优点日益被人们所关注。人们在太阳能的热能、电能转换的应用方面已取得了可喜的成绩，如太阳能热水器、太阳能温室、太阳泵及太阳能家电系统等。其中用于烧饭的太阳灶也由最初的封闭式聚热箱发展到带抛物型反射镜的立式烧饭灶。这些烧饭灶在许多国家和地区得到采用，为解决缺柴地区的烧饭问题、节省能源起到了积极的作用。目前太阳能烧饭灶又以新的面目呈现于世自动跟踪式太阳能厨房。我国大部分国土位于北纬25至40之间，总的说来，日照条件还是较好的，由于这种太阳能厨房效率高、使用方便，在我国应该是有前途的。据初步估计，在以下几方面有开发前景：有条件的城市居民住户，在有安装场所的情况下，可用于家庭炊事，和煤气灶等并行使
10、用；学校、企业和机关等集体食堂。由于集体食堂燃料需求量大，且多为只供应午餐。用这种太阳能厨房不仅能节省大量燃料，而且还起到宣传、促进太阳能应用的作用。大型太阳灶比小型太阳灶的效率更高些，且大型太阳能厨房的生产费用也较小型的相对合算些；广大农村，在农村推广这种厨房有两大优点：a.柴源缺乏，需求迫。b.多为单独住宅，安全条件好。由于目前农民烧饭仍多以柴薪为主，这种高效且操作方便、使用舒适的太阳能厨房将会受到欢迎。当然这种系统设计及制作相当复杂，并非普通农民可以胜任，而且单台制造费用也较大，但是如果能使这种太阳能厨房的形式、结构分类规范化、商品化，批量生产后的单价将比单台制造要便宜得多。所以作为价廉
11、物美的太阳能厨房在我国广大农村是有巨大市场的。因此，从长远考虑，太阳能的广泛应用将是解决我国乃至世界能源危机的重要途径。所以这种太阳能厨房的推广将是有多方面的意义。为此，做出一种太阳能的电子自动跟踪系统在我国乃至世界都有很现实的使用价值。再者，从世界战争危险性的角度来看，目前爆发传统意义上的世界大战的可能性在减小，因此从总体上说世界还比较安全。但是，频频发生的地区冲突和局部战争，此起彼伏的热点问题，导致天下并不太平。总体和平，局部战争；总体缓和，局部紧张；总体稳定，局部动荡这是对当今世界局势的一种比较贴切的概括。世界上许多国家之所以有可能致力于自身发展，前提条件就在于有那个“总体”；给各国带来
12、严峻挑战和造成困难与风险的，是“局部”。“局部”的变数有时非常之大，足以“牵一发而动全身”，对安全构成的威胁有时也最为直接。目标自动跟踪系统在目标的跟踪射击、间接瞄准射击、同时对多个目标自动跟踪、战场威胁目标的定位测量与报警等方面发挥着非常重要的作用，因此研究出性能优秀的自动跟踪装置和武器是我们国家现在一项迫切而又重要的任务。本设计重点研究了基于ATmega16单片机的自动跟踪系统，对移动的载体既能够自动跟踪和检测，还可以按照人的意愿来手动控制，本系统可以用在视频监控、目标跟踪、太阳能厨房等领域中，实践证明本系统工作状态稳定灵敏度高，精度高且控制简单，操作容易是一种很有效的检测控制系统。1.2
13、 本设计所做工作本设计以自控控制技术为基础，结合计算机技术、通信技术、伺服控制技术、单片机技术等，研究设计一套能够对移动目标实现自动跟踪的控制系统。并完成了从硬件选型到软件的测试等工作。该控制系统由PC机，主控芯片Mega16，舵机，视频设备，自制云台等组成。工作在两种状态，对目标能进行自动检测与跟踪，还可以进行手动控制。PC机通过串口向ATmega16传输数据，输出PWM波控制舵机转动，带动视频设备转动。视频设备将获取的图像信息返回到PC机。PC机收到数据后，发给单片机，经过控制算法，确定舵机的转动位置和角度。重复上述过程，实现自动控制。舵机转角为180度，由数字信号控制，数字信号是由外接电
14、位器输入的模拟信号经过单片机AD转换得到，数字信号的大小可以控制PWM信号的占空比，从而控制舵机的转动位置。这样，通过数字信号可以调节舵机的转角，调节视频设备转动。第二章 方案论证及设计要求2.1 方案论证本设计中主要任务是实现对监控系统的自动和手动控制，监控系统是通过舵机的运动而控制的，然后将其运动情况返回PC机显示在人机界面上，主要用到以下一些知识：对伺服舵机的控制；液晶电路的控制；单片机和PC机的通信等。这些内容在本行业里面已经很成熟，所以本方案能够实现。本系统工作在两种状态，对目标能进行自动检测与跟踪，还可以进行手动控制。选择以ATmega16单片机为核心控制器，电位器为模拟输入量，采
15、用单片机自生的AD转换功能，显示部分采用LCD1602，位置的转动通过舵机来实现。这样选择有以下几个原因： 1AVR单片机和传统的MSC-51单片机相比有以下优点：它是一款高速嵌入式单片机，AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快，AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低，对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备，有的器件最低1.8V即可工作；I/O
16、口功能强，具有A/D转换等电路，AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况，工业级产品，具有大电流（灌电流）1040mA，可直接驱动可控硅SSR或继电器，节省了外围驱动器件；AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器；部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低；AVR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性，有看门狗定时器实行安全保护，可防止程序走乱（跑飞），提高了产品的抗干扰能力；有功能强大的定时器/计数器及通讯接口，定时/计数器T/C有8位和16位可用作比较器，计数器外部中断和PWM（也可用作D/A）用于控制输出，某些型号的AV
