一種基于單片機智能控制的云臺設計

摘要：為實(shí)現監控更智能和節能的目的，采用單片機與傳感器結合控制步進(jìn)電機轉動(dòng)的方法，設計一種以單片機為核心的智能控制云臺。該云臺只在有人進(jìn)入傳感器監測區域時(shí)才工作，且能根據傳感器采集的信息計算出人的位置，從而控制云臺轉動(dòng)，實(shí)現自動(dòng)追蹤監控，無(wú)需人控制，成本低，與現在市面上的云臺相比更智能和節能，有很強的實(shí)用價(jià)值。在研究分析后做出了實(shí)物，經(jīng)測試該云臺能實(shí)現有人時(shí)工作和自動(dòng)追蹤監控，驗證了方案的可行性。
關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；步進(jìn)電機；智能控制

隨著(zhù)現代社會(huì )的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種各樣的監控攝像裝置被應用于社會(huì )的諸多方面，為實(shí)現全方位準確監控攝像，很多攝像頭都配上了云臺。云臺一般分兩類(lèi)，一類(lèi)是做高速運轉的球形攝像機，價(jià)格昂貴；另一類(lèi)是以?xún)蓚€(gè)交流或直流電機組成的安裝平臺，通過(guò)控制系統在遠端可以控制其水平和垂直方向的轉動(dòng)，實(shí)現全方位監控，這樣的云臺控制起來(lái)費時(shí)費力，不節能。為此，在做一定的市場(chǎng)調研后，結合已有技術(shù)設計出一款基于單片機智能控制的云臺。該云臺能根據設防區域內安裝的多個(gè)傳感器采集的信息去控制由步進(jìn)電機組成的云臺轉動(dòng)，只要入侵者進(jìn)入設防區域云臺就工作，人移動(dòng)超過(guò)一定的距離，電機就轉帶動(dòng)攝像頭轉動(dòng)，始終保持人在監控攝像頭的視角范圍中心區域。整個(gè)工作過(guò)程全智能化，無(wú)需人操作，且步進(jìn)電機易于控制轉動(dòng)度數，轉動(dòng)精確，可實(shí)現全方位準確監控攝像，使用方便節能。

1 系統組成
該智能控制云臺系統主要由人體紅外傳感器、主控芯片、驅動(dòng)電路、四相步進(jìn)電機組成，框圖如圖1所示。在該系統中，多個(gè)傳感器以云臺為中心組成多點(diǎn)信號監測電路，采集云臺四周(設計為八個(gè)方向，每個(gè)方向為45°的扇形區域)的多點(diǎn)數據，輸入主控芯片進(jìn)行數據計算處理，主控芯片再輸出一定數量的脈沖給步進(jìn)電機驅動(dòng)電路，從而驅動(dòng)步進(jìn)電機帶動(dòng)攝像頭轉動(dòng)一定的角度，實(shí)現全方位自動(dòng)追蹤監控。

2 硬件控制電路設計
2．1 主控芯片與驅動(dòng)電路
AT89C52是Atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS微處理器，片內帶8 KB的可反復擦寫(xiě)只讀程序存儲器，共有4個(gè)八位I／O接口，功能強大。L298N是SGS半導體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機專(zhuān)用控制芯片，能產(chǎn)生四相控制信號，輸出功率強，可用于控制兩相、三相和四相步進(jìn)電機，易于與單片機結合，實(shí)現單片機控制。
設計中以AT89C52為主控芯片，在軟件的配合下用P0，P1口作為傳感器信號輸入口，掃描多點(diǎn)(設計為16點(diǎn)，也可視具體情況擴展)紅外傳感器的監測信息，信息經(jīng)運算處理后，通過(guò)P2口輸出脈沖給L298N組成的電機驅動(dòng)電路來(lái)驅動(dòng)電機轉動(dòng)一定的角度，從而帶動(dòng)云臺上的攝像頭轉動(dòng)一定角度(水平方向為45°的倍數，最小45°，最大315°；豎直方向為15°的倍數，最小15°，最大75°，可通過(guò)軟件修改)，實(shí)現自動(dòng)控制。電機選用四相步進(jìn)電機，每個(gè)電機用四位I／O口控制，所以P2口低四位控制水平方向電機，高四位控制豎直方向電機。水平和豎直方向電機除轉動(dòng)角度不同，驅動(dòng)原理完全一樣。

圖2所示為主控芯片與水平方向驅動(dòng)電路，在電路中為避免電機工作時(shí)對單片機的干擾，驅動(dòng)中加入反相器和光耦進(jìn)行隔離，使單片機穩定可靠工作。