基于單片機實(shí)現攝像機運動(dòng)控制系統的設計

0 引言

采用單片機為核心設計的云臺控制器在監控場(chǎng)合能實(shí)現控制攝像機進(jìn)行大范圍、寬角度的移動(dòng)，以使攝像機能夠達到接近360°全景式攝像，且其在經(jīng)濟性、靈活性、擴展性和可維護性等方面都具有獨特的優(yōu)勢。

1 系統總體結構

系統由以下幾部分構成:①單片機：設計的核心，在軟件的配合下實(shí)現對鍵盤(pán)所輸入信息的識別，根據輸入信息向云臺中的步進(jìn)電機發(fā)出指令，使其實(shí)現正/ 反轉、速度控制、程序控制等功能，并將步進(jìn)電機的轉速通過(guò)數碼管顯示出來(lái);②步進(jìn)電機及驅動(dòng)：負責云臺系統在豎直和水平兩個(gè)方向上的轉動(dòng)，是系統的執行部件;③鍵盤(pán)：外部信息的輸入器件，是控制人員指揮云臺系統工作的重要組成部分; ④顯示器件：將步進(jìn)電機的實(shí)時(shí)轉速顯示出來(lái)，以便控制人員根據轉速來(lái)確定對云臺的控制策略。

2 系統硬件設計

硬件電路按系統功能劃分為步進(jìn)電機及其驅動(dòng)模塊、單片機及其外圍電路、鍵盤(pán)及顯示電路共三部分,系統硬件功能框圖如圖一所示。

2.1 步進(jìn)電機控制及驅動(dòng)模塊的選擇

驅動(dòng)器接收到脈沖信號之后，驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度，它的旋轉是以固定的角度一步步運行的?？赏ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量，達到準確定位的目的；同時(shí)可通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度，達到調速的目的。所選步進(jìn)電機為兩臺混合式步進(jìn)電機57BYG250C，具有兩相/ 四相運行能力，四拍工作時(shí)步距角為1.8°，八拍為0.9°。步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊型號為HB202A，具備4/8 拍轉換控制信號、脫機（FREE）控制信號、輸入信號光電隔離等功能。設計中增加了一個(gè)脫機控制鍵，在出現故障或調試時(shí)將兩臺電機置于脫機狀態(tài)，可手工調節步進(jìn)電機。脫機控制鍵直接與單片機INT0 相接，設INT0 為最高優(yōu)先級，以便在故障時(shí)能迅速實(shí)現脫機控制。由于不經(jīng)過(guò)8279 而直接接在單片機上，則必須設置鍵盤(pán)去抖動(dòng)電路，以免使單片機產(chǎn)生誤操作。

2.2 鍵盤(pán)及顯示電路設計

鍵盤(pán)及顯示電路采用INTEL8279 來(lái)實(shí)現。鍵盤(pán)采用N鍵循回方式，顯示為8 位左端送入。8279 外接2＊8 鍵盤(pán)和八位顯示器，采用編碼掃描方式。8279 的IRQ 和單片機的INT1相接，只要有鍵按下，就會(huì )申請中斷。當單片機外接12M 晶振時(shí)，ALE 為2M，而其與CLK 相連，所以其分頻命令字為34H。通過(guò)8279 所擴展的按鍵共16 個(gè)，8 個(gè)負責兩個(gè)方向上的步進(jìn)電機的正反轉，8 個(gè)是功能鍵，分別負責步進(jìn)電機的加減速、程序控制、步進(jìn)電機的限位開(kāi)關(guān)。

3 系統軟件設計

系統的軟件主要由初始化程序、鍵盤(pán)程序、速度控制程序、轉速檢測及顯示程序組成。除初始化程序外，其余程序均采用中斷工作方式，提高了CPU 的利用率。

3.1 系統初始化程序設計

先對單片機各中斷源進(jìn)行初始化，使用五個(gè)中斷源：INT0、INT1、T0、T1、T2，INT0、T0、T1 為高優(yōu)先級，INT1、T2 為低優(yōu)先級。INT0 申請中斷，則程序立即使步進(jìn)電機進(jìn)入脫機控制程序，步進(jìn)電機不再受單片機的控制，且是電平觸發(fā)，單片機始終執行脫機程序，直至外部觸發(fā)信號由操作人員手工撤銷(xiāo)，系統才恢復正常工作。后設置T0、T1、T2 的工作方式，并寫(xiě)入計數處置，開(kāi)啟這幾個(gè)中斷源的允許位，打開(kāi)CPU 中斷。