目 录摘 要IABSTRACTI第1章 引言11.1 智能航拍云台11.2 单片机21.3 姿态检测模块.21.3 本设计完成的任务2第2章 云台32.1 云台概述32.1.1 云台内部结构32.1.2云台的性能指标32.1.3云台电机52.2 步进电机62.2.1步进电机的工作原理62.2.2 步进电机主要技术指标8第3章 总体方案103.1云台控制系统简析103.2控制系统实现10第4章 系统硬件设计124.1 AT89C52单片机简介124.1.1 AT89C52124.1.2 AT89C52各引脚功能134.1.3 AT89C52串口通信154.1.4 AT89C52中断系统164.2 单片机系统184.2.1 复位电路184.2.2 时钟电路184.2.3 电源电路194.3 ULN2003A驱动电路194.4 RS485总线设计214.4.1 RS-232/RS-485电平转换电路214.4.2 RS-485终端单片机接口电路224.5 键盘23第5章 软件基础255.1 C语言简介255.2 Keil 编译器255.2.1 Keil 8051 C编译器简介255.2.2 如何使用Keil软件开发265.3 Proteus仿真软件315.4 MSComm控件375.4.1 基于VC的MSComm控件串口编程基本步骤385.4.2 MSComm控件属性385.5 Visual C+软件38第6章 系统软件设计426.1 系统流程426.2 初始化模块436.3 键盘模块446.4 延时模块446.5 串口中断模块446.6 步进电机动作模块45第7章 系统调试与运行467.1 虚拟串口467.2 Keil软件程序编译467.3 Proteus仿真47第8章 结束语48致谢49参考文献50附录一 单片机程序源代码51附录二 上位机源程序56附录三 单片机云台控制系统电路原理图58. . . . .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，固定云台适用于监视范围不大的情况，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机构就可以了。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。目前这两类云台广泛应用于各种场所，固定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。目前国内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，这一点在生活中是及其有利的，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、空中巡航监控以及系留空中平台，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、内部和外部总线系统。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，以及高可靠性。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，以及程控玩具、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，使云台按期望的方式运行，同时还要与远程控制室计算机进行通信。本次设计完成的任务：（1） 设计单片机外围电路及步进电机驱动电路，驱动云台步进电机运行。（2） 使用键盘输入控制云台步进电机。（3） PC使用RS485总线远距离控制云台步进电机。（4） 使用Keil uVision2编写软件，在Proteus软件中完成仿真。第2章 云台2.1 云台概述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，这样就能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。云台的核心器件是步进电机，所以本设计的重点就是如何灵活的控制步进电机的运转，从而达到灵活的控制摄像机的目的。云台可以按照运动功能、工作电压、承载重量、安装方式、使用环境等分类。2.1.1 云台内部结构全方位云台内部有两个电机，分别负责云台的上下和左右各方向的转动。其工作电压的不同业决定了该云台的整体工作电压，一般有交流24V、交流220V、及直流24V。当接到上下动作电压时，垂直电机转动，接到左右动作电压时，水平电机转动。需要说明的是云台都有水平、垂直的限位拴，云台分别由两个微动开关实现限位功能。当转动角度达到预先设定的限位时，微动开关动作切断电源，云台停止转动。限位装置可以位于云台外部，调整过程简单，也可以位于云台内部，通过外设的调整机构进行调整，调整过程相对复杂。但外置限位装置的云台密封性不如内置限位装置的云台。云台分为室内云台和室外云台，室外云台与室内云台大体一致，只是由于室外防护罩重量较大，使云台的载重能力必须加大。同时，室外环境的冷热变化大，易遭到雨水或潮湿的侵蚀。因此室外云台一般都没有设计成密封防雨型。另外室外云台还具有高转矩和扼流保护电路以防止云台冻结时强行启动而烧毁电机。在低温的恶劣条件下还可以在云台内部加装温控型加热器。2.1.2云台的性能指标（一） 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。直流型云台大都采用的是直流步进电机，具有转速高、可变速的优点，十分适合需要快速捕捉目标的场合。直流型云台都具有变速功能，提供的电压是直流0至36V之间的变化电压。变速的效果由控制系统和解码器的性能决定，以使云台电机根据输入的电压大小做相应速度的转动。（二） 云台的转动角度云台的转动角度尤其是垂直转动角度与负载（防护罩/摄像机/镜头总成）安装方式有很大关系。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），这里我们的云台就要达到355的转角。（三） 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（包括防护罩）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