一種基于單片機智能控制的云臺設計

摘要：為實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電機轉動的方法，設計一種以單片機為核心的智能控制云臺。該云臺只在有人進入傳感器監測區域時才工作，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，實現自動追蹤監控，無需人控制，成本低，與現在市面上的云臺相比更智能和節能，有很強的實用價值。在研究分析后做出了實物，經測試該云臺能實現有人時工作和自動追蹤監控，驗證了方案的可行性。
關鍵詞：單片機；傳感器；步進電機；智能控制

隨著現代社會的發展和科學技術的進步，各種各樣的監控攝像裝置被應用于社會的諸多方面，為實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，一類是做高速運轉的球形攝像機，價格昂貴；另一類是以兩個交流或直流電機組成的安裝平臺，通過控制系統在遠端可以控制其水平和垂直方向的轉動，實現全方位監控，這樣的云臺控制起來費時費力，不節能。為此，在做一定的市場調研后，結合已有技術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傳感器采集的信息去控制由步進電機組成的云臺轉動，只要入侵者進入設防區域云臺就工作，人移動超過一定的距離，電機就轉帶動攝像頭轉動，始終保持人在監控攝像頭的視角范圍中心區域。整個工作過程全智能化，無需人操作，且步進電機易于控制轉動度數，轉動精確，可實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、驅動電路、四相步進電機組成，框圖如圖1所示。在該系統中，多個傳感器以云臺為中心組成多點信號監測電路，采集云臺四周(設計為八個方向，每個方向為45°的扇形區域)的多點數據，輸入主控芯片進行數據計算處理，主控芯片再輸出一定數量的脈沖給步進電機驅動電路，從而驅動步進電機帶動攝像頭轉動一定的角度，實現全方位自動追蹤監控。

2 硬件控制電路設計
2．1 主控芯片與驅動電路
AT89C52是Atmel公司生產的低電壓，高性能CMOS微處理器，片內帶8 KB的可反復擦寫只讀程序存儲器，共有4個八位I／O接口，功能強大。L298N是SGS半導體公司生產的步進電機專用控制芯片，能產生四相控制信號，輸出功率強，可用于控制兩相、三相和四相步進電機，易于與單片機結合，實現單片機控制。
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(設計為16點，也可視具體情況擴展)紅外傳感器的監測信息，信息經運算處理后，通過P2口輸出脈沖給L298N組成的電機驅動電路來驅動電機轉動一定的角度，從而帶動云臺上的攝像頭轉動一定角度(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°，可通過軟件修改)，實現自動控制。電機選用四相步進電機，每個電機用四位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角度不同，驅動原理完全一樣。

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