基于單片機實現攝像機運動控制系統的設計

0 引言

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

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，在軟件的配合下實現對鍵盤所輸入信息的識別，根據輸入信息向云臺中的步進電機發出指令，使其實現正/ 反轉、速度控制、程序控制等功能，并將步進電機的轉速通過數碼管顯示出來;②步進電機及驅動：負責云臺系統在豎直和水平兩個方向上的轉動，是系統的執行部件;③鍵盤：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：將步進電機的實時轉速顯示出來，以便控制人員根據轉速來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電機及其驅動模塊、單片機及其外圍電路、鍵盤及顯示電路共三部分,系統硬件功能框圖如圖一所示。

2.1 步進電機控制及驅動模塊的選擇

驅動器接收到脈沖信號之后，驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，它的旋轉是以固定的角度一步步運行的。可通過控制脈沖個數來控制角位移量，達到準確定位的目的；同時可通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，達到調速的目的。所選步進電機為兩臺混合式步進電機57BYG250C，具有兩相/ 四相運行能力，四拍工作時步距角為1.8°，八拍為0.9°。步進電機驅動模塊型號為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。設計中增加了一個脫機控制鍵，在出現故障或調試時將兩臺電機置于脫機狀態，可手工調節步進電機。脫機控制鍵直接與單片機INT0 相接，設INT0 為最高優先級，以便在故障時能迅速實現脫機控制。由于不經過8279 而直接接在單片機上，則必須設置鍵盤去抖動電路，以免使單片機產生誤操作。

2.2 鍵盤及顯示電路設計

鍵盤及顯示電路采用INTEL8279 來實現。鍵盤采用N鍵循回方式，顯示為8 位左端送入。8279 外接2＊8 鍵盤和八位顯示器，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，就會申請中斷。當單片機外接12M 晶振時，ALE 為2M，而其與CLK 相連，所以其分頻命令字為34H。通過8279 所擴展的按鍵共16 個，8 個負責兩個方向上的步進電機的正反轉，8 個是功能鍵，分別負責步進電機的加減速、程序控制、步進電機的限位開關。

3 系統軟件設計

系統的軟件主要由初始化程序、鍵盤程序、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行初始化，使用五個中斷源：INT0、INT1、T0、T1、T2，INT0、T0、T1 為高優先級，INT1、T2 為低優先級。INT0 申請中斷，則程序立即使步進電機進入脫機控制程序，步進電機不再受單片機的控制，且是電平觸發，單片機始終執行脫機程序，直至外部觸發信號由操作人員手工撤銷，系統才恢復正常工作。后設置T0、T1、T2 的工作方式，并寫入計數處置，開啟這幾個中斷源的允許位，打開CPU 中斷。