一種基于單片機(jī)智能控制的云臺設(shè)計

摘要：為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控更智能和節(jié)能的目的，采用單片機(jī)與傳感器結(jié)合控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的方法，設(shè)計一種以單片機(jī)為核心的智能控制云臺。該云臺只在有人進(jìn)入傳感器監(jiān)測區(qū)域時才工作，且能根據(jù)傳感器采集的信息計算出人的位置，從而控制云臺轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)自動追蹤監(jiān)控，無需人控制，成本低，與現(xiàn)在市面上的云臺相比更智能和節(jié)能，有很強(qiáng)的實(shí)用價值。在研究分析后做出了實(shí)物，經(jīng)測試該云臺能實(shí)現(xiàn)有人時工作和自動追蹤監(jiān)控，驗(yàn)證了方案的可行性。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；步進(jìn)電機(jī)；智能控制

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種各樣的監(jiān)控攝像裝置被應(yīng)用于社會的諸多方面，為實(shí)現(xiàn)全方位準(zhǔn)確監(jiān)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(yùn)轉(zhuǎn)的球形攝像機(jī)，價格昂貴；另一類是以兩個交流或直流電機(jī)組成的安裝平臺，通過控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)端可以控制其水平和垂直方向的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控，這樣的云臺控制起來費(fèi)時費(fèi)力，不節(jié)能。為此，在做一定的市場調(diào)研后，結(jié)合已有技術(shù)設(shè)計出一款基于單片機(jī)智能控制的云臺。該云臺能根據(jù)設(shè)防區(qū)域內(nèi)安裝的多個傳感器采集的信息去控制由步進(jìn)電機(jī)組成的云臺轉(zhuǎn)動，只要入侵者進(jìn)入設(shè)防區(qū)域云臺就工作，人移動超過一定的距離，電機(jī)就轉(zhuǎn)帶動攝像頭轉(zhuǎn)動，始終保持人在監(jiān)控攝像頭的視角范圍中心區(qū)域。整個工作過程全智能化，無需人操作，且步進(jìn)電機(jī)易于控制轉(zhuǎn)動度數(shù)，轉(zhuǎn)動精確，可實(shí)現(xiàn)全方位準(zhǔn)確監(jiān)控攝像，使用方便節(jié)能。

1 系統(tǒng)組成
該智能控制云臺系統(tǒng)主要由人體紅外傳感器、主控芯片、驅(qū)動電路、四相步進(jìn)電機(jī)組成，框圖如圖1所示。在該系統(tǒng)中，多個傳感器以云臺為中心組成多點(diǎn)信號監(jiān)測電路，采集云臺四周(設(shè)計為八個方向，每個方向?yàn)?5°的扇形區(qū)域)的多點(diǎn)數(shù)據(jù)，輸入主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)計算處理，主控芯片再輸出一定數(shù)量的脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動攝像頭轉(zhuǎn)動一定的角度，實(shí)現(xiàn)全方位自動追蹤監(jiān)控。

2 硬件控制電路設(shè)計
2．1 主控芯片與驅(qū)動電路
AT89C52是Atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS微處理器，片內(nèi)帶8 KB的可反復(fù)擦寫只讀程序存儲器，共有4個八位I／O接口，功能強(qiáng)大。L298N是SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制芯片，能產(chǎn)生四相控制信號，輸出功率強(qiáng)，可用于控制兩相、三相和四相步進(jìn)電機(jī)，易于與單片機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制。
設(shè)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(shè)計為16點(diǎn)，也可視具體情況擴(kuò)展)紅外傳感器的監(jiān)測信息，信息經(jīng)運(yùn)算處理后，通過P2口輸出脈沖給L298N組成的電機(jī)驅(qū)動電路來驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動一定的角度，從而帶動云臺上的攝像頭轉(zhuǎn)動一定角度(水平方向?yàn)?5°的倍數(shù)，最小45°，最大315°；豎直方向?yàn)?5°的倍數(shù)，最小15°，最大75°，可通過軟件修改)，實(shí)現(xiàn)自動控制。電機(jī)選用四相步進(jìn)電機(jī)，每個電機(jī)用四位I／O口控制，所以P2口低四位控制水平方向電機(jī)，高四位控制豎直方向電機(jī)。水平和豎直方向電機(jī)除轉(zhuǎn)動角度不同，驅(qū)動原理完全一樣。

圖2所示為主控芯片與水平方向驅(qū)動電路，在電路中為避免電機(jī)工作時對單片機(jī)的干擾，驅(qū)動中加入反相器和光耦進(jìn)行隔離，使單片機(jī)穩(wěn)定可靠工作。