中北大学-二维云台结构设计与运动仿真

中北大学2014届毕业设计说明书毕业设计说明书二维云台结构设计与运动仿真班级：学号：软件学院姓名：软件学院软件工程学院：软件工程郭维峰，张保成专郭维峰，张保成指导教师：2014年6月二维云台结构设计与运动仿真摘要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。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。此次我们设计的是一个基于AT89S52单片机的云台控制装置。本装置能自动或手动的进行上下移动和水平转动。当角度或高度超过预先设定的限位时，云台停止转动并进行声光报警，并且能自动的对某一范围内的光源进行跟踪，实现准确的定位，当超过预设范围时，自动报警。其中通过键盘按键实现云台自动和手动控制的切换，用LM297和LM298集成芯片驱动步进电机，采用L7805CV和L7812CV芯片作为三端集成线性稳压电源，用LCD液晶显示屏精确的显示云台当前的位置。关键词：云台控制，AT89S52单片机，LCD液晶屏，步进电机，定位Designandmotionsimulationoftwo-dimensionalplatformstructureAbstractSummarysecuritymonitoringisaspeopleliveproductionneedshaveemergedasasecuritytechnology,securitysystemconsistsofafront-endinformationprocessing/display/control/communications,transmission,composedofthreeunits.Pan/Tiltsystemsasafrontendturningcontrolpart,playedanimportantrolethroughoutthesystem.PTZisdividedintofixeddomeandelectriccloud,fixeddomeapplyformonitoringsmall,fixedcloudplatforminstalledcamerasafteragoodlevelandpitchangleofthecameracanbeadjusted,toachievethebestattitudeadjustmentaslongasthelockafteragenciesworkingonit.Electricheadscanmonitorappliestoawiderange,itcanexpandthecamera'smonitorrange.Currentlythesetwotypesofcloudplatformwidelyusedinvariousplaces,fixeddomeapplytosmall-scalemonitoring;electricalheadscanmonitorappliestoawiderange,itcanexpandthecamera'smonitorrange.Electricheadisimplementedbythetwoforcemotor,motoracceptssignalsfromthecontrollertorunprecisepositioning.Undertheactionofcontrolsignals,cloudonthecameracanautomaticallyscanmonitoringarea,alsoavailableatthecontrolcentredutyofficermanipulatedbytrackingandmonitoringofobjects.Asheadofsteppingmotorrotationdevice,reliabilityofitsworkdirectlyaffectsthequalityofpan/tilt.ThiswewilldesignaPTZcontroldevicebasedonAT89S52microcontroller.Theappliancecanautomaticallyormanuallymovedupanddownandhorizontalrotation.Whentheangleorheightexceedsapredeterminedlimitposition,headstopandsoundandlightalarm,andautomaticallytrackonarangeoflightsources,foraccuratepositioningwhenyouexceedapresetrange,autoalarm.Throughthekeyboardpressedkeyrealizationofautomaticandmanualcontrolforpan/tiltswitch,LM297andLM298integratedchipdrivingsteppingmotor,useL7805CVandL7812CVchipsasathree-Terminalintegratedlinearregulated.Keywords:Pan/tiltcontrol，AT89S52microcontrollerandLCDflatpanelscreens，Steppermotor，Positioning中北大学2014届毕业设计说明书第第Ⅰ页共Ⅱ页目录1绪论 页共35页6统调试与运行仿真是一项非常有效的检测设计工作是否达到预期的结果方法，而且非常具有实际意义。一项新的系统不经过调试仿真就直接进入实用，这样是非常不科学的，既费时又费里，所以一项新的设计只有在经过了仿真的考验才能真正的得到实际应用。仿真就是一个完成目标模型的建立过程，对于本次设计来说仿真所要完成的工作有：搭建虚拟串口、Keil软件中程序的编译并生成HEX文件、Proteus仿真软件电路模型的建立。6.1串口首先安装好SerialNull虚拟串口软件和串口调试助手SComAssistantV2.1，分别对其进行设置。打开SerialNull虚拟串口软件，进入主界面，如图6.1所示。图6.1SerialNull界面添加虚拟端口，一般电脑最多为两个串行口，这里我们选择端口一为COM2和端口二为COM3，点击添加端口就添加了这两个串口，在虚拟端口下就会看到有两个串口。这样我们就完成里串口的设置，可以把此软件关闭，这两个端口将会一直存在于你的电脑中，下次直接使用就可以了。6.2软件程序编译前面已经介绍了Keil软件的使用方法，这里不再陈述。现在我们要做的是源程序代码的编译，最终目的是生成HEX文件。操作步骤如下：启动uVision2，创建一个项目文件，文件名为lijian，并从器件库中选择1款合适的CPU，我选择的是AT89C52。创建一个新的源程序文件，文件名为lijian.C，并把这个源文件添加到项目中。为该单片机添加或配置启动程序代码，代码如附录所示。设置工具选项，使之合适目标硬件。编译项目并创造一个可供PROM编程的.HEX文件。完成以上步骤我们就完成了源程序代码生成.HEX文件的任务。6.3proteus仿真同样前面已经介绍了ProteusISIS软件的使用方法，这里不再多说。现在要做的是将系统电路图绘制在ProteusISIS编辑窗口中，添加完成相应的设置并添加由Keil软件生成的.HEX文件。主要介绍Proteus仿真软件的设置。在ProteusISIS编辑窗口中，单击鼠标右键将AT89C52单片机选中并单击鼠标左键，弹出“EditComponent”对话框，如下图7-2所示。在此对话框的“ClockFrequency”栏中设置单片机的晶振频率为11.0592MHz，在“ProgramFile”栏中单击图标，选择先前用KeiluVision2生成的“lijian.HEX”文件。在ProteusISIS菜单栏中单击保存图标，保存设计，生成“lijian.DSN”文件。图6.2“EditComponent”对话框在ProteusISIS编辑窗口中单击，则会弹出虚拟终端virtualterminal显示框，它的作用主要是显示PC通过串口发送的信息。下面我们再把用VC编写的PC控制界面打开，首先点击打开串口，再执行相应的操作。7结束毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的单片机系统设计，各种元器件的选用，各种设备的适用标准，各种软件的使用方式，信息远距离传输，抗干扰能力强等问题，随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程项目问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图仿真等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了极大的锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。本文构建了一个完整的基于单片机的云台步进电机控制系统。分析云台控制系统的具体实际要求，提出了详细的设计方案，设计该系统主要分为单片机外围，步进电机驱动，RS485总线这三部分。在系统设计中，了解步进电机的控制原理后，我解决了电机的驱动器件；RS485总线设计中，经上网查找相关资料，提出了RS485/RS232电平转换解决方案及接口电路相关问题的解决方案。经过软件调试仿真，本系统不仅能够实现键盘按钮控制云台步进电机，而且还可以通过PC远距离控制云台步进电机，完成了本设计的最终任务，得到了预期的结果。在这次毕业设计中也遇到了许多问题，程序的编写、调试工作，经过一次一次程序的修改、一次一次的编译、一次次的尝试，不断在错误中进步，最终完成了程序的编译。经过程序代码的编写及成功仿真，我对其有了一定的了解，对其中的某些错误有了一定的反应能力。参考文献[1]于永，戴佳，常江.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2007.4,1~9[2]求是科技.单片机通信技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2005.1,13~26[3]李群芳,肖看.单片机原理、接口及应用—嵌入式系统技术基础[M].北京：清华大学出版社，2003.5,35~56[4]徐江海，张志良.单片机使用教程[M].北京：机械工业出版社，2006.12,22~36[5]侯玉宝，陈忠平，李成群.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2008.9,11~20[6]康晓明.电机与拖动[M].北京：国防工业出版社，2005.8,54~70[7]刘锦波，张承慧等.电机与拖动[M].北京：清华大学出版社，2006.9,13[8]戴佳.单片机C51语言应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2006.7,36~55,2~36[9]王英杰,林怡青,彭美春,聂一彪.基于VC++6.0的PC机和单片机串口通信[J].电脑应用技术，2006年第67期,13[10]邱育桥[M].基于MSCom