視頻監(jiān)控畢設(shè)最終版

1、華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄 設(shè)計總說明IIntroductionI1 緒論11.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究背景及意義11.2 論文組織結(jié)構(gòu)以及各章節(jié)的安排12 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案12.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控電路設(shè)計12.1.1 常用的按鍵接口12.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)被控電路設(shè)計12.2.1 云臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)12.2.2 云臺的性能指標(biāo)12.3 控制系統(tǒng)實現(xiàn)13 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計13.1 AT89C51單片機簡介13.1.1 AT89C5113.1.2 AT89C51各引腳功能13.1.3 AT89C51串口通信13.1.4 AT89C51中斷系統(tǒng)13.2 單片機系統(tǒng)13.2.1 電源

2、模塊電路13.2.2 復(fù)位電路13.2.3 振蕩電路13.3 看門狗電路設(shè)計13.4 通信電路設(shè)計13.4.1 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)13.4.2 RS-485終端單片機接口電路13.5 鍵盤13.5.1 按鍵結(jié)構(gòu)及其電壓13.5.2 鍵盤電路形式13.5.3 按鍵編碼13.6 電機驅(qū)動電路13.7 Proteus軟件14 總結(jié)1參考文獻(xiàn)1附錄A視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控電路原理圖1附錄B視頻監(jiān)控系統(tǒng)被控電路原理圖1致謝1視頻監(jiān)視站主控電路的設(shè)計設(shè)計總說明本課題的目的是對視頻監(jiān)視系統(tǒng)的實現(xiàn)方法進行研究。由于人們的生活需求,視頻監(jiān)視技術(shù)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于人們的日常生活當(dāng)中，如工廠、學(xué)校、銀行、小區(qū)、交通等場

3、所。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在維護公共安全和社會穩(wěn)定、保障人民群眾生命財產(chǎn)安全、預(yù)防打擊各類違法犯罪行為以及提高城市應(yīng)急能力方面扮演著重要的角色。本文主要是對單片機的研究，應(yīng)用集合電子電路知識以及通信原理，設(shè)計出一種基于單片機的視頻監(jiān)視系統(tǒng)，并且用繪圖軟件proteus繪制出視頻監(jiān)視系統(tǒng)的電路原理圖。本論文的設(shè)計主要有以下幾個方面：首先，在設(shè)計的過程中對視頻監(jiān)視系統(tǒng)研究背景與意義進行了解，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成進行了解。通過自己認(rèn)真查閱大量資料后把視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為主控站與被控站兩個部分，并掌握其基本構(gòu)成和基本原理，選擇一個合適的單片機，學(xué)習(xí)單片機系統(tǒng)，單片機的結(jié)構(gòu)、管腳，掌握其工作原理，為下一步設(shè)計奠定了基

4、礎(chǔ)。其次，在掌握單片機系統(tǒng)后，大量查閱資料，確定使用ATMEL公司的AT89C51單片機作為設(shè)計對象，圍繞著單片機AT89C51進行學(xué)習(xí)，對單片機系統(tǒng)進行設(shè)計。單片機最小系統(tǒng)主要由電源供電電路、復(fù)位電路和振蕩電路構(gòu)成。為了單片機可以穩(wěn)定正常的工作，設(shè)計一個穩(wěn)定的電源尤為重要。一般只要為單片機提供一個穩(wěn)定的+5V的電源就可以了，但是考慮到視頻監(jiān)控系統(tǒng)要工作在220V生活用電的環(huán)境下，所以電源電路的設(shè)計時要經(jīng)過降壓，穩(wěn)壓等過程才可以正常使用。復(fù)位電路和振蕩電路是單片機的基本電路。為了防止單片機程序因外部干擾，進入死循環(huán)狀態(tài)，從而設(shè)計一個看門狗電路。程序運行出現(xiàn)問題或硬件出現(xiàn)故障時而無法按時“喂狗”

5、時，看門狗電路將迫使系統(tǒng)自動復(fù)位而重新運行程序，防止程序跑飛或死鎖。第三，在完成了單片機的基本設(shè)計的基礎(chǔ)上，就可以設(shè)計視頻監(jiān)控系統(tǒng)的其他部分電路了。視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為主控站與被控站，主控站發(fā)出的命令通過通信模塊傳送到被控站，選擇一個合適的通信協(xié)議來滿足其通信要求。考慮到視頻監(jiān)控系統(tǒng)在日常的應(yīng)用中，一般主控站與被控站之間的通信距離并不遠(yuǎn)，無需進行無線的遠(yuǎn)距離通信，所以選擇一個有線的通信協(xié)議就可以了。本次設(shè)計選取了RS-485通信協(xié)議。在詳細(xì)學(xué)習(xí)了485通信之后選擇了75176這塊通信芯片。在實際應(yīng)用中可能會有一些問題出現(xiàn)。由于現(xiàn)場情況十分復(fù)雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采

6、用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當(dāng)共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于-7V時，接收器就再也無法正常工作了，嚴(yán)重時甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。所以要通過隔離器將單片機系統(tǒng)和RS-485收發(fā)器隔離;通過光耦將信號隔離，以徹底消除共模電壓的影響。第四，完成以上設(shè)計后，就要設(shè)計視頻監(jiān)視系統(tǒng)的主控站與被控站各自的電路部分了。主控站，主要是鍵盤設(shè)計部分，鍵盤分為直接輸入鍵盤和矩陣鍵盤，由于直接輸入鍵盤占用的I/O口較多，造成單片機端口的浪費，為了空出端口去接其他的設(shè)備，本次設(shè)計選用了4乘4矩陣式鍵盤。并且4乘4矩陣式鍵盤按鍵較多，可以滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控站對

7、被控站的切換選擇，以及對被控云臺的運動操作要求。在被控站部分主要是云臺，云臺有兩個進步電機構(gòu)成，一個步進電機水平放置，來完成“左右”動作命令，一個步進電機垂直放置，來完成“上下”動作命令，可以進行云臺的基本動作。這樣整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的電路部分就設(shè)計完成了。最后，學(xué)習(xí)proteus專業(yè)制圖工具，在掌握proteus制圖軟件后，用proteus軟件畫出視頻監(jiān)視的電路原理圖。關(guān)鍵詞：單片機；RS-458；云臺；矩陣鍵盤The Design of Video surveillance station master control circuit Introduction The purpose of

8、this project is talk about the implementation of video surveillance systems. Because of the demand of peoples lives, video surveillance technology is developing rapidly, widely used in people's daily lives, such as factories, schools, banks, residential, transportation and other places. Video mo

9、nitoring system plays an important role in the maintenance of public security and social stability, safeguard people's lives and property safety, prevention combat all kinds of criminal acts and to improve emergency response capabilities city. This article is the study of single-chip. People use

10、 knowledge of a collection of electronic circuit and communication theory to design microcontroller-based video surveillance systems, and draw the circuit principle diagram of video surveillance system by proteus. This thesis is designed mainly in the following aspects:First, understand the research

11、 background, significance and composition of the video monitoring system during the design.After reading a lot of books, I devide video surveillance systems into main control station and controlled station, then I master basic construction basic theories. Next, I will choose a single-chip to learn a

12、bout single-chips system, construction, pin and working theory.Secondly, after mastering single-chips system theories, I choose ATMEL Corporations AT89C51 microcontroller as design object. I learn about AT89C51 microcontroller and design the microcontroller system. The smallest single-chip system ma

13、inly consists of power supply circuit, reset circuit and oscillator circuit composition. In order to stabilize the normal work microcontroller, design a stable power supply is particularly important. Generally speaking as long as the device provides a stable 5V power supply can be ok, but the video

14、surveillance system is to operate in 220V power consumption of the environment, so the design of the power supply circuit to be properly be used through the step-down, voltage regulators and other processes. Reset circuit and oscillator circuit is a basic circuit chip. To prevent the microcontroller

15、 program enter an infinite loop condition, I design a watchdog circuit. When program is running problem or hardware failure and unable to feed the dog in time, the watchdog circuit will force the system to automatically reset and re-run the program to prevent runaway or deadlock.Third, after the com

16、pletion of the single-chip basic design, you can design the rest of the video surveillance system circuitry. Video surveillance system is divided into the master station and controlled station. The master station sends an order to the controlled station, and select a suitable communication protocol

17、to meet their communication requirements. Its not far away between master station and controlled station in everyday applications, so its unnecessary to use long-distance wireless communication, and choose a wired communication protocols is all right. The design selected for RS-485 communication pro

18、tocol. After the study of RS-485 communication protocol, I choose the 75176 communications chips. In practice, there may be some problems. Location condition is very complex, and each node exists between high common-mode voltages. Although the RS-485 interface uses a differential transmission mode w

19、ith a certain resistance to common mode interference, the common-m ode voltage exceeds the RS-485 receiver receives the voltage limit that is greater than 12V or less than-7V, the receiver will no longer work properly, even burn chips and equipment. So to the microcontroller through the isolator sys

20、tem and RS-485 transceiver isolation; the signal through the optocoupler isolation to eliminate common mode voltage.Fourth, after the above design, we should design the video surveillance system of master station and controlled station. Master station, the main part is the keyboard design. Keyboard

21、input include the keyboard and matrix keyboard. Because the direct entry keypad occupied I / O ports more, resulting in a waste of microcontroller port. In order to empty out port to pick up other devices, the second design uses a 4 x 4 matrix keyboard. And the 4 x 4 matrix keyboard keys is enough,

22、so video surveillance system to meet the controlled station master station switching options, as well as the head of the movement accused of operating requirements. Controlled station, the main part is the PTZ. PTZ has two stepper motors. One is laid horizontally to To complete the “l(fā)eft and right”

23、action command, the other is laid vertically to complete the “ up and down” action. So the whole circuit part of the video monitoring system is completed. Finally, I will learn proteus professional drafting tools, after mastering proteus mapping software, I will use it to draw video monitoring of th

24、e circuit principle diagram.Key words: Single chip microcomputer; The RS - 458; yuntai; Matrix keyboard IV 1 緒論1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究背景及意義視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。在九十年代初以前，主要是以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，稱為第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng)。九十年代中期，隨著計算機處理能力的提高和視頻技術(shù)的發(fā)展，人們利用計算機的高速數(shù)據(jù)處理能力進行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實現(xiàn)圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質(zhì)量，這種基于PC機的多媒體主控臺系統(tǒng)稱為第二代數(shù)字

25、化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)。九十年代末，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬、計算機處理能力和存儲容量的快速提高，以及各種實用視頻處理技術(shù)的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控步入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時代，稱為第三代遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖像分析為特色，引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命，受到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和使用部門的高度重視。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控制技術(shù)也得到飛速發(fā)展。由于視頻控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，而且發(fā)展迅速，目前在國內(nèi)外市場上，推出了數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類產(chǎn)品。前者技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，并在實際工

26、程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，特別是在大、中型視頻監(jiān)控工程中的應(yīng)用尤為廣泛；后者是新近崛起的以計算機技術(shù)及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進一步完善和發(fā)展。從以前的模擬監(jiān)控到現(xiàn)在的數(shù)字監(jiān)控;從落后的現(xiàn)場監(jiān)控到先進的遠(yuǎn)程監(jiān)控;從有人值守監(jiān)控到現(xiàn)在的無人值守監(jiān)控，視頻監(jiān)控正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)?；较蚺畈l(fā)展。當(dāng)然，目前仍存在著不少需要進一步探討的問題。相對于其他通信業(yè)務(wù)，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)顯得比較年輕，視頻監(jiān)控市場目前也尚未出現(xiàn)能夠控制整個市場的領(lǐng)導(dǎo)者。對于各通信設(shè)備廠商以及電信運營商而言，視頻監(jiān)控將會是很好的發(fā)展機會。1.2 論文組織結(jié)構(gòu)以及各章節(jié)的安排

27、本課題是對視頻監(jiān)視站主控電路的設(shè)計，著重于對視頻監(jiān)視站主控電路中的各電路模塊進行研究。本文的正文分為四章：第一章：介紹了本課題研究背景與意義。第二章：提出了視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控電路和被控電路的總體設(shè)計方案，并詳細(xì)介紹了云臺。第三章：詳細(xì)介紹了AT89C51單片機以及設(shè)計出視頻監(jiān)控系統(tǒng)中主控電路和被控電路的各個電路模塊。第四章：對論文進行總結(jié)。2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案視頻監(jiān)視系統(tǒng)是由攝像、傳輸、控制、顯示、記錄五大部分組成。攝像機通過同軸視頻電纜將視頻圖像傳輸?shù)娇刂浦鳈C，控制主機再將視頻信號分配到各監(jiān)視器及錄像設(shè)備，同時可將需要傳輸?shù)恼Z音信號同步錄入到錄像機內(nèi)。 通過控制主機，操作人員可發(fā)出指令

28、，對云臺的上、下、左、右的動作進行控制及對鏡頭進行調(diào)焦變倍的操作，并可通過控制主機實現(xiàn)在多路攝像機及云臺之間的切換。利用特殊的錄像處理模式，可對圖像進行錄入、回放、處理等操作，使錄像效果達(dá)到最佳。本次設(shè)計是以單片機為控制器，設(shè)計出一種以單片機為核心的視頻監(jiān)視系統(tǒng)，利用視頻監(jiān)視站主控站控制被控站，完成對被控云臺基本的控制功能，使云臺按期望的方式運行。2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控電路設(shè)計 視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控部分是整個視頻監(jiān)視系統(tǒng)的核心，操作人員可以通過主控站對鍵盤的操作向被控站的云臺發(fā)出指令，對云臺的上、下、左、右的動作進行控制及對鏡頭進行調(diào)焦變倍的操作，并可通過控制主機實現(xiàn)在多路攝像機及云臺之間的切換

29、。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控部分主要由電源系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)、控制鍵盤、通信部分、光耦隔離部分組成。鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)的主要手段。經(jīng)過通信部分，將鍵盤輸入的命令準(zhǔn)確無誤的傳送至被控站，實現(xiàn)對被控云臺的控制。視頻監(jiān)視站主控電路流程如圖2.1所示。單片機電源光耦隔離RS485 鍵盤圖 2.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)主控電路系統(tǒng)框圖在單片機應(yīng)用中,人機交互對話最通用的方法就是通過鍵盤進行的，操作者通過鍵盤向視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息用以控制云臺，以查看自己想要的數(shù)據(jù)。因此鍵盤模塊設(shè)計的好壞,直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。2.1.1 常用的按鍵接口常用的按鍵接

30、口一般分為“獨立式按鍵接口設(shè)計”、“專用芯片式設(shè)計”和“矩陣式接口設(shè)計”幾種。具體采用哪種方式,應(yīng)該根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的實際情況而定。下面分別介紹不同接口方式的優(yōu)缺點及適用場合。(1) 獨立式按鍵接口設(shè)計獨立式按鍵接口設(shè)計優(yōu)點是電路配置靈活,軟件實現(xiàn)簡單,但缺點也很明顯,每個按鍵需要占用一根口線,若按鍵數(shù)量較多,資源浪費將比較嚴(yán)重,電路結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。因此本方法主要用于按鍵較少或?qū)Σ僮魉俣纫筝^高的場合。軟件實現(xiàn)時,可以采用中斷方式,也可以采用查詢方式。(2) 專用芯片式設(shè)計專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善,芯片本身能完成對按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問題的處理,甚至象8279還集成了顯示接口功

31、能。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)點很明顯,可靠性高,接口簡單,使用方便,適合處理按鍵較多的情況。但在很多應(yīng)用場合,考慮成本因素,可能并不是最佳選擇。(3) 矩陣式接口設(shè)計矩陣式按鍵設(shè)計適應(yīng)于按鍵數(shù)量較多,又不想使用專用鍵盤芯片的場合。這種方式的按鍵接口由行線和列線組成,按鍵位于行、列的交叉點上。這種方式的優(yōu)點就是相對于獨立接口方式可以節(jié)省很多I/O資源,相對于專用芯片式可以節(jié)省成本,且更為靈活。缺點就是需要用軟件處理消抖、重鍵等問題。2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)被控電路設(shè)計視頻監(jiān)控系統(tǒng)被控電路的主要功能是執(zhí)行主控電路發(fā)出的命令，控制被控云臺完成上、下、左、右的動作，及對鏡頭進行調(diào)焦變倍的操作。視頻監(jiān)控系統(tǒng)被控

32、站同樣由單片機系統(tǒng)、通信部分和光耦隔離部分構(gòu)成。與主控站不同的是，被控站要有一個被控云臺。根據(jù)云臺的結(jié)構(gòu)和工作特點，其執(zhí)行機構(gòu)是由兩個步進電機構(gòu)成。其中一個垂直方式放置，另一個水平方式放置，分別來完成云臺上下和左右的命令，以實現(xiàn)云臺的基本功能。視頻監(jiān)視站被控電路流程如圖2.2所示。電源光耦隔離單片機RS485 通信步進電機驅(qū)動 ULN2003A步進電機圖2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)被控電路系統(tǒng)框圖云臺是一種安裝攝像機支撐物上的工作平臺，用于攝像機與支撐物之間的連接，它分為固定云臺和電動云臺兩種。 固定云臺適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺上安裝好攝像機后可調(diào)整攝像機的水平和俯仰的角度，達(dá)到最好的工作

33、姿態(tài)后只要鎖定調(diào)整機構(gòu)就可以了。 電動云臺適用于對大范圍進行掃描監(jiān)視，它可以擴大攝像機的監(jiān)視范圍。電動云臺高速姿態(tài)是由兩臺執(zhí)行電動機來實現(xiàn)，電動機接受來自控制器的信號精確地運行定位。在控制信號的作用下，云臺上的攝像機既可自動掃描監(jiān)視區(qū)域，也可在監(jiān)控中心值班人員的操縱下跟蹤監(jiān)視對象。2.2.1 云臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)全方位云臺內(nèi)部有兩個電機，分別負(fù)責(zé)云臺的上下和左右各方向的轉(zhuǎn)動。其工作電壓的不同業(yè)決定了該云臺的整體工作電壓，一般有交流24V、交流220V、及直流24V。當(dāng)接到上下動作電壓時，垂直電機轉(zhuǎn)動，接到左右動作電壓時，水平電機轉(zhuǎn)動。需要說明的是云臺都有水平、垂直的限位拴，云臺分別由兩個微動開關(guān)實現(xiàn)

34、限位功能。當(dāng)轉(zhuǎn)動角度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限位時，微動開關(guān)動作切斷電源，云臺停止轉(zhuǎn)動。限位裝置可以位于云臺外部，調(diào)整過程簡單，也可以位于云臺內(nèi)部，通過外設(shè)的調(diào)整機構(gòu)進行調(diào)整，調(diào)整過程相對復(fù)雜。但外置限位裝置的云臺密封性不如內(nèi)置限位裝置的云臺。室外云臺與室內(nèi)云臺大體一致，只是由于室外防護罩重量較大，使云臺的載重能力必須加大。同時，室外環(huán)境的冷熱變化大，易遭到雨水或潮濕的侵蝕。因此室外云臺一般都沒有設(shè)計成密封防雨型。另外室外云臺還具有高轉(zhuǎn)矩和扼流保護電路以防止云臺凍結(jié)時強行啟動而燒毀電機。在低溫的惡劣條件下還可以在云臺內(nèi)部加裝溫控型加熱器。2.2.2 云臺的性能指標(biāo)（一） 云臺的轉(zhuǎn)動速度云臺的轉(zhuǎn)動速度衡量

35、云臺檔次高低的重要指標(biāo)。云臺水平和垂直方向是由兩個步進電機驅(qū)動的，因此云臺的轉(zhuǎn)動速度也分為水平轉(zhuǎn)速和垂直轉(zhuǎn)速。由于載重的原因，垂直電機在啟動和運行保持時的扭矩大于水平方向的扭矩，在加上實際監(jiān)控時對水平轉(zhuǎn)速的要求要高于垂直轉(zhuǎn)速，因此一般來說云臺的垂直轉(zhuǎn)速要低于水平轉(zhuǎn)速。直流型云臺大都采用的是直流步進電機，具有轉(zhuǎn)速高、可變速的優(yōu)點，十分適合需要快速捕捉目標(biāo)的場合。直流型云臺都具有變速功能，提供的電壓是直流0至36V之間的變化電壓。變速的效果由控制系統(tǒng)和解碼器的性能決定，以使云臺電機根據(jù)輸入的電壓大小做相應(yīng)速度的轉(zhuǎn)動。（二） 云臺的轉(zhuǎn)動角度云臺的轉(zhuǎn)動角度尤其是垂直轉(zhuǎn)動角度與負(fù)載（防護罩/攝像機/鏡頭

36、總成）安裝方式有很大關(guān)系。云臺的水平轉(zhuǎn)動角度一般都能達(dá)到355°，因為限位拴會占用一定的角度，但是出現(xiàn)少許的監(jiān)控死角。當(dāng)前的云臺都改進了限位裝置使其可以達(dá)到360°甚至365°（有5°的覆蓋角度），以消除監(jiān)控死角。使用時可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行限位設(shè)置。例如安裝在墻壁上的壁裝式，即使云臺具有365°的轉(zhuǎn)動角度，實際上只需要監(jiān)視云臺正面的180°角度，即使轉(zhuǎn)動到后面的180°也只能看到墻壁，沒有實際監(jiān)控意義，因此壁裝式只需要監(jiān)視水平的180°的范圍即可，角裝式只需監(jiān)視270°即可。這樣避免云臺過多地轉(zhuǎn)動到

37、無需監(jiān)控的位置，也提供了云臺的使用效率。頂裝式云臺的垂直轉(zhuǎn)動角度一般為+30°至-90°，側(cè)裝的垂直轉(zhuǎn)動角度可以達(dá)到±180°，不過正常使用垂直轉(zhuǎn)動角度再+20°至-90°即可。（三） 云臺的載重量云臺的最大負(fù)載是指垂直方向承受的最大負(fù)載能力。攝像機的重心（包括防護罩）到云臺工作面距離為50mm，該重心必須通過云臺回轉(zhuǎn)中心，并且與云臺工作面垂直，這個中心即為云臺的最大負(fù)載點，云臺的承載能力是以此點作為設(shè)計計算的基準(zhǔn)。如果負(fù)載位置安裝不當(dāng)，重心偏離回轉(zhuǎn)中心，增大了負(fù)載力矩，實際的載重量將小于最大負(fù)載量的設(shè)計值。因此云臺垂直轉(zhuǎn)動角度越大，

38、重心偏離也越大，相應(yīng)的承載重量就越小。云臺的載重量是選用云臺的關(guān)鍵，如果云臺載重量小于實際負(fù)載重量不僅會使操作功能下降，而且云臺電機、齒輪也會因為長時間超負(fù)荷而損壞。云臺的實際載重量可以從3Kg到50Kg不等，同一系列的云臺產(chǎn)品，側(cè)裝時的承載能力要大于頂撞，高速型的承載能力要小于普通型。（四） 云臺使用環(huán)境指標(biāo)室內(nèi)使用的云臺的要求不高，云臺的使用環(huán)境的各項指標(biāo)主要針對室外使用的云臺。其中包括使用環(huán)境溫度限制、濕度限制、防塵防水的IP防護等級。一般室外環(huán)境使用的云臺溫度范圍為-20至+60，如果使用在更低溫度環(huán)境下，可以在云臺內(nèi)部加裝溫控型加熱器。濕度指標(biāo)一般為95%不凝結(jié)。防塵防水的IP等級應(yīng)

39、達(dá)到IP66以上。IP 防護等級的高低反映了設(shè)備的密封程度，主要指防塵和液體的侵入。另外在實際使用中應(yīng)根據(jù)環(huán)境選擇使用相適合的材料和防護層，如鐵質(zhì)外殼不適合使用在潮濕和具有腐蝕性的環(huán)境中。2.3 控制系統(tǒng)實現(xiàn)根據(jù)云臺的結(jié)構(gòu)和工作特點，其執(zhí)行機構(gòu)是步進電機，同時系統(tǒng)與上位機需要進行信息交換，本設(shè)計選用單片機系統(tǒng)來進行實現(xiàn)。由于單片機的種類很多，在選擇單片機是要依據(jù)實際設(shè)計要求選擇合適的單片機，在本系統(tǒng)設(shè)計中，選用了ATMEL公司生成的AT89C51型號單片機。云臺運行有自動運行和手動運行模式，所以該系統(tǒng)由單片機控制模塊、鍵盤模塊、電機驅(qū)動模塊、遠(yuǎn)程控制模塊等構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)具體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.

40、3所示。此系統(tǒng)的硬件由AT89C51單片機、鍵盤、光耦隔離、ULN2003A、步進電機組成。整體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。本系統(tǒng)的總體設(shè)計思路：鍵盤或PC輸入信息，單片機接收后對輸入信息進行處理，然后發(fā)出控制信號送ULN2003A, ULN2003A驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)。單片機控制模塊是本設(shè)計的核心。它的工作包括處理鍵盤輸入、響應(yīng)串口中斷、控制電機運行等。鍵盤模塊完成的是控制信息的輸入功能，在本系統(tǒng)中采用矩陣鍵盤。電機驅(qū)動模塊是本系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，用于控制監(jiān)控攝像機的運動。本系統(tǒng)中對云臺電機的轉(zhuǎn)速沒有要求，所以在本系統(tǒng)中沒有啟用步進電機專用的驅(qū)動器，這樣不僅可以節(jié)約成本，而且可以減少工作量。單片機產(chǎn)生步進

41、電機工作所需脈沖信號，脈沖信號通過一級功率放大電路后再送給步進電機，這樣實現(xiàn)電機的控制。遠(yuǎn)程控制模塊是為了能夠?qū)崿F(xiàn)在微機操作室就能控制現(xiàn)場單片機，以控制步進電機。它是通過RS485總線實現(xiàn)的，信息從串口發(fā)出，通過RS485總線將信息傳送到現(xiàn)場的單片機，單片機通過處理得到控制指令，發(fā)出控制信息控制步進電機運行。 電源電源光耦隔離單片機RS485通信光耦隔離單片機鍵盤步進電機步進電機驅(qū)動 ULN2003A 圖2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體系統(tǒng)框圖第 8 頁 共 40 頁3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 AT89C51單片機簡介單片機是將中央處理器，隨機存儲器，只讀存儲器，定時器芯片和I/O接口電路集成

42、于一個芯片上的微控制器。ATMEL公司的89C51單片機，是增強型RISC內(nèi)載Flash的單片機，在芯片上的Flash存儲器附在用戶的產(chǎn)品中，可隨時編程，在線編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計容易，更新?lián)Q代方便。89C51單片機采用增強的RISC結(jié)構(gòu)，使其具有高速處理能力，在一個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令，每MHz可實現(xiàn)1MIPS的處理能力。89C51單片機工作電壓為2.76.0V，可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化。89C51的單片機廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備，工業(yè)實時控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器，宇航設(shè)備等各個領(lǐng)域。3.1.1 AT89C51AT89C51是一個低電壓、高性能COMS 8位單片機，片內(nèi)含8K by

43、tes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器（ROM）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C51單片機可為你提供許多復(fù)雜較系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89C51有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反

44、復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C51有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。圖3.1.1所示為DIP封裝引腳圖。3.1.1 AT89C51 DIP封裝引腳圖3.1.2 AT89C51各引腳功能AT89C51為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc51 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19

45、腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接11.0592MHz 晶振。RST（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義。 VCC(40腳):接+5V電壓。 GND（20腳）：接信號地。 RST(9腳): 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 ALE/（30腳）：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸

46、出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 （29腳）：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 /VPP（31腳）：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。 XTAL1（19腳）：接外部晶振的一個引腳，且為輸入端。 XTAL2（18腳）：接外部晶振的另一個引腳，該引腳接地。 P0口（3932腳）:雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線低8位及

47、數(shù)據(jù)總線復(fù)用。P0可以驅(qū)動8個LS TTL負(fù)載。 P1口（18腳）：具有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，該接口輸出不包含高阻態(tài)，輸出不能鎖存?？梢则?qū)動4個LS TTL負(fù)載。 P2口（2128腳）：具有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，作為高8位地址總線?？梢则?qū)動4個LS TTL負(fù)載。 P3口（1017腳）：具有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口的8個引腳還用于專門的功能復(fù)用雙功能口。它可以驅(qū)動4個LS TTL負(fù)載。它作為第二功能使用時，其各個引腳的功能如下： P3.0(10腳)RXD:串行口接收端 P3.1(11腳)TXD：串行口發(fā)送端 P3.2(12腳)：外部中斷

48、0 P3.3(13腳)：外部中斷1 P3.4(14腳)T0：定時/計數(shù)器0 P3.6(16腳) ：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號P3.7(17腳) ：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號特殊功能寄存器： （1） 單片機內(nèi)含有兩個16位定時/計數(shù)器T0、T1。它們各自由兩個獨立的8位寄存器組成，分別為TH0、TL0、TH1、TL1,。（2） TMOD用于控制定時/計數(shù)器的工作方式及4種工作模式，其中低4位為定時器T0的方式控制字，高4位為定時器T1的方式控制字。它的字節(jié)地址為89H。其各位的定義如表一：表一表格的格式不對上次已經(jīng)提示過來，下面不再提示GATEC/TM1M0GATEC/TM1MO GATE是選通門，

49、當(dāng)GATE=1時，只有INT0或INT1引腳為高電平且TR0或TR1置1時，相應(yīng)的定時/計數(shù)器才被選通工作。C/T是計數(shù)器/定時器方式選擇位。MO和M1是操作模式選擇位。 1；TCON寄存器的高四位為定時/計數(shù)器T0、T1的控制寄存器和定時/計數(shù)溢出中斷標(biāo)志。 2；IE寄存器用于開放或屏蔽單片機各個中斷。 3；SCON寄存器用于設(shè)置串口的工作方式和查詢接收、發(fā)送中斷產(chǎn)生標(biāo)志。4；SBUF不要寫1234；可以寫一二三四，另外用頓號，不要用分號串行數(shù)據(jù)緩沖器用于存放串口中預(yù)發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)，它由兩個獨立的寄存器構(gòu)成，一個發(fā)送緩沖器，一個接收緩沖器，他們公用一個地址。當(dāng)從SBUF取數(shù)據(jù)時，訪問接收緩

50、沖器，當(dāng)寫數(shù)據(jù)時，訪問發(fā)送緩沖器。【4】3.1.3 AT89C51串口通信單片機系統(tǒng)設(shè)計中，經(jīng)常需要使用串口與外部進行通信，因此，串口通信部分是單片機功能模塊中極為重要的一部分。串口通信時通過串口來進行的，串口不同于并口，它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。與并口相比，雖然速度慢，但是傳送距離較并口會更長，因此常用于需要常距離通信而對速度又要求不高的場合。異步通信以幀的形式發(fā)送字符數(shù)據(jù)，每一幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位構(gòu)成。異步通信中，每傳輸一個字節(jié)就要使用起始位和停止位，因此傳輸速度有限，常用于低速場合。同步通信使用數(shù)據(jù)塊傳送信息，而不是字節(jié)，省去了每個字節(jié)的起始位和

51、停止位等數(shù)據(jù)，提高了通信的速率。同步通信的每個數(shù)據(jù)塊的開始使用同步字符，使接受和發(fā)送同步。與異步通信相比，同步通信發(fā)送的數(shù)據(jù)量大、速度快，常用于傳輸速率要求較高的場合。AT89C51內(nèi)部的串口是一個標(biāo)準(zhǔn)的全雙工串口，支持四種工作方式。波特率是可變的，可由軟件設(shè)置。對89C51串口的訪問和設(shè)置是通過訪問其相關(guān)的特殊寄存器進行的，與89C51串口相關(guān)的特殊寄存器共有3個：SCON、PCON和SBUF。串口控制寄存器SCON串口控制寄存器SCON只要用于設(shè)置串口的工作模式和串口中斷的查詢。其格式如表二：表二D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI SM0、SM1：

52、用于設(shè)置串口的工作方式。SM2：串口多機通信控制位。 REN：允許串行接收控制。將其置為1時允許接收。 TB8： 用于設(shè)置串口工作方式2和方式3情況下要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，有軟件置位或復(fù)位。 RB8： 用于保存串口工作方式2和方式3情況下要接收到的第9位數(shù)據(jù)。 TI： 串口中斷發(fā)送標(biāo)志。當(dāng)串口數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時置位TI，同時向CPU發(fā)送串口中斷請求。 RI： 串口中斷接收標(biāo)志。當(dāng)串口數(shù)據(jù)接收到一個數(shù)據(jù)時置位TI，同時向CPU發(fā)送串口中斷請求。 特殊功能寄存器PCON 特殊功能寄存器PCON僅有最高位與串口有關(guān)，SMOD，波特率選擇位，SMOD的設(shè)置可以影響波特率設(shè)置的精度。 發(fā)送/接收緩沖器SBUF

53、串口中的發(fā)送/接收緩沖器SBUF實際上共有兩個，分別為發(fā)送緩沖器和接收緩沖器，他們在物理上是完全獨立的，因此可以同時進行發(fā)送和接收。兩個緩沖器公用一個內(nèi)存地址99H。3.1.4 AT89C51中斷系統(tǒng)程序在執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件中斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向出來外部或內(nèi)部事件的中斷服務(wù)中去，完成中斷服務(wù)程序后，CPU繼續(xù)與原來被中斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。能產(chǎn)生中斷的外部或內(nèi)部事件叫中斷源。1.中斷源 80C51有6個中斷源，它們是： INT0:外部中斷0.當(dāng)IT0(TCON.0)=0時，低電平有效； IT0(TCON.0)=1時，下降沿有效。 INT1:外部中斷1.當(dāng)IT1

54、(TCON.2)=0時，低電平有效； IT1(TCON.2)=1時，下降沿有效。 TF0:定時/計數(shù)器T0益處中斷。 TF1:定時/計數(shù)器T1益處中斷。 TF3:定時/計數(shù)器T2益處中斷。RX,TX:串行中斷。 2.中斷相關(guān)寄存器IE和IP51單片機有兩種中斷優(yōu)先級，其中每一個中斷源的優(yōu)先級都可以有程序設(shè)定。中斷源的中斷要求能否得到響應(yīng)，受允許中斷寄存器IE中各位的控制。它們的優(yōu)先級由中斷優(yōu)先級寄存器IP的各位確定，同一優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時要求中斷時，以內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應(yīng)次序。允許中斷寄存器IE的各位定義如表三所示。表三 MSB LSB EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX

55、0 EA 是總中斷允位。EA=0時，禁止所有中斷；EA=1時，則每個中 斷源被允許還是被禁止，由各自的允許位確定； ET2：是定時器2中斷允許位。ET2=0,禁止定時器2中斷；ES：是串行口中斷允許位。ES=0，禁止串行口中斷；ET1：是定時器1中斷允許位； EX1：是外部中斷1允許位；ET0： 是定時器0中斷允許位；EX0： 是外部中斷0允許位。中斷優(yōu)先級寄存器IP的各位定義如表四所示。表四MSBLSB PT2PSPT1PX1PT0PX0 PT2： 是定時器2中斷優(yōu)先級設(shè)定位； PS：是串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位； PT1：是定時器1中斷優(yōu)先級設(shè)定位； PX1：是外部中斷1優(yōu)先級設(shè)定位； PT0

56、：是定時器0中斷優(yōu)先級設(shè)定位； PX0：是外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位。3.2 單片機系統(tǒng)本設(shè)計的所用的單片機系統(tǒng)其實就是單片機最小系統(tǒng)，所謂最小系統(tǒng)就是能是單片機正常工作的最少配置。本此設(shè)計的單片機系統(tǒng)由AT89C51單片機、復(fù)位電路、時鐘電路和電源電路組成，如圖3.2所示。圖3.2單片機最小系統(tǒng)電路圖3.2.1 電源模塊電路對于一個完整的電子設(shè)計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎(chǔ)。51單片機雖然使用時間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機，51單片機更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的

57、一個重要手段就是為單片機系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊，電源模塊電路如圖3.2.1所示。5V直流電輸出穩(wěn)壓7805穩(wěn)壓全橋整流220V交流3.2.1供電模塊流程圖因為單片機需要的是5V的電源，而輸入的是220V的電源，所以需要這個穩(wěn)壓電路把220V降壓到5V， 該電路輸入家用220v交流電，經(jīng)過全橋整流，穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的5v直流電。從圖上看,變壓器后面由4個二極管組成一個橋式整流電路，整流后就得到一個電壓波動很大的直流電源，所以在這里接一個220uF/25V的電解電容。  變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會有11V多一點的電壓，假如從電容兩端直接接一個負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變