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云台综合设计 摘要舵机又称微伺服电机， 其主要组成部分为伺服电机， 包含伺服电机控制电路以及减速齿轮组。 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机， 是一种补助马达间接变速装置。 舵机转子转速受输入信号控制， 并能快速准确反应，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。 与其他电机相比， 舵机有着精度高、 性能好、 抗过载能力强、 输出功率高、 稳定性好、 及时性强、 噪声低等优点。 现代社会， 在生产与生活中， 舵机所占的比重越来越大， 只要是要有动力源，而且对精度有要求的工程一般都可能涉及到舵机， 如机床、 印刷设备、 机器人、自动化生产线等对工艺精度、 加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。 所以对舵机的学习与研究是相当有必要的。 在本设计中， 我们采用单片机来驱动舵机工作， 单片机通过改变输出的 pwm信号占空比来控制舵机的转角与转速; 舵机能够实现正转、 反转、 自动旋转等功能。关键词 STC芯片 PWM控制 舵机 一、 任务与要求本次设计是以单片机为控制器，设计一个云台控制系统，使云台按期望的方式运行。本次设计完成的任务：（1）单片机控制MG996R舵机转向相应的角度，从-90到+90（2）使用键盘输入控制云台步进电机。二、 电路的设计及设计原理电路设计：原理图：本次设计原理图直接使用示波器会比用电机更好，因为这样如果出现问题可以直接找出问题所在。设计原理：（1）舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。（2）舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围内的角度控制脉冲部分，总间隔为2ms。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的： 0.5ms-0度； 1.0ms-45度； 1.5ms-90度； 2.0ms-135度； 2.5ms-180度；如下图所示： 舵机输出转角与输入脉冲关系（3）舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。（4）具体的设计过程： 单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须完成两项任务：首先，产生基本的PWM周期信号，即产生20ms的周期信号；其次，调整脉宽，即单片机调节PWM信号的占空比。 例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为20ms-2ms=18ms，所以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在2ms后发生中断，中断发生后，在中断程序里将控制口改为低电平，并将中断时间改为18ms，再过18ms进入下一次定时中断，再将控制口改为高电平，并将定时器初值改为2ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可使伺服机灵活运动。 （5）本舵机的要求精度比较高，所以采用24M晶振。 （6）舵机控制的测试表明，舵机控制系统工作稳定，PWM占空比 (0.52.5ms 的正脉冲宽度)和舵机的转角(-9090)线性度较好。 （7）云台的转动角度 云台的转动角度尤其是垂直转动角度与负载（防护罩/摄像机/镜头总成）安装方式有很大关系。云台的水平转动角度一般都能达到355，因为限位拴会占用一定的角度，但是出现少许的监控死角。当前的云台都改进了限位装置使其可以达到360甚至365（有5的覆盖角度），以消除监控死角。STC芯片三、 系统框图舵机按键开始四、 系统流程图端口、定时器初始化按键扫描读键值是否有键按下？ 否 是 否云台向上转动是否等于1？ 否云台向下转动 是否等于2 是 云台向左转动是否等于4 否是 是否等于8 否是云台向右转动 否结束五、 硬件设计与软件设计1、 硬件系统测试硬件系统测试正常，舵机能够实现从-90度到+90度的转角2、 软件总体测试仿真中未用电机直接进行观察现象，而是用示波器观察波形，占空比、周期等，测试符合条件。六、 实验测试结果与分析舵机能够从-90度转到90度，其中舵机会转超过90度，这是舵机设计是为了消除是视角盲区。七、 改进意见 课程设计还有很多不足，这次设计就仅仅实现了舵机的转动，还没有反馈电路，除此之外，我觉得还可以增加数码管，LED灯，这样就可以更加形象的看到舵机转动情况，但是反过来说，单是实现舵机转动就发了好长时间，遇到了不少问题，这样的设计对于我来说还是有难度的。八、 实验总结本设计主要研究了舵机的结构、工作方式与控制原理，研究了通过改变PWM信号的占空比来控制舵机的运行。这次实验由我们2个人来完成，各有分工，但是由于时间、知识有限等原因，设计不可避免有部分不足。 这次设计中遇到不少问题，程序的编写、调试工作，经过一次一次的程序修改，编译，一次一次的尝试，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，我们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。在过程中当让也少不了老师悉心指导，让我在程序的调试和设计中更加顺利，这也让我留下深刻印象，谨此向老师表示衷心的感谢。九、 参考文献1 丁向荣，陈崇辉 . 单片机微机原理与接口技术. 北京：电子工业出版社 ，2015.5 2 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 3 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，2005.14 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 5 徐江海，张志良. 单片机使用教程M. 北京：机械工业出版社，2006.126 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