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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。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 (0.5～2.5ms 的正脉冲宽度)和舵机的转角(-90°～90°)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芯片系统框图舵机开始系统流程图端口、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硬件设计与软件设计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。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。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。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