小型遙控轉臺系統設計

摘要：設計了一種能無線遙控的小型攝像頭驅動控制轉臺系統，通過對無線遙控器上簡單按鍵的操作既可使遠處攝像頭瞄準不同角度的目標，又同時進行實時取景。文中詳細闡述了系統的組成原理和軟硬件設計，經過實際驗證該系統具有可擴展性好、成本低廉、性能穩定的特點。
關鍵詞：無線遙控；直流減速電機；PWM

在云臺或攝像頭等微型轉臺的民用或商用系統中，需要根據被監控目標的方向對轉臺作出快速旋轉等操作，并要求其響應速度快并且穩定。因此系統設計應用了Silicon公司的C8051F020單片機為控制核心，集成功率芯片驅動直流減速電機推動小型轉臺，使具有遠端遙控操作簡易，體積小，成本低，可靠性高等優點，是一款高集成度，小型的伺服系統。

1 系統組成及原理
整個系統南兩部分組成：云臺驅動執行機構和操作控制器，分別如圖1和圖2所示。為了設計和調試統一、簡單，兩部分都采用了C8051系列單片機為控制核心，轉臺速度采用旋鈕變位器控制，通過模擬量采集獲取轉臺旋轉方向和速度信號。轉臺驅動執行機構采用直流減速電機，通過12 V電池供電，其他控制電路可由12 V變換為需要的5 V或3．3 V電壓信號。電機選用額定電壓為12 V的MAXON直流有刷電機，自帶減速機構，并且尾部同軸安裝了精密多圈變位器，用于反饋轉動位置信號。電機功率驅動芯片應用了美國國家半導體公司(NS)推出的專用于直流電動機驅動的H橋器件LMD18200。它廣泛應用于打印機、機器人和各種自動化控制領域。

無線遙控裝置用nRF403芯片作為核心收發器件，利用nRF403芯片和C8051F120單片機的簡單接口完成無線收發功能。nRF403是一個單片RF收發芯片，具有FSK調制和解調能力，抗干擾能力強，適合工業控制。其主要性能指標為：
(1)靈敏度高達-105 dBm；
(2)最大發射功率達+10 dBm；
(3)工作頻率范圍：433～315 MHz；
(4)電源電壓：2．7～3．6 V；
(5)最大數據速率：20 kb／s；
(6)頻偏：±15 kHz。
其特性完全能滿足本系統遙控要求。

2 云臺驅動執行機構設計
2．1 硬件電路設計
整個電路分為控制電路、驅動電路和無線接收三個功能部分。以C8051系列單片機為控制核心，而電機驅動部分采用LMD18200，它可以與單片機、直流電機和多圈變位器構成一個完整的運動控制系統。整個驅動執行機構由12V電池供電，經隔離電源轉換成5 V和3．3 V電源，為單片機和無線收發電路供電。控制電路、無線接收與驅動電路的信號用光耦隔離，保證了系統的穩定性和可靠性。