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基于51单片机云台控制系统电路设计

news 2026/6/28 13:12:52

2硬件系统框图

图 1系统框图

3硬件设计方案

3.1动力系统部分
方案一：数码舵机TS90A
设计舵机功率较小，不带动大负载，因此可采用TS90A（360°）数码舵机，其扭矩可达：1.8KG/cm（4.8V）；工作速度：0.1sec/60degree（4.8V）；市场价格：6-8元/个；TS90A在工作时，最大电流在300mA左右。
优点1：数码舵机TS90A采用数码传输与控制；不需要单片机输出一个固定的周期脉冲信号来控制舵机，只需要一次性发送一个数据就行；减小了对单片机硬件资源的需求，简化了程序的复杂度，使控制程序更为简便易懂，便于开发与维护。
优点2：数码舵机不需要单片机提供一个周期控制脉冲，而是使用舵机内部微控制器产生的周期控制脉冲，其脉冲频率相较于模拟舵机有着非常大的提高（往往几倍或几十倍），能大大减小舵机的死带宽，使舵机的控制精度提高，减小舵机运动中的抖动，提高舵机性能。
方案二：模拟舵机SG90
模拟舵机SG90参数与数码舵机ST90A相似。
模拟舵机的控制采用一个50Hz频率的的1.5ms-2.5ms脉宽的脉冲信号。
优点：价格便宜（相较于数码舵机便宜很多）。
缺点1：对MCU的硬件资源以及性能要求相对于数码舵机要高非常多。
缺点2：提升了编程的难度与代码的可读性，增加了系统的维护难度。
缺点3：模拟舵机相较于数码舵机存在较大的死带宽，舵机可能会出现抖动等不良情况。
3.2控制系统部分
方案1：采用内部资源
根据题目要求：系统为二自由度云台；完成的功能为用按键控制旋转与记录旋转位置。
单片机选择：采用简单通用的STC89C52RC微控制器便能完成任务（缺陷：后期不能有大的功能升级）。
存储数据：在STC89C52RC内置了4K的EEPROM（使用ISP/IAP技术完成）。
优点1：大大减小了外部资源的需求，减小成本。
优点2：相较于外部EEPROM，有更高的读写速度。
方案2：采用外部EEPROM
微控制器选择STC89C52RC。
EEPROM选择外挂24C01。
优点：升级外部资源简单；如需增加EEPROM的容量，只需更换24C01即可，例如将24C01更换为24C02。
3.3供电系统部分
STC89C52RC是低功耗微控制器，电压5.0V；控制器电路的电流一般控制在100mA内。
TS90A数码舵机的电压：5.0V；电流一般在300mA。
设计系统所需电压为：全部为5V供电。
故设计电源输出单电压为：5V。
设计电路总体电流为舵机加控制器的电流，在700mA左右。
故设计电源输出电流为：1A-1.5A。
系统为手持移动设备；供电一般由3.7V锂电池提供，并对能耗与效率有较高要求。
方案一：开关电源
可以采用MC34063升压电路（MC34063输出瞬间电流能达1.5A，稳定输出1A）。
优点1：电源转化效率高，发热量小。
优点2：受蓄电池的限制小。
方案二：线性稳压电源
采用LM317线性稳压集成芯片实现。
优点1：电路简单。
优点2：电源纹波小。
缺点1：转化效率非常低，发热量非常大。
缺点2：对蓄电池的要求较高，蓄电池电压必须大于输出电压。
4电路工作原理
1)开机时从EEPROM读取角度数据。
2)MCU控制器产生两个50Hz的脉冲信号分别控制两个舵机的状态。
3)通过按键控制脉冲的宽度来控制脉冲信号的宽度。
4)按下关机键后开始将角度数据写入EEPROM，并关机。
5)电源部分输出5V电源，分别为舵机与单片机供电。