数控云台毕业设计.doc

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1、本科生毕业论文轻载室内数控云台设计The design of the underloading numerical control sputnik for indoor学生姓名所在专业机械设计制造及其自动化所在班级申请学位工学学士指导教师职称副指导教师职称答辩时间目 录目 录设计总说明.Iintroduction.II1 前言1 1.1 概述.1 1.2 数控云台的工作原理和特点.11.2.1 数控云台的工作原理.21.2.2 智能高速云台的优点.22 设计方案的确立2 2.1 数控云台的技术指标.2 2.2 数控云台的设计方案.22.2.1 数控云台设计方案的提出.22.2.2 数控云台设计

2、方案的论述.33 机械部分设计43.1 脉冲当量和个传动比的确定.43.2 步进电机的选用.43.2.1 传动系统等效转动惯量的计算.43.2.2 负载转矩的计算.53.2.3 步进电机的选用.63.3 Z方向齿轮减速机构传动系统设计.6 3.3.1 选定齿轮的类型、精度、材料、齿数.6 3.3.2 按齿面接触强度计算.63.3.3 按齿根弯曲强度计算.83.3.4 几何尺寸计算.93.3.5 验算.93.4 X方向齿轮减速机构传动系统设计.93.4.1 选定齿轮的类型、精度、材料、齿数.93.4.2 按齿面接触强度计算.93.4.3 按齿根弯曲强度计算.93.4.4 几何尺寸计算.113.4

3、.5 验算.11 3.5 轴的设计.123.5.1 Z方向轴的设计123.5.2 X方向轴的设计13 3.6 轴承的选用.143.6.1 Z方向轴承的选用.143.6.2 X方向轴承的选用144 系统控制部分设计.154.1 控制系统的功能与设计要求.154.2 总体方案的设计.164.3 系统中关键器件的选用.16 4.3.1 微处理器.16 4.3.2 看门狗电路.164.4 可靠性设计.17 4.4.1 容错设计的一般思想.17 4.4.2 系统的自诊断设计.17 4.4.3 自诊断的软件实现.18 4.4.4 系统的抗干扰设计.184.5 软件设计.22鸣 谢.28参考文献.29设计总

4、说明设计总说明随着机械制造技术的进步和生产的发展，数控技术得到广泛的应用。极大地提高了产品的质量。本次毕业设计是设计闭路电视监控系统中的前端设备数控云台，此设计根据数控云台的工作环境、机械指标、设计参数和主要技术要求，采用室内智能球型云台。科学的结构设计是数控云台性能的重要指标,包括电机的选用及内部结构设计。电机是云台球机关键部件,一般来讲，针对目前国内外电机技术衡量电机优良的主要指标是其可靠性。球型外壳能减少灰尘及各种干扰，日常维护方便，可达到隐蔽监视的目的，云台在水平方向可连续350无级变速扫描，并设有设置摄像点的功能。本设计介绍了数控云台的传动原理、结构特点和功能，并对步进电机的特点作了

5、简单的介绍。同时本设计还对数控云台的系统数控部分进行了设计，包括系统中关键器件的选用、可靠性设计和软件设计。 本设计主要参照江西科学技术出版社所编写的中国机械设计大典的标准，按照标准化、通用化、原则进行设计。关键词：数控技术 ；闭路电视系统 ； 数控云台 ； 步进电机IIINTRODUCTIONINTRODUCTIONComputer Numerical Control (CNC) had widely used along with advancement of mechanical manufacturing technology and development of production

6、, it improves the product quality extremely. This graduation project is to design a numerical control (NC) sputnik of the closed-circuit TV system .The project based on the working conditions, the mechanical guideline, the design parameter and the primary technical requirements .Structural design is

7、 a scientific of the numerical control sputnik important performance indicators, including the selection of the magnetic stepping motor and internal structure design. The magnetic stepping motor is cloud billiards organization key parts, speaking generally, aim at currently at home and abroad the ma

8、gnetic stepping motor technique measure good main index sign of electric motor is its credibility.the intellectual spherical sputnik for indoor was applied to the project. The spherical husk can reduce dust and all kinds of disturbances, it is easy to be maintained, it can spy in any hidden place. I

9、n horizon, it can successively scan a round in non-step timing, and have the function of Preset Positions. The project introduces the driving principle construction features and the function of NC sputnik. It simply introduces magnetic stepping motor. This design returned the system of the numerical

10、 control sputnik cloud pedestal to numerical control part to carry on a design in the meantime, including the key spare part in the system to choose to use,the dependable sex design and software design.This design is standardized byChina mechanical design canon edited by Jiangxi technology publish c

11、ompany. The design is carried by standard and general.KEYWORDS: CNC technology ; Closed-circuit TV system ; numerical control sputnik ; magnetic stepping motor广东海洋大学2006届本科生毕业论文轻载室内数控云台设计机械设计制造及其自动化，2002121315，廖柳春，指导教师：张建，林菁毕业设计说明书1 前言1.1 概述云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台内装两个电动机。这两个电机一个负责水平方向的转动，另一个负责垂直

12、方向的转动。水平转动的角度一般350。，垂直转动则有土45，土35土75等等。水平及垂直转动的角度大小可通过步进电机进行调整。云台的分类大致分为室内用云台及室外用云台。室内用云台承重小，没有防雨装置。室外用云台承重大，有防雨装置。有些高档的室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置。为适应安装不同的摄像机及防护罩，云台的承重应是不同的。因而应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台。室内云台的承重量较小，云台的体积和自重也较小。室外用云台因为肯定要在它的上面安装带有防护罩(往往还是全天候防护罩)的摄像机，所以承重量都较大。它的体积和自重也较大。目前出厂的室内云台承重量大约1.5KG7

13、KG左右。室外用云台承重量大约7KG50KG左右。还有些云台是微型云台，比如与摄像机一起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内的云台。一般的云台均属于有线控制的数控云台。云台的转动是通过在控制室操作控制器，将控制电压通过多芯电缆直接加到云台内的步进电机上，或者通过通信电缆控制远端的解码器，再又解码器经局部多芯电缆将电压加到云台内的电动机上，从而实现云台的旋转。还有的云台内装继电器等控制电路，这样的云台往往有六个控制输入端。一个是电源的公共端，另四个是上、下、左、右端。还有一个则是自动转动端。当电源的一端接在公共端后，电源另一端接在“自动”端后，云台将带动摄像机头按一定的转动速度进行上、下、左、右

14、的自动转动。在电源供电电压方面，目前常见的有交流24V和220V两种。云台的耗电功率一般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大。目前，还有直流6V供电的室内用的小型云台，可在其内部安装电池，并用红外遥控器进行遥控。目前大多数云台仍采用有线遥控方式。云台的安装位置距控制中心较近，且数量不多时，一般采用从控制台直接输出控制信号进行控制。而当云台的安装位置距离控制中心较远且数量较多时，往往采用总线方式传送编码的控制信号并通过终端解码解出控制信号再去控制云台的转动。1.2 数控云台的工作原理与特点1.2.1 数控云台的工作原理数控云台的旋转不能在现场通过手动调整，而只能是在控制室内通过操作控制器，将控制

15、电压通过多芯电缆直接加到云台内的低速大转矩电动机上或者通过通信电缆控制远端的解码器，再有解码器经局部多芯电缆将控制电压加到云台的低速大转矩电机上，从而使云台的台面在空间任意方向上旋转。摄像机配上云台，实际等效于增加了摄像机的空间可视范围。全方位数控云台内部有两个驱动电机。水平方向上有一个能紧急起动和立即停止的慢速大转矩驱动电机，通过齿轮传动，可带动台面在水平方向做正反向旋转，且不会出现慢性滑动。垂直方向上的驱动电机，该电机可以带动摄像机座板在垂直方向60范围做俯仰运动。1.2.2 智能高速球云台的优点 普通云台的监视范围有限，在云台的正下方存在死点，而智能高速球形云台在水平方向上 可以连续36

16、0度无级变速扫描，不存在任何死点； 普通云台多为匀速云台，只能以10转/秒左右的固定速度进行扫描，无法应付突发事件的发生。而智能高速球云台可以在0.5度125转/秒的可变速搜索目标； 普通云台过于暴露，往往给被监视者以反感，且使人轻而易举得发现当前摄像机的位置；而智能高速球云台采用的是球型液态金属镀膜单反防护罩，使人根本看不到里面的摄像机，它既隐藏了摄像机，又具有极好的装饰效果，特别适合银行、机场、商店、广场等隐蔽性的监视和跟踪； 普通云台通常没有预置摄像点的功能，而智能高速球云台则可以有预置摄像点。综上所述，球型云台比普通云台更有使用价值。2 设计方案的确立2.1 数控云台的技术指标 数控云

17、台的设计参数和技术指标 水平转角：0350俯仰转角：-45+45; 载荷最大重量1000g； 脉冲当量0.5/脉冲； 最大转速，水平Z轴60rad/min，俯仰X轴30rad/min; 串行总线命令控制； 数控装置采用单片机控制系统； 室内工作环境，温度小于70度； 工作电压AC220V，消耗功率小于300W；2.2 数控云台总体设计方案2.2.1 数控云台设计方案的提出初步确定水平轴和垂直轴分别使用反应式步进电机作驱动源，并利用齿轮减速机构，以细分步进电机的步距角。垂直转动轴与齿轮的连接是用一对背靠背的角接触球轴承，水平转动轴是用滑动轴承与支架连接。分别用水平支架和垂直支架支承摄像机。外部采

18、用吊装支承，外型仿效球型云台的设计。2.2.2 云台设计方案的论述步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种把脉冲信号换成直线位移或角位移的执行元件。其特点是输入一个脉冲就转动一步，即转子转过一个相应的步距角。实际上，驱动步进电机的开关是晶体管，开关信号由数字集成电路或微机产生。通过前面的介绍可以看到，步进电机是一种把开关激励的变化变换成为准的转子位置增量运动的执行机构。与能够实现类似功能的其他部件相比，使用步进电机的控制系统有下面几个明显的优点： 可以开环控制也可以闭环控制。开环控制不需要位置或速度的检测元件，系统结构简单，能方便地控制脉冲的个数和脉冲的频率实现定位和调速。闭环控制可以

19、控制精确的位置和平稳的转速。本设计的控制系统即为开环控制； 转速仅取决于脉冲频率，而不受电压高低、电流大小及其波形的影响；输启动、停止、反转及其他运行方式的改变，都可以在少量的脉冲周期内完成，并且具有定位转矩； 输出转角（步距角）无长期积累误差，每转一圈积累误差会自动消失。步进电机的品种规格很多，按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等四种主要型式：反应式步进电动机由于其结构简单和经久耐用，所以是目前应用最普及的一种步进电动机。这种电动机按变磁阻原理工作，于是有的国家又称之为变磁阻步进电动机。其优点是：力矩惯性比高；步进频率高，频

20、率响应快；不通电时转子能自由转动；机械结构简单、寿命长；能双向旋转；有适量阻尼；正常电机无失步区。缺点是：不通电时无定位力矩；每步有振荡和过冲。永磁式步进电动机特点：功耗较小，在断电时仍有定位转矩，但是步距角大，需供给正负脉冲电源，启动和运行频率较低。混合式电机特点：转矩大，步距角小，运行频率高，功耗低及有自锁功能，但需有正负电脉冲供电，结构复杂，价格高。比较以上各种电机，决定选择反应式步进电机作为驱动摄像机的动力源。摄像机的脉冲当量等于步进电动机的步距角除以传动比，为使摄像机达到较小的脉冲当量，利用齿轮减速机构，细分步距角以达到目的，同时降低驱动齿轮的转速，提高转矩。垂直轴上的一对轴承主要用

21、于承受轴向力；水平轴采用滑动轴承，可以减小径向空间尺寸。整个云台采用吊装球型设计，其优点如下： 最大限度地减少灰尘和外来的干扰，使云台寿命大大延长，也使系统的可靠性进一步提高； 球型防护罩采用内侧单面镀膜工艺，有利于隐蔽监视； 防护罩表面进行防静电处理，可以防止灰尘吸附，日常维护简单； 防护罩降低了云台的转动噪音。3 机械部分的设计3.1 脉冲当量和各传动比的确定 确定脉冲当量为0.5/脉冲； 设机械系统Z方向的传动比i=3,小齿轮的齿数z1=18,大齿轮齿数z2=54，模数=1； X方向的传动比i=3,小齿轮的齿数z3=18,大齿轮的齿数z4=54。3.2 步进电机的选用步进电机的选用主要考

22、虑三个问题：（1）步距角要满足系统脉冲当量的要求；（2）满足最大静转矩的要求；（3）启动转矩与启动频率、工作运行转矩与运行频率必须满足所选电机型号相对应的启动矩频特性和工作矩频特性。3.2.1 传动系统等效转动惯量对于钢制轴、轴承、齿轮、联轴节等圆柱体对自身回转轴的转动惯量J计算公式为（见2）： （式3-1）式中：D为圆柱体的直径（mm）;L为圆柱体的长度（mm）。传动件折算到步进电机轴上的转动惯量JR计算公式为（见3）： （式3-2）式中：i为电机轴到传动件的传动比，i=3。 现先计算各传动件自身转动惯量： 齿轮z1、z3：齿轮z2、z4： 计算各传动件折算到步进电机轴上的转动惯量：齿轮z1

23、、z3：齿轮z2、z4： 各传动件折算到步进电机轴上的总的转动惯量：Z方向：X方向： 步进电机轴上的总转动惯量J： （式3-3）与JR比较可JD为步进电机的转动惯量，该设计可能使用的步进电机的转动惯量JD小于0.001，可以忽略，故：Z方向：X方向：3.2.2 负载转矩的计算本设计中，近似地认为升速规律按直线规律升速（实际上是按指数规律升速），假定从静止升到180/s需时0.2s 。 角加速度计算（见4） （式3-4）水平转速为60rad/min，即360/s；垂直转速为30rad/min，即180/s，故： 惯性力转矩计算（见2） （式3-5）Z方向： X方向： 重力转矩计算（见2）Z方向电

24、机的重力不产生转矩，故：垂直X轴方向由于摄像机重540g，考虑支架附件的重量，取m=700g,偏心距e=10mm，故： 传动效率计算由于摩擦阻力不考虑，其他环节的摩擦按传动件传动效率考虑，取，故： 负载转矩计算（见2）Z方向： X方向： 3.2.3 步进电机的选用运动部件正常运行时所需的最大静转矩（见3）为： （式3-6）要求步进电机正常运行时所需最大静转矩 （式3-7） Z方向步进电机的选用 由于脉冲当量/脉冲，水平方向的最高运行速度/s，所以步进电机最高运行频率。 综上计算，并考虑步进电机的步距角，选用45BF003反应式步进电机。 X方向步进电机的选用 由于脉冲当量/脉冲，水平方向的最高

25、运行速度/s，所以步进电机最高运行频率。综上计算，并考虑步进电机的步距角，选用36BF003反应式步进电机。3.3 Z方向齿轮减速机构传动系统设计初步拟定已知条件为：传动比i=3，n2max=60r/min,工作寿命为20年（每天工作24小时，一年工作360天）（见4）。3.3.1 选定齿轮类型、精度、材料、齿数 按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动； 由于该减速器传动功率不大，所以大、小齿轮都选用软齿面齿论。选大、小齿轮材料为45号钢，经调质处理，齿面硬度为217-255HBS； 选取精度等级为7级（GB10095-88）； 选取小齿轮齿数,大齿轮齿数。3.3.2 按齿面接触强度计算 （式3-8

26、）由设计公式(式3-8)进行试算。 确定公式内各计算数值 选载荷系数； 确定小齿轮传递转矩，即电机45BF003的最大静转矩为 选取齿宽系数； 查得材料的弹性影响系数 ； 按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限； 计算应力循环次数 （式3-9） 根据应力循环次数查得接触疲劳寿命系数为： ； 。 计算接触疲劳许用应力： (式3-10)取失效概率为1%，安全系数s=1。 计算 试算小齿轮分度圆直径,代如中较小的值，根据（式3-8） 计算圆周速度 （m/s） (式3-11)（m/s） 计算齿宽b （mm） （式3-12）（mm） 计算齿宽与齿高比b/h模数 ：（mm） 齿高：（mm） 计算载荷系

27、数 （式3-13）根据，7级精度，查得动载荷系数。 由于所设计的齿轮为直齿轮，假设，查得7级精度未经表面硬化齿轮。 查得使用系数为，均匀平稳状态时。查得7级精度，小齿轮悬臂布置时由，查得。 故，载荷系数 按实际载荷系数校正做得分度圆直径 （mm） （式3-14）（mm） 计算模数（mm）3.3.3 按齿根弯曲强度设计弯曲强度设计公式为： （式3-15） 确定公式内各计算数值 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮； 查得弯曲寿命系数，； 计算弯曲疲劳许用应力 （式3-16）取弯曲疲劳安全系数s=1.4 计算动载荷系数K （式3-17） 查取齿形系数时， ； 时， ； 计算大、齿轮的并加以比较取小

28、值。 设计计算根据（式3-14）得： （mm）对比计算结果，可由齿面接触疲劳强度，取模数为标准值。按接触疲劳强度算出：分度圆直径：（mm）小齿轮齿数： ，取。大齿轮齿数： 3.3.4 几何尺寸计算 计算分度圆直径（mm）（mm） 计算中心距（mm） 计算齿轮宽度（mm）取；。3.3.5验算 N。3.4 X方向齿轮减速机构传动系统设计 初步拟定已知条件为：传动比i=3，n4max=30r/min,工作寿命为20年（每天工作24小时，一年工作360天）3.4.1 选定齿轮类型、精度、材料、齿数 按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动; 由于该减速器传动功率不大，所以大、小齿轮都选用软齿面齿论。选大、小齿

29、轮材料为45号钢，经调质处理，齿面硬度为217-255HBS; 选取精度等级为7级（GB10095-88）; 选取小齿轮齿数,大齿轮齿数。3.4.2 按齿面接触强度计算根据（式3-8）设计进行试算。 确定公式内各计算数值 载荷系数； 确定小齿轮传递转矩，由于所选电机36BF003的最大静转矩为 取齿宽系数; 查得材料的弹性影响系数 查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限 计算应力循环次数 （见式3-9） 根据应力循环次数查得接触疲劳寿命系数为： ； 。 计算接触疲劳许用应力 (见式3-10)取失效概率为1%，安全系数s=1。 计算 试算小齿轮分度圆直径（见式3-8）,代入中较小的值 计算圆周速度V

30、（见式3-11）（m/s） 计算齿宽b （见式3-12）（mm） 计算齿宽与齿高比b/h模数 （mm） 齿高（mm） 计算载荷系数 （见式3-13）根据，7级精度，查得动载荷系数； 由于所设计的齿轮为直齿轮，假设，查得7级精度未经表面硬化齿轮；查得使用系数为，均匀平稳状态； 查得7级精度，小齿轮悬臂布置时；由，查得故，载荷系数为： 按实际载荷系数校正做得分度圆直径 （见式3-14 ）（mm） 计算模数（mm）3.4.3 按齿根弯曲强度设计根据（式3-15）进行弯曲强度试算。 确定公式内各计算数值 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮； 查得弯曲寿命系数，； 计算弯曲疲劳许用应力 （见式3-16

31、） 取弯曲疲劳安全系数s=1.4 计算动载荷系数K （见式3-17） 查取齿形系数时， ； 时， ； 计算大、齿轮的并加以比较取小值。 设计计算 （见式3-15） （mm）对比计算结果，可由齿面接触疲劳强度，取模数为标准值。按接触疲劳强度算出：分度圆直径 （mm）小齿轮齿数 ，取。大齿轮齿数 3.4.4 几何尺寸计算 计算分度圆直径（mm）（mm） 计算中心距（mm） 计算齿轮宽度（mm）取；。3.4.5 验算： N。注：考虑云台垂直运动是-45+45，取齿扇为122。3.5 轴的设计轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度，刚度和

32、振动稳定性的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决与轴的强度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂和塑性变形。轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性低同时也可以用热处理或化学处理方法提高其耐磨性和抗疲劳强度。故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常采用45号钢。3.5.1 Z方向轴的设计由于控制摄像机水平转动的Z轴有上下两根轴，上轴只承受轴向拉力作用，故只须满足抗拉强度要求；Z方向下轴，既承受轴向拉伸作用，又承受扭矩作用，应该分别进行强度校核。 Z方向上轴的设计根据拉伸强度条件公式试算（见2）： （式3-18）其中：为正应力；F为轴向力；A为轴的横截面面积。设上轴承受

33、质量为1的器件，即： （N）查得45号钢的抗弯强度极限为，根据（式3-17）得： 假设上轴轴径最小处为16，内开一个的内孔，用以同视频线、电源线等线路，其有效面积为：满足设计要求。 Z方向下轴的设计 抗拉强度校核设下轴承受质量m=0.8的器件，所以，根（式3-18）得： 假设下轴轴径最小处为8，内留一个的孔，则有效面积为：满足设计要求。 抗扭强度校核抗扭强度条件为（见2）： （式3-19）其中：为轴承受的最大转矩；为抗扭截面系数；为许用剪切应力。水平电机，折算到轴上的扭矩为： （）抗扭截面系数为：则： 查得45号钢的许用剪切应力为，满足强度要求。3.5.2 X方向轴的设计材料为45号钢，经正火

34、，淬火和回火热处理。由于X方向的轴同时承受转矩和弯曲作用，所以要按弯扭组合强度条件进行计算。由第四强度理论强度条件（见2）： （式3-20）初步确定轴的最小直径为： 抗弯截面系数： 确定轴承受的最大弯矩由于所选摄像机质量，考虑其附加器件的质量，设总质量，即。设最大弯曲变形发生在轴上离支承处20处，即： 确定轴上承受的最大扭矩所选电机36BF003的转矩，折算到X轴上：按（式3-20）计算由于正火，回火处理的45号钢的许用弯曲应力，即，满足强度要求。3.6 轴承的选用3.6.1 Z方向轴承的选用 轴承型号的确定根据Z方向下轴的轴径和工作要求，选用一对型号为7001AC的角接触球轴承。轴承与轴承套

35、、轴之间采用过渡配合。轴承内圈用轴肩定位，外圈用弹簧卡还定位，加垫圈和螺母夹紧。 轴承的校核考虑到摄像机支架等的影响，假设轴承轴向载荷，径向载荷。已知轴承的转速为，运转时无冲击，设计寿命为20年（每天工作24小时，一年工作360天）。 由滚动轴承样本查得7001AC型轴承背靠背成对安装在一个支点时，当量动载荷可按下式计算（见2）：时， （式3-21）时， （式3-22） 因，且工作平稳，取载荷系数 ，则： 计算预期寿命 求该对轴承应具有的基本额定动载荷值 （N） （式3-23）查5得单个7001AC轴承的基本额定动载荷为5.20KN，故选用一对7001AC轴承合适。3.6.2 X方向轴承的选用

36、 轴承的确定为了使径向尺寸较小和安装方便，选用滑动轴承。轴瓦材料为聚四氟乙烯，该材料能抗强酸强碱，具有一定的自润滑性，可以在无润滑条件下工作。在高温条件下具有一定的润滑能力，具有包容异物的能力（嵌入性好），不易擦伤配偶表面。减摩性及耐磨性比较好。 轴承的验算初选轴径，轴承宽度。考虑摄像机及支架重量约为700g，即轴承所承受的径向力。 验算轴承的平均压力p （式3-24）式中：B为轴承宽度（mm）；。查得聚四氟乙烯的，即 验算轴承的pv值轴承的发热量与单位面积上的摩擦功耗成正比（是摩擦系数）。 （式3-25）式中：v为轴颈圆周速度，即滑动速度m/s；为轴承材料的pv许用值。由于本设计查得聚四氟乙

37、烯的，即。 验算滑动速度v （式3-27）式中：为许用滑动速度。查得聚四氟乙烯的，即：综上验算，滑动轴承适用。4 系统控制部分的设计4.1 控制系统的功能与设计要求云台控制器是用来通过串行通信口接收由PC机(或单片机)或视频切换器发送来的控制命令控制云台运动方向，照明灯开关，摄像头焦距、光圈、变倍，从而达到对现场情况实时监视目的的设备。本控制系统的功能与特点如下： 上位机(单片机或PC机)实现多机集中控制，云台控制器通过与上位机通信实现对云台、镜头等控制； 采用RS-485通信接口，可以满足远距离控制的需要；串行通讯口采用电源隔离供电，并且与主机之间采用了光电隔离技术； 云台动作：产生上、下、

38、左、右、自动5种控制动作并实现匀速、变速控制； 云台摄像头控制：实现对摄像头的变倍、焦距、光圈的大、小控制； 选用硬件WDT实现程序运行监视； 其他功能：灯光控制、防盗、状态显示、急停等。4.2 总体方案的确定按照功能要求，确定系统方案如图4-1所示。从图中可以看出，系统由微处理器RS-485串行通信接口微处理器摄像镜头控制CD4060看门狗电路云台控制 图4-1 控制器功能框图模块、串行通信模块、时钟模块、以及镜头、云台等控制模块组成。在方案设计中，结合程序容量与通信内容，根据经济、简洁至上的原则，微处理器选用Atmel公司的89C51，所有串、并行接口时序均通过软件模拟实现。4.3系统中关

39、键器件的选用4.3.1 微处理器在方案中已确定使用MCS-51系列单片机89C51。由Atmel公司生产的此型号单片机是以8031为核心构成的，它和8051系列弹片机是兼容的系列。AT89C51具有下列主要功能： 4KB Flash 程序存储器（可写入/擦除1000次）； 全静态工作0Hz24Hz; 三级程序存储器加密； 128字节内部RAM； 32条可编程I/O线； 两个16位定时器/计数器； 6个中断源； 可编程UART串行； 片内时钟振荡电路； 两种可用软件选择的省电方式空闲方式(Idle Mode)和掉电方式（Power Down Mode）。4.3.2 看门狗电路看门狗（watchdog）的作用是强迫单片机（CPU）进入复位状态，使之从硬件或软件故障中解脱出来。既当单片机的程序进入了错误状态后，在一个指定的时间内，将产生一个系统复位。本设计由