Projekty AVT
2950
2950
Sterownik kamery 
Sterownik kamery  OKO
OKO
Technika wideo jest jedną z szybko rozwijających obrót osi silnika o zadany kąt. Właściwość piezo wytwarzającą dz
więki. Sposób pracy
się dziedzin. Kamery mają coraz lepsze parame- ta powoduje, że  lubiana przez elektroników analogowej klawiatury opisywałem w EdW
try i są dostępne na rynku w relatywnie niskich praca przy konstrukcji mechanicznej urządzenia 9/2009. Przypomnę, że klawiatura jest dziel-
cenach. Jednym z wielu zastosowań miniaturo- w najprostszym wypadku sprowadza się do nikiem napięcia zbudowanym z rezystorów
wych kamer jest monitoring, czyli obserwacja zamocowania kamery bezpośrednio na wale i włączników. Napięcie na wyjściu dzielnika
obiektów i oddalonych miejsc. Gdy chcemy silniczka. Drugą z zalet silników krokowych jest zależy od tego, który włącznik jest wciśnięty.
obserwować drzwi wejściowe do budynku lub możliwość wyliczania pozycji rotora. Dzięki Odczyt stanu klawiatury polega na pomiarze
małe pomieszczenie, wystarczy w odpowiednim temu można ustawić go w ustalonych  wyli- tego napięcia przez procesor i odpowiedniej
miejscu zamontować kamerę i na monitorze czonych pozycjach bez konieczności stosowania analizie zmierzonej wartości. Na rysunku 1
uzyskamy pełny obraz sytuacji. Odpowiedni skomplikowanych detektorów położenia wału. przedstawiona jest taka analogowa klawiatura
system może zapisać sygnał wideo, dokumentu- Aby to osiągnąć, silnik powinien pracować w układzie matrycowym.
jąc dodatkowo czas zdarzeń. Inaczej jest, kiedy z optymalnym obciążeniem, które nie zakłó- Wyprowadzenia PB0, PB1, PB2 i PB3
system monitoringu ma wspierać ochronę na ca jego ruchu. Praca opisanego tu sterownika podłączone są do wejść buforów sterujących
zewnątrz budynku lub w dużych pomieszcze- jest efektowna i prezentuje podstawowe walory silnikiem. Wstępnie projekt miał być jak naj-
niach. W tej sytuacji statycznie zamontowana silników krokowych. Szczególnie ciekawe są tańszy i najprostszy, przeznaczony tylko do
kamera przekaże do centrum obserwacji tylko funkcje ustawiania rotora na wcześniej zapamię- sterowania silników unipolarnych  mają one
wycinek obrazu otoczenia. Problem ten można tane pozycje. Dlatego zachęcam do przetestowa- 5, 6 lub 8 przewodów. Jednak w nowszych
rozwiązać na kilka sposobów, na przykład przez nia układu, który można również zmontować i urządzeniach komputerowych coraz częściej
instalację większej liczby kamer, co wiąże się z uruchomić na zwykłej płytce stykowej. montowane są silniczki krokowe bipolarne,
większymi kosztami. Inna metoda to zastoso- które mają tylko 4 przewody. Dlatego ostatecz-
wanie odpowiednich obrotnic, zmieniających Opis układu nie powstały dwie wersje układu. Różnią się
ustawienie kamer. Za pomocą zdalnego stero- Podstawowym zadaniem układu elektryczne- one stopniem mocy wzmacniającym sygnały
wania można przestawiać kamery, wybierając w go jest sprawdzanie stanu klawiatury, detekcja sterujące silnikiem. Jedna wersja to układ ze
dowolnym momencie obserwowane miejsce. Tu wciśniętego klawisza i sterowanie silnikiem wzmacniaczem L298, który może sterować
należałoby wyjaśnić akronim mojego projektu krokowymi. Całością zarządza mikrokontro- silnikami bipolarnymi i unipolarnymi. Druga
 sterownik OKO jest to sterownik Obrotnicy ler ATtiny13, zasilany napięciem 5V stabili- wersja z dużo prostszym układem ULN2803
Kamery Obserwacyjnej. W rzeczywistości jest zowanym przez US2. Wyprowadzenie PB4 umożliwia tylko sterowanie silnikami uni-
to uniwersalny sterownik dla silnika krokowe- realizuje dwa zadania. Zależnie od potrzeby polarnymi. Schemat elektryczny sterownika
go. Umożliwia on sterowanie pracą silnika za pełni funkcję wejścia analogowego, testu- z ULN2803 przedstawiony jest na rysunku
pomocą poleceń wydawanych z klawiatury. W jącego stan analogowej klawiatury lub jest 2. W układzie tym procesor ATtiny13 steruje
urządzeniu wykorzystałem podstawowe właś- ustawiane jako wyjście i steruje blaszką silnikiem poprzez 4 pary połączonych rów-
ciwości silnika krokowego. Jedną z nich jest
Rys. 2
Rys. 1
Sierpień 2010 El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch
S
i
e
r
p
i
e
Å„
2
0
1
0
18
Projekty AVT
nolegle buforów, będących wzmacniaczami różnymi silniczkami małej mocy, układ działa (ZERO i MAX). Procedury i rejestry silnika
prądowymi (układy Darlingtona). Każdy z niezawodnie. Jednak przy obciążaniu układu kontrolują jego położenie w zakresie od 0
nich może załączać obwody o napięciu do 50V silnikami pobierającymi duży prąd trzeba do 65535 kroków. Wiele można by napisać
i prądzie do 0,5A. Dzięki równoległemu połą- pamiętać o zastosowaniu właściwych diod i na temat najciekawszych procedur programu,
czeniu buforów w pary po dwa, ich wydajność radiatora odprowadzającego ciepło. czyli automatycznego ustawiania na pozycję
prądowa teoretycznie wzrasta do 1A na jedno  ZERO lub obracaniu się rotora do wcześniej
uzwojenie silnika. Wyjścia ULN2803 połączo- Program zapamiętanych pozycji. Jednak ze względu na
ne są ze złączem silnika ZS. Diody LED nie są Program po rozpoczęciu pracy ustawia wstęp- obszerność tematu, wspomnę tylko, że wszyst-
konieczne do poprawnej pracy układu, ale dają nie najważniejsze rejestry oraz parametry kie przesunięcia obliczane są w programie
możliwość obserwacji, w jaki sposób procesor pracy timera i przetwornika ADC. Program głównym, a do timera przekazywane są tylko
steruje silnikiem krokowym. Kiedy dana dioda główny cyklicznie wywołuje procedurę testu informacje o kierunku obrotów i liczbie kro-
świeci, to odpowiadające jej wyprowadzenie stanu klawiatury i w razie wykrycia wciśnię- ków (sekwencji) przesunięcia. Po przekazaniu
silnika jest załączone. Podczas pisania lub ana- tego klawisza zostaje uruchomiony podpro- parametrów do timera, procedura z programu
lizy programu sterującego należy uwzględnić gram jego obsługi. Zadania związane ze ste- głównego sprawdza, czy został ustawiony
to, że bufory w ULN2803 są negatorami. rowaniem silnika, generowaniem dz
więków i bit stopu BSTOP_SIL. Ustawienie tego bitu
Schemat drugiej wersji układu ze wzmac- odmierzaniem czasu są obsługiwane w prze- oznacza, że silnik osiągnął zadaną wcześniej
niaczem L298 przedstawiony jest na rysunku rwaniach timera. Na podstawie zmiennych z pozycję i zatrzymał się. Następnie zostają
3. Układ L298 jest specjalizowanym wzmac- programu głównego procedury timera usta- obliczone i przekazane do timera nowe dane.
niaczem przeznaczonym do sterowania silni- lają, jakie zadania należy wykonać podczas
O
ków i to nie tylko silników krokowych, ale przerwania. Zależnie od ustawienia znacz- Montaż i uruchomienie
także zwykłych silniczków na prąd stały. Ma ników bitowych, rejestrów programowych i Układ można zmontować na jednostronnej
on kilka końcówek pomocnych do odpowied- wskaz
nika fazy położenia wału, procedury płytce drukowanej. Przygotowałem dwie wer-
niego sterowania i do pomiaru parametrów obsługi timera odpowiednio sterują wypro- sje płytki drukowanej  jedną dla układu z
pracy silnika. Ze względu na małą liczbę wadzeniami silnika i wyliczają   kontrolują ULN2803 pokazana na rysunku 4. Druga
portów układu ATtiny13 i dla uproszczenia położenie wału. Zależnie, czy procedury z wersja płytki przeznaczona dla wzmacniacza
programu, układ L298 pracuje tylko jako programu głównego ustawiły obroty w prawo, L298 zamieszczona jest na rysunku 5.
wzmacniacz sygnałów sterujących z mikro- czy w lewo, zwiększana lub zmniejszana jest Schematy i wzory płytek wykonane zostały
kontrolera. Dla nas najważniejsze jest że zawartość wskaz
nika sekwencji obrotu silnika za pomocÄ… programu EAGLE 4.13. Programy
wydajność prądowa poszczególnych wyjść R_FAZY_SIL. Na podstawie wartości trzech w postaci z
ródłowej i HEX dostępne są
wynosi 2A. Drugą ważną zaletą L298 jest młodszych bitów tego wskaz
nika pobierana w Elportalu. Montaż płytek drukowanych
to, że jego wyjścia umożliwiają sterowanie jest dana z tabeli TABLA_FAZ_SILN. W tabeli zacznijmy od wlutowania niskich elementów
silników bipolarnych. Układ wymaga zabez- tej zapisanych jest osiem sekwencji stanów i zworek (zworki wymagane są tylko na płytce
pieczenia wyprowadzeń sterujących silnikiem wyprowadzeń PB0 do PB3, które sterują silni- z układem L298). Złącza do podłączenia kla-
za pomocą diod (na schemacie są to diody kiem. Dla zwiększenia precyzji ruchu silnika, wiatury oraz silnika wykonane są z dociętych
D1 do D8). Według noty informacyjnej ukła- w tabeli wpisane są sekwencje dla sterowania elementów listwy goldpin o rastrze 2,54mm.
du L298 powinny to być szybkie diody o półkrokowego. W trakcie zmiany kolejnych Pod mikrokontroler i układ ULN zalecane są
dość dużej wydajności prądowej, ale ja w ustawień rotora obliczana jest jego aktualna podstawki. Przylutowanie pozostałych ele-
układzie testowym zastosowałem popularne pozycja i program sprawdza, czy rotor nie mentów nie powinno sprawić kłopotu. Ścieżki
diody 1N4007. Po wielu godzinach testów z osiągnął pozycji minimalnej lub maksymalnej do złącza silnika i inne, przez które płyną
większe prądy, warto mocno pocynować. Na
rysunku 6 widać rozkład ścieżek i elementów
płytki klawiatury oraz opis funkcji klawiszy.
Przy jej montażu trzeba polutować wszystkie
wyprowadzenia włączników, ponieważ łączą
one układ w matrycę.
Można również uruchomić układ zmon-
towany na płytce stykowej według schematu
z rysunku 7. Pomocny przy tym może być
widok z fotografii 1. Dzięki zastosowaniu kla-
wisza shift klawiatura z płytki stykowej może
załączać wszystkie funkcje, tak jak ta z szes-
nastoma klawisza-
Rys. 6 mi. Wciśnięcie S_
SHIFT i klawiszy od
Rys. 3
S1 do S8 odpowiada
Rys. 4 Rys. 5
klawiszom 1 8 z kla-
wiatury 16-klawiszo-
wej. SÄ… to klawisze
nastaw i zapisu para-
metrów do pamięci
EEPROM. Klawisze
S1-S8 bez S_SHIFT
odpowiadajÄ… klawi-
szom sterujÄ…cym 9-
16.
S
i
e
r
p
i
e
Å„
2
0
1
0
El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch Sierpień 2010
19
19
Projekty AVT
Napięcie zasilania całego układu powin- ważne, właściwym
no być stałe i dobrze odfiltrowane. Wartość podłączeniu silnika
napięcia dobieramy z zakresu 7V-24V, odpo- układ powinien od razu
wiednio do zastosowanego silnika. Napięcie działać. Tu może poja-
zasilające silnik należy tak dobrać, aby prąd wić się wątpliwość,
pobierany z poszczególnych wyjść sterowni- jak podłączyć silnik
ka nie przekraczał prądu nominalnego silnika do tego sterownika?
oraz nie był większy od dopuszczalnych Na rysunkach 8a, 8b Rys. 8a, 8b, 8c
wartości prądu wzmacniaczy  tj. 1A dla i 8c widoczne są trzy
ULN2803 lub 2A dla L298. Gdyby okaza- układy silników krokowych, mają one 4, 5 lub Po pierwszym uruchomieniu programu
ło się, że napięcie wymagane do zasilania 6 przewodów do podłączenia. Przy ustalaniu trzeba najpierw ustawić pozycję minimalną
silnika musi być mniejsze od 6V to trzeba wyprowadzeń najlepiej posłużyć się omo-  określaną dalej jako pozycję ZERO (pozy-
oddzielić na płytce obwody zasilania silnika mierzem. W silniku z czterema przewodami cja skrajna obrotu w lewo). Pozycja ZERO
i stabilizatora napięcia dla procesora. W tym (rys. 8a) łatwo jest ustalić cewkę A i B. Są to powinna być tuż przy punkcie blokującym
celu przecinamy zwężenie na ścieżce dopro- dwie jednakowe cewki niepołączone ze sobą. dalszy obrót w lewo  umożliwi to póz
niej
wadzającej napięcie do stabilizatora i oba Wyprowadzenia cewki A podłączamy do A1 szybkie odtworzenie nastaw mechanicznych
obwody zasilamy z oddzielnych z
ródeł prądu i A2 w złączu ZS. Cewkę B podłączamy do po włączeniu zasilania. Następnie ustawiamy
z zachowaniem wspólnej masy. Na schema- B1 i B2. W silniku z 5 przewodami (rys. 8b) pozycję MAX (skrajna w prawo). Zawsze w
tach miejsce rozdzielenia zasilania jest pogru- ustalamy przewód wspólny i podłączamy pierwszej kolejności trzeba ustawić ZERO
bione i oznaczone opisem ZW. go do  + w złączu ZS. Między przewodem a potem MAX, ponieważ po przestawieniu
Ze względu na odmienny sposób sterowania wspólnym a resztą przewodów jest jednakowa pozycji minimalnej  ZERO proporcjonalnie
układów ULN2803 i L298 do zaprogramowania rezystancja. Pozostałe cztery wyprowadzenia przesunie się pozycja maksymalna MAX.
mikrokontrolera wybieramy program zależnie podłączamy do ZS, eksperymentując tak, aby Teraz podczas sterowania obrotami w lewo
od tego, jaki wzmacniacz jest zastosowany w silnik obracał się płynnie i bez  skoków . W lub w prawo rotor silnika nie powinien wykra-
układzie. Dla ULN2803 programujemy kodem silniku z 6 przewodami (rys. 8c) ustalamy czać poza zapisane pozycje ZERO i MAX.
z pliku OKO_ULN.HEX, a dla L298 stosujemy przewody wspólne obydwu zespołów cewek i Aby działały funkcje PATROL i szybkie usta-
program z pliku OKO_L298.HEX. Warto też podłączamy je do  + w złączu ZS. Następnie wianie rotora na pozycję POZ.1, też musimy
zaprogramować pamięć EEPROM plikiem EEP. wyprowadzenia cewek A i B podłączamy je ustawić według opisu poniżej. Nastawy
W pliku tym zapisane są wstępne  domyślne odpowiednio do A1, A2 i B1, B2 złącza ZS. trzeba zapisać do EEPROM klawiszem 1. Po
nastawy pracy układu, które możemy potem Jeżeli po załączeniu układu silnik będzie każdym uruchomieniu  restarcie procesora
zmieniać i zapisywać poleceniami z klawiatury. kręcił się w prawo zamiast w lewo, to trzeba przyciskami 3 lub 8 trzeba ustawić i wpisać
Po zaprogramowaniu układu i podłączeniu podłączyć odwrotnie złącze silnika do gniaz- pozycję ZERO, aby następnie program mógł
zasilania i klawiatury oraz, co jest bardzo da ZS (obracamy je o 180°). kontrolować poÅ‚ożenie kamery.
Układ powinien reagować na przyciski
według poniższego zestawienia. W nawiasach
podana jest kombinacja klawiszy dla klawia-
tury z klawiszem S_SHIFT z płytki stykowej.
Aby zadziałały klawisze nastaw (1-8) trzeba
je przytrzymać około 3s, aż sygnały dz
wiÄ™-
kowe informujące o tym, że zaraz zmienimy
nastawę, zakończą się piknięciem. Jeżeli kla-
wisz nastawy puścimy przed piknięciem, to
wartość nastawy nie zostanie zmieniona.
1-( SHIFT +1)  zapis ustawień do
EEPROM  przepisuje aktualne nasta-
wy pozycji z pamięci RAM do EEPROM.
Parametry te będą przywracane po każdym
uruchomieniu sterownika.
Rys. 7
2-( SHIFT +2)  odczyt ustawień z
EEPROM  przepisuje nastawy z pamięci
Fot. 1
Sierpień 2010 El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch
S
i
e
r
p
i
e
Å„
2
0
1
0
20
Projekty AVT
EEPROM do RAM. Po zmianie nastaw bez stałe kręcenie się silnika. Jeżeli
zapisania ich do EEPROM można przywrócić pozycja ZERO została zapisana
stare nastawy z pamięci EEPROM. tuż przy tym punkcie blokady
3-( SHIFT +3)  ustawianie pozycji ZERO obrotu, to po przyciśnięciu kla-
(skrajna lewa) i 4-( SHIFT +4)  ustawia- wisza 8 rotor dojedzie do tej
nie pozycji MAX (skrajna prawa). Pozycje blokady i układ wyzeruje licz-
ZERO i MAX są to nastawy, poza które silnik nik pozycji. Teraz zapamiętane
nie obróci rotora podczas normalnej pracy. wcześniej pozycja POZ.1 i pozy-
Dlatego programowanie nowych nastaw cje dla funkcji PATROL oraz
dla tych punktów odbywa się dwuetapowo. ZERO i MAX będą ustawiać
Najpierw musimy przekazać sterownikowi rotor w tych samych miejscach,
informację, że chcemy przestawić daną pozy- co przed wyłączeniem zasilania
cję i być może trzeba będzie wyjechać poza lub innym niekontrolowanym
dotychczasowe ograniczenie ruchu rotora. W przesunięciem ustawienia kame-
tym celu wciskamy przycisk zmiany danej ry (rotora).
pozycji (ZERO lub MAX) i usłyszymy sygnał 9-(1)  ustawia rotor na pozy-
informujący o tym, że zaraz zostanie zmie- cję POZ.1 Jak wspomniałem, wystarczy zamocować
niona nastawa. Czekamy, aż minie ten sygnał 10-(2)  włącza funkcję PATROL kamerę do wału silniczka i już mamy gotową
i będzie krótkie piknięcie, a następnie chwila 11-(3)  (V-) zmniejsza prędkość obrotu obrotnicę. Montując przekładnię z jednego
ciszy. Puszczamy wtedy klawisz. Teraz mamy i 12-(4)- (V+) zwiększa prędkość obrotu koła zębatego, zwiększymy moment obro-
odblokowaną możliwość obrotu i możemy  tymi klawiszami zmieniamy czasy opóz
nień towy i precyzję ruchu kamery. Przewody do
przekręcić rotor poza dotychczasowe ograni- pomiędzy kolejnymi zmianami pozycji rotora. kamery powinny być odpowiednio zamo-
czenie wyliczane programowo. Po ustawieniu Czasy te mają wpływ na prędkość obracania cowane tak, aby nie utrudniały ruchu i nie
pozycji, aby ją zapisać, wciskamy ponownie się rotora. Czym dłuższe czasy przerw tym plątały się. W konstrukcji mechanicznej
ten sam klawisz nastawy, ale teraz czekamy, silnik wolniej się obraca. Prędkości jest 16 należy uwzględnić fakt, że silniki kroko-
aż miną wszystkie wygenerowane sygnały i są one zapisane w tablicy TAB_TAKT_SIL we przy dłuższej pracy mogą się znacznie
(dwukrotna sygnalizacja zmiany nastawy) i programu. Przy zmianie nastawy V+/V- po nagrzewać. Przed dotknięciem pracującego
nastąpi cisza. Oznacza to, że nastawa została osiągnięciu maksymalnej lub minimalnej silnika trzeba zawsze najpierw sprawdzić
zapamiętana w pamięci RAM. Jeżeli chcemy nastawy zmienia się sygnał dz
więkowy. czy nie jest on gorący. Wysoka temperatu-
zachować te i inne nastawy na stałe, to musi- 13-(5)  obrót silnika w lewo ra silnika może ogrze-
Wykaz elementów
my przed wyłączeniem zasilania przepisać je  szybko wać obudowę kamery,
R1,RW1,RW2,RW3 400© (1%, dobrać)
do EEPROM klawiszem 1. Jeszcze raz przy- 14-(6)  obrót silnika w lewo aby nie zaparowała,
R3-R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1k©
pomnę, że zmiana nastawy ZERO zmienia  wolno ale zbyt wysoka tem-
R2 . . . . . . . . . . . . . 4,7k© (1%, dobrać)
ustawienie pozycji MAX. 15-(7)  obrót silnika w prawo peratura może nawet
RK1-RK7 . . . . . . . . 100© (1%, dobrać)
5-( SHIFT +5)  zapamiętaj pozycję POZ.1  wolno uszkodzić kamerę.
R_SHIFT,R_SHIFT 400© (razem 800©
 zapisuje aktualną pozycję w pamięci. Po 16-(8)  obrót silnika w prawo Kamera powinna mieć
1% lub dobrać)
naciśnięciu klawisza 9 kamera automatycznie  szybko możliwość wykonania
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470µF/25V
zostanie obrócona na zapamiętaną pozycję. Na koniec dwa zdania tylko jednego obrotu.
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/25V
6-( SHIFT +6)  zapamiętaj pozycję na temat mechaniki układu. Jest to konieczne, aby
C3,C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nF
PATROL1 dla funkcji PATROL i 7-( Silniki krokowe można pozy- nie ukręcić przewo-
US1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ATtiny13
SHIFT +7)  zapamiętaj pozycję PATROL2 skać ze starych drukarek, ska- dów podłączonych do
US2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78L05
dla funkcji PATROL  funkcje te zapamię- nerów czy stacji dysków. Do niej. Przy konstrukcji
US3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ULN2803
tują dwie pozycje, pomiędzy którymi kamera obracania kamer wystarczą najprostszej blokady
US4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L298
będzie się stale obracać w lewo i w prawo, małe silniki z stacji dysków wystarczy odpowied-
D1 do D8. . . . . . . . . . . . . . . . . 1N4007
 obserwując określony wycinek terenu. Po lub małych gabarytowo dru- nio zamocować do
LED1 do 4 . . . . . . .diody LED  dowolner
ustawieniu tych pozycji funkcję patrol załą- karek. Z doświadczenia wiem, osi śrubę lub metalo-
PIEZO . . . . . piezo z gen. np. KPT-1410
czyć można klawiszem 10. że czym większy rozmiar dru- wą  wypustkę , która
S1-S16, S_SHIFT,S_RES. mikrołączniki
8-( SHIFT +8)  AUTOZERO  automa- karki, tym ma ona większe będzie się zapierać o
U_ZAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ARK2
tyczne ustawianie na pozycjÄ™ ZERO (skrajna i mocniejsze silniki. W star- element wystajÄ…cy z
ZS i WE_KLAW . . . . . .goldpin 2,54mm
w lewo)!* Funkcja ta umożliwia odtworzenie szym sprzęcie częściej były korpusu silnika.
ustawień mechanicznych po załączeniu zasi- montowane silniki unipolar-
Komplet podzespołów z płytką
lania  aby działała ta funkcja, mechanizm ne. Konstrukcja mechaniczna jest dostępny w sieci handlowej AVT Wiesław Pytlewski
jako kit szkolny AVT-2950.
musi mieć pozycję oporu, uniemożliwiającą obrotnicy jest bardzo prosta. [e-mail]
R E K L A M A
S
i
e
r
p
i
e
Å„
2
0
1
0
El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch Sierpień 2010
21