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摄像头云台设计报告.docx
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控制专题训练阶段性报告
摄像头云台设计
&
学生姓名:
:
2017 年 5 月 24 日
摘 要
随着社会的发展,视频监控行业在 IT 行业中逐渐占据一角,同样作为视频
监控中摄像机的一部分——云台,也扮演着重要的角色。云台是一种主要由两个
高精度电机组成的用于承载镜头的支架,其中一个电机负责控制云台水平转动,
另一个电机用于控制云台的垂直方向转动,从而使摄像机镜头能够在水平范围
内,垂直 180°范围内实现两个自由度的转动。
本文要设计的是立式摄像头云台,机械结构的设计使摄像头云台能够放置在
平面上,可以实现水平方向和垂直方向各 180°的自由度转动,体积较小便于存
放,使用两个舵机分别控制云台的水平转动和垂直转动,在上部的云台上固定用
于反馈角度信息的 mpu9250 九轴陀螺仪和摄像头。由于使用的是模拟舵机,精度
较低,为达到设计精度要求由单片机根据 mpu9250 反馈得到的角度数据对舵机的
角度进行计算,使用 PID 算法得到修正值进行修正。
最终设计的摄像头云台的角度精度(以 mpu9250 反馈的当前角度为标准当前
角度)可达到°(大部分时间可达到°以内),即当云台完成角度修正并稳定后,
角度与设定的偏转角度相差总小于°。云台从开始修正到角度偏差小于°的时间
不超过为 2 秒(最长响应时间)。操作和数据的显示均在触摸屏上完成,可直接
在触摸屏上设置摆动的角度,同时可以看到当前的角度与设置的目标角度,以及
看到回传的摄像头拍摄到的图像。
本设计虽然采用了模拟舵机这种本身精度不高的电机,却由 PID 算法对系统
的精度做出了很大程度的弥补,稳定角度误差低于°的精度已经基本满足云台的
设计目标并能适应许多特殊情况的要求。
关键词:mpu9250 陀螺仪;stm32f103vet6;ov7670 摄像头;模拟舵机;显
示屏模块。
目 录
一、系统方案................................................................. 1
1、模拟舵机的论证与选择.................................................. 1
2、
mpu9250 模块
的论证与选择............................................. 1
二、系统理论分析与计算....................................................... 1
1、可达到的最高角度精度的理论分析........................................ 1
(1)模拟舵机原理.................................................... 1
(2)stm32 定时器计算 ................................................ 1
2、PID 参数的计算 ........................................................ 1
(1)PID 原理分析和算法设计 .......................................... 1
(2)PID 参数理论估计值计算 .......................................... 1
(3)PID 参数的测试与修改 ............................................ 1
三、电路与程序设计........................................................... 2
1、电路的设计............................................................ 2
(1)系统总体框图.................................................... 2
(2)PID 算法子系统框图 .............................................. 2
(3)电源............................................................ 3
2、程序的设计............................................................ 3
(1)程序功能描述与设计思路.......................................... 3
(2)程序流程图...................................................... 3
四、测试方案与测试结果....................................................... 3
1、测试方案与论证........................................................ 3
2、测试条件与仪器........................................................ 4
3、测试结果及分析........................................................ 4
(1)测试结果(数据).................................................. 4
(2)测试分析与结论.................................................. 4
五、参考文献................................................................. 4
附录 1:电路原理图 ........................................................... 5
附录 2:源程序 ............................................................... 6
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