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1、.基于STM32的云台控制目录摘要3Abstract3第1章绪论31.1 课题研究背景31.2 国外云台研究开展现状31.3 本文的主要工作和构造安排3第2章系统概述32.1 STM32F103处理器32.1.1 STM32 F107处理器概述32.1.2 STMF103处理器系统构造32.1.3 STM32微处理器对电机的控制32.1.4 STM32F103处理器低功耗32.2 电机的定义及控制原理32.2.1 直流电机定义32.2.2 直流无刷电机工作原理3第3章直流电机控制模块33.1 直流电机驱动电路33.1.1 直流电机驱动芯片L293D33.2 直流电机转速PWM控制33.3 直流
2、电机闭环控制33.3.1 PID控制算法3第4章倾角检测模块34.1加速度传感器34.2测倾角原理3第5章基于STM32云台系统硬件设计35.1 驱动电路的介绍35.2 倾角检测电路的介绍3第6章基于STM32云台控制系统软件设计36.1 软件设计流程图如下3第7章总结37.1 总结3摘要随着经济社会的开展，人们对于想在高空拍摄地面图片的要求越来越高，云台技术得到了迅速开展并逐步开场应用各个领域。为了能够扩大拍摄视野，便于远程操作，常借助于云台，即把摄像机安装在云台上，通过云台转动来带动摄像机转动，同时通过云台控制协议设置摄像机镜头参数，云台在拍摄系统中起着非常重要的作用。而现在又的云台控制系
3、统普遍采用步进电机作为驱动源，存在着稳定性差、功耗大、计数不准确等特点，而采用体积小，节能环保的直流电机作为驱动源的云台控制系统成为研究的热点，并且具有广阔的应用前景。本文提出以低功耗云台设计为出发点的系统设计方案。以现有的单片机技术和控制理论为依托，研究如何从硬件和软件两方面，对系统进展低功耗设计。硬件核心处理器采用的是意法半导体公司的STM32F103芯片，该芯片使用好高性能且低功耗的的ARM Corte*-M3处理器。云台驱动源采用低功耗的直流无刷电机，在角度计数方面采用加速度计来检测倾角从而实现云台的准确定位功能。论文采用模块化的设计概念，以STM32处理器为核心，通过外围电机驱动电路
4、来驱动无刷直流电机，实现电机的正传与反转，同时由直流电机的转速与其电枢两端的电压成正比，根据这一特性可通过STM32单片机PWM外设控制直流电机的转速。STM32微处理器根据为角度编写的PID算法来调节PWM输出，保证了云台的匀速、稳定、准确运行。关键词：STM32 直流电机驱动 PWM 陀螺仪AbstractWith the development of economy and society, people who want to shoot at high altitude ground pictures have bee increasingly demanding, PTZ tech
5、nology has been developing rapidly and gradually began to apply in various fields. To be able to shoot horizons e*pand, easy remote operation, often by means of PTZ camera that is mounted on the head, led by head rotation to rotate the camera, while the camera lens control protocol parameters set by
6、 the head, the head in the shooting system plays a very important role. And now the head stepper motor control system widely used as a driving source, there is a poor stability, power consumption, the count is not accurate, etc., and the use of small, energy-saving DC motor as a driving source tilt
7、control system bee a hot research and has broad application prospects.This paper presents the design of low-power system design PTZ starting point. E*isting microcontroller technology and control theory as the basis, to study how the hardware and software aspects of the system low-power design. Hard
8、ware core processor uses the STMicroelectronics STM32F103 chip that good use of high-performance and low-power ARM Corte*-M3 processor. PTZ driver source using low-power DC motor, using gyroscopes to achieve in terms of the angle of the head count of the precise positioning.Paper uses a modular desi
9、gn concept to STM32 processor as the core, through the peripheral motor drive circuit to drive the brushless DC motor to achieve Story and reverse the motor, while the voltage is proportional to the rotational speed of the DC motor armature ends its according to this feature DC motor speed can be co
10、ntrolled by STM32 microcontroller PWM peripheral. STM32 microprocessor prepared according to the angle of the PID algorithm to adjust the PWM output to ensure that the head of the uniform, stable and accurate operation.第1章绪论1.1 课题研究背景随着社会的快速开展，视频监控和拍照得到了越来越广泛的应用。目前在国可知，拍照技术大局部都是利用手持摄像机来拍照，这样拍照有个缺点就是
11、，摄像机不能随着的控制拍照方向和角度。因此，为了，解决这个问题。我们就把摄像机安装在云台上，利用无刷电机来控制其自由转动。由于自身行业领域中的丰富工程经历，赢得了更多的市场时机。云台控制拍摄应用于各种领域，比方应用于小区，学校，医院等楼宇监控。用在最大的地方是航模拍摄。而目前市面上的传统的云台只重视功能的实现，忽略了云台的构造设计，大多数采用能耗高，便于实现的步进电机作为驱动源，对于太阳能和风能提供电源的的森林防火系统来说无疑是致命的，功耗的大小直接决定着云台的运行时间，而云台的运行时间是整片平安与否的最直接表达。由上可知，既有强大的完善的功能，又可实现低功耗长时间可靠的云台控制系统才是最受好
12、评的云台控制系统。为了满足这种需求，本文硬件以STM32驱动无刷直流电机为根底，配合加速度计来设计一种基于STM32低功耗云台控制系统。1.2 国外云台研究开展现状在国，随着科技进步和社会的开展越来越多的云台摄像工程在各地域分布广泛，并且应用也非常的广泛。电动云台控制器有置解码器和外置解码器两种，外置是指将各种接线引出云台机械构造的外部，通过控制器给出相应的控制信号。相反，置解码器就是安装在云台部，这样看起来与云台是一体的，通过串行通讯来控制云台。为了满足摄像系统一体化的要求，渐渐采用了置解码器的方式。最初云台是固定不能转动的，主要是为了支撑和保护摄像头。安装过程中可以调节摄像头的水平和俯仰角
13、度，到达适宜位置后锁定调整构造就可以了。后来在云台部安装了两个执行电机，开展可以水平、垂直方向转动的电动云台，可以通过发送控制信号来调节角度，并且扩大了摄像围。由于快速球型一体化设计，曾经一度领先云台的开展。但是随着智能云台的改良、更新，在技术方面已经可以和快速球型摄像机相媲美。由于云台外观构造的特殊性，使云台的性能在其他方面甚至超过了快速球型摄像机。国的云台最初也是从国外引进的，像美国的派尔高、日本的索尼等公司的云台产品。随着一体化摄像机的开展，国也涌现出了一局部公司开发云台，如艾力克、明景等表现不俗。虽然在知名度上与外国品牌还有一定的差距，但是中国还是有了自己的品牌。随着市场需要的扩大，越
14、来越多的的公司参加到云台技术的研究当中去，使得云台技术渐渐成熟，在高、中、低端设备各个档次的都有。根据不同的场合，产生了不同的特殊功能的云台。如在室外，就要求能适应恶劣的室外环境，防水、防尘，低温的地域要求在很低的温度下设备依然运行正常，腐蚀性严重的地方要求能防腐蚀。在不同场合要求构造不同，随着摄像机云台的集成化、一体化、数字化、网络化，智能云台也开展起来了。不再满足于最初的仅仅控制转动方向和摄像头参数，向着智能化、人性化的方向，与摄像机取长补短，共同开展。1.3 本文的主要工作和构造安排第一章主要首先主要阐述了本文的研究背景和意义，阐述了云台摄像机系统的开展历程，并对国外云台技术开展状况和未
15、来的开展作了介绍。第二章对系统的硬件组成局部进展阐述，首先对STM32微控制器的高性能、低功耗进展了阐述。其次说明了直流电机的分类，最后详细介绍其工作原理。第三章主要是直流电机的驱动，首先介绍了一款高电压、大电流驱动芯片L298N，该芯片可以同时驱动两台直流电机。其次阐述闭环控制理论及其PID控制算法。第四章主要介绍的是如何利用加速度计进展倾角检测。其主要原理就是利用重力加速度在各轴上产生的分量，构建三角函数关系，然后通过求反三角函数计算出倾角。第五章主要介绍了基于STM32低功耗云台控制系统的硬件设计电路，并对STM32最小系统做详细的说明，其次介绍了针对于电机驱动芯片L298N的电机驱动。
16、第六章主要针对基于STM32低功耗云台控制系统的软件设计方案，对于云台控制协议进展详细的讲解，针对第三章讲解的PID算法控制理论给出了电机转速控制的PID算法，最后详解基于STM32的PWM电机驱动。第2章系统概述2.1 STM32F103处理器2.1.1 STM32 F107处理器概述 STM32系列基于专为要求高性能、低本钱、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Corte*-M3核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103增强型系列和STM32F101根本型系列。增强型系列时钟频率到达72MHz，是同类产品中性能最高的产品；根本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最正确选择。两个系列都置32K到128K的闪存，不同的是S
