摄像头云台设计报告
监控系统中电动云台的设计与方案简绍
目前已很少采用这种电路。
在控制器大都采用单片机的情况下, 电动云台 开关容易损坏， ...........TTL 电平去控制云台和镜头控制器 上'下 左a —— 右 公共端一光圈大严光圈小 一—聚焦远------- O ------- * I ―O聚焦近O 变倍进 ------- 4 -------变倍出变倍要用锁存的变焦镜头第10章 电动云台和变焦镜头控制0.1基本驱动电路 10.2串行传送控制信号 10.3单片机解码器 10.4硬件解码器10.5控制器和解码器的连接10.1 基本驱动电路在控制室，除了要对视频信号进行切换，在视频信号上叠加地点、日期、时间等附加信息 外，还要对摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制。
电动云台通常有水平旋转和俯仰旋转两个电机可以进行正、反向旋转，四个动作分别称为上、下、左、右。
电动云台的电机大部分是交流电机，这种电机有两个绕组，两 个绕组有一个公共端，当一个绕组接交流电压时， 另一绕组经移相电容接入交流电压，当交流电压分别从两个绕组接入时，可使电机作正向或反向旋转。
两个电机的公共端接在一起，一共有五根控制线。
变焦镜头通常连接有光圈、 聚焦和变倍三个控制电机，可以正、反向旋转。
六个动作分别称为光圈大、光圈小、聚焦远、聚焦近、变倍进、变倍出。
变焦镜头的电机大部 分是直流电机，直流电机加正向电压后正转， 加反向电压后就会倒转。
三个电机共用一个接地端，共有四根控制线。
在摄像机离控制室比较近的情况下，可用多芯电缆将 10个动作的控制电压从控制室传到摄像机处。
图10—1是用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头控制电压的电路图。
在控制室 利用琴键开关将交直流电压加到电机的控制线上。
电动云台虚线框内的线路中4个常闭触点是4个限位开关，当云台旋转到压住限位开关后，常闭触点断开，云台不再往该方向旋 转。
这种电路使用很多机械开关，因电机启动时的大电流和电机断开时的高反压,& D D — U+ u_ 地图10 — 1用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头控制电压电路图L光圈聚焦D310.1.1电动云台的驱动单片机用锁存器输出的 TTL 电平来控制电动云台。
简易拍摄云台设计方案
简易拍摄云台设计方案
设计方案如下：
1. 云台结构设计
- 云台主体采用金属材料制造，具有一定的稳定性和承重能力。
- 云台顶部设有相机固定装置，可以固定各种大小型号的相机。
- 云台底部采用球面连接装置，可以实现全方位的旋转和倾斜角度调节。
2. 云台控制系统设计
- 云台内部集成高精度的电机和传感器，可以精确控制云台的运动。
- 云台控制系统采用无线遥控方式，使用者可以通过遥控器调节云台的角度和运动速度。
- 云台还可以配备APP控制，使用者可以通过手机APP进行更加灵活的操作和控制。
3. 云台稳定性设计
- 云台底部设有防滑垫，可以增加云台与支架的摩擦力，提高稳定性。
- 云台内部设有防震装置，可以减少相机拍摄时的震动，保证画面的清晰度。
- 云台底部设有平衡调节装置，可以根据相机的重量和大小进行调节，保证云台的平衡状态。
4. 云台电源设计
- 云台可以使用可充电电池供电，方便室外拍摄和移动使用。
- 云台底部配备电池仓，可以容纳多节电池，延长使用时间。
- 云台还可以通过电源适配器直接接入交流电源，保证长时
间拍摄的稳定供电。
以上是一个简易的拍摄云台设计方案，可以根据实际需求和市场需求进行进一步的改进和优化。
智慧云台系统设计方案
智慧云台系统设计方案智慧云台系统设计方案一、概述：智慧云台系统是一个基于物联网技术的智能监控解决方案，旨在提供实时视频监控、远程控制、智能分析以及云存储等功能。
通过集成多种传感器和网络通信技术，实现对目标的全方位监控和管理，提供更加智能化、高效化的监控服务。
二、系统组件设计：1. 摄像头：智慧云台系统的核心组件，用于实时拍摄目标物体的图像，并将图像传输到系统服务器进行处理。
2. 云台控制器：负责控制云台的运动，使摄像头能够在水平和垂直方向上进行360度全方位的旋转，以实现对目标的跟踪和监控。
3. 传感器：包括红外传感器、声音传感器和温度传感器等，用于检测周围环境的变化，如有人进入监控区域、声音的变化等，以提供智能化的监控和报警功能。
4. 服务器：接收并处理从摄像头传输的图像数据，通过图像识别和智能算法对目标进行分析和识别，同时提供远程访问和控制功能。
5. 数据存储：将监控视频数据存储在云端，提供长期存储和数据查看功能，同时提供数据备份和恢复功能，以确保数据安全和可靠性。
6. 客户端应用：提供用户界面，用户可以通过手机、平板电脑或电脑等终端设备，实时查看监控视频、远程控制云台运动、查看历史视频数据等。
三、系统功能设计：1. 实时监控：通过摄像头和云台的配合，实现对目标的实时监控，用户可以随时查看监控画面。
2. 目标跟踪：通过智能算法和图像识别技术，实现对目标的自动跟踪，当目标离开摄像头视野时，云台自动调整角度，保持目标在监控范围内。
3. 智能分析：通过图像识别和智能算法，对目标进行分析，如人脸识别、行为分析等，提供智能化的监控和报警功能。
4. 远程控制：用户可以通过客户端应用，远程控制云台的运动，实现云台的远程监控和调整。
5. 数据存储和查看：监控视频数据存储在云端，用户可以通过客户端应用随时查看历史视频数据。
6. 报警功能：当检测到异常情况时，如有人进入监控区域、声音的变化等，系统可以自动报警，同时发送报警信息给用户。
摄像头云台设计报告
%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)一、系统方案本系统主要由两个模拟舵机模块、mpu9250模块、摄像头模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
毕业设计-基于VC的云台镜头控制操作台软件设计
基于VC的云台镜头控制操作台软件设计摘要随着多媒体技术和网络通信技术的迅速发展，数字视频监控技术在多种领域得到越来越广泛的应用。
而在在数字视频监控系统的设计与实现中，对云台的方位控制是系统执行的重要任务之一.云台是一种用于监控时调整摄像头位置的设备，云台镜头的控制是整个闭路监视系统一个重要组成部分。
本文设计了一种基于VC的云台镜头控制操作台软件，用以监控设备中能对云台起控制作用的软件。
该控制软件能控制云台的垂直运动和水平运动，以及摄像机的聚焦/散焦，变倍近/远、光圈变大/小等。
论文首先介绍了课题的应用概况，分析了监控系统和云台软件的功能概况，并针对这些功能提出了设计的实现方案，对云台中的通讯协议PELCO-D协议做了详细介绍。
其次论文详细介绍了本设计软件开发的全过程，给出了主程序、数据发送程序、运动控制程序和雨刷镜头控制程序的软件流程图。
通过调试，起到了很好的控制效果关键字：云台；监控系统；VC；操作台The PTZ camera control based on VCconsole software designAbstractWith the multimedia technology and the rapid development of network communication technology, digital video surveillance technology in many fields more and more widely. In the digital video surveillance system design and implementation, on the head of the orientation control is the system to perform important tasks. PTZ is a camera for monitoring, adjust the location of equipment, PTZ camera control is the closed-circuit surveillance system is an important part.This paper presents a PTZ camera control based on VC's console software for monitoring devices can head a controlling software. The control software can control the head of the vertical movement and horizontal movement, and the camera's focus / defocus, zoom Near / Far, aperture bigger / smaller, etc..Paper first introduces the topic of application profiles, analysis of the monitoring system and PTZ functions of the software profile, and these features make the design for the realization of the program, on the head of the communication protocol PELCO-D protocol introduced in detail. Second, this thesis details the entire process of designing software development, given the main program, the data send process, motion control programs and wipers lens control program flow chart. Through these tests played a good control effect.Key Words：Pan/tilt/zoom,；monitoring system；VC；Consoles目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1云控制应台用概况 (1)1.1.1数字监控系统概述 (1)1.1.2 监控系统的组成 (1)1.2云台控制软件的发展概况 (2)1.2.1 云台控制软件简介 (2)1.2.2 云台控制软件的原理 (2)1.2.3 云台控制软件的发展现状 (2)1.3工作内容和章节安排 (3)2软件分析和方案设计 (4)2.1软件功能分析 (4)2.2软件设计方案 (5)2.2.1 设置模块 (5)2.2.2 按钮模块 (6)2.2.3通讯模块 (7)3串行通信的实现 (8)3.1串行通信概述 (8)3.2串行通信介绍 (8)3.2.1 串行传送方式 (8)3.2.2 串行通信方式 (9)3.2.3 通信协议介绍 (10)3.2.4 RS-485标准 (12)3.3 PELCO-D协议 (13)3.3.1 PELCO协议应用 (13)3.3.2 PELCO-D协议内容 (13)4软件设计及实现 (16)4.1控制系统软件概述 (16)4.2开发工具和软件编制环境简介 (17)4.3软件程序流程图 (18)4.3.1 主程序软件设计 (18)4.3.2 运动控制流程 (19)4.3.3 雨刷控制流程 (20)4.3.4 数据发送程序 (20)4.4软件程序 (21)4.4.1 程序功能 (21)4.4.2 界面展现 (22)4.4.3 变量/函数声明 (23)4.4.4 初始化操作 (23)4.4.5 按钮功能实现 (24)4.4.6 数据发送 (24)5毕业设计总结 (25)5.1论文总结 (25)5.2设计中的经验总结 (25)5.3个人经验总结 (26)6致谢 (26)7参考文献 (27)8附录 (29)9外文资料翻译及原文 (36)1绪论1.1云控制应台用概况1.1.1数字监控系统概述数字监控系统是指通过软硬件将监控头采集到的图像处理成数字信号，传送到电脑进行处理。
毕业设计-云台控制器的软件设计
摘要近年来，视频监控得到了迅速发展，其应用范围越来越广。
为扩大监控范围，改善监控视野，可以借助于云台，即把摄像机装在云台上，通过云台转动带动摄像机旋转，同时可以控制摄像机镜头的参数。
云台在监控系统中起着关键的作用，它直接反映监控系统的监控指标。
本文设计了一种基于AT89C52单片机的电动云台控制器。
该控制器能够接收控制台的控制命令，控制云台的垂直运动和水平运动，以及摄像机的聚焦/散焦，变倍近远、光圈变力小，以调整摄像机的视野.本文在介绍课题的应用背景的基础上，重点分析了云台所具备的功能，并针对这些功能提出了本设计的实现方案。
在软件程序设计中，简要介绍了串行通讯的基本知识和详细说明了应用于云台中的通讯协议PELCO-D和PELCO-P等协议，并在此基础上设计了各部分的软件流程图。
最后阐述了本设计所采用的有关软件可靠性方面的措施。
通过调试、系统的实际运行，验证了本设计运行稳定，实现了云台的上下左右旋转，实现了对镜头聚焦、变倍、光圈的控制。
达到了预期的应用目标。
关键词：云台，协议,监控系统，解码器ABSTRASCTIn recent years, the development of video surveillance is rapid, the range of applications become wide. In order to expand the scope of monitoring and improve the monitoring of vision, The pan/tilt/zoom (PTZ) can be used, which means to put a camera on a PTZ and to control the PTZ camera rotating. At the same time, the parameters of the camera lens can be controlled. The PTZ play a key role in the monitoring system, it reflects the performance of monitoring system.In this paper, a controller for electric PTZ, which is based on microcomputer AT89C52 and applied in explosion-proof PTZ system, has been designed. It can receive commands from the controller, which control the PTZ motion, the camera, NEAR/FAR, TELE/WIDE, Close/Open. The parameters of the camera can be saved in memory.First of all, the background of the subject, the classification of PTZ and the development of PTZ Controller are introduced. The functions of PTZ are analyzed. A program for these functions is proposed. Secondly, the entire process in detail about software is described. In the process of software design, the basic concepts of serial communication and both the PELCO-D and PELCO-P protocol are introduced. The main software programs and subroutine are finished. Finally, the reliability design about software is described.Through the actual running of the system, it is proofed that the system runs stable. The PTZ rotating and the parameters of the camera lens and Preset function can be controlled. The goal of the expected is achieved.KEY WORDS: pan/tilt/zoom, protocol, monitoring system, decoder前言云台控制器是视频监控系统中重要的前端控制设备，它接收中心控制设备发送的串行编码信号，通过软件解码后驱动不同的硬件电路，以控制云台、镜头、辅助照明灯光、雨刷等操作，能方便地跟踪被监控目标。
视频会议云台设计方案
视频会议云台设计方案随着互联网技术的不断发展和应用，视频会议已经成为了企业间沟通和协作的重要方式。
在视频会议中，云台作为一个重要的辅助设备，能够实现摄像头的远程控制和调整，提升会议参与者的体验和效果。
本文将介绍一个视频会议云台的设计方案。
首先，视频会议云台需要具备远程控制功能。
用户可以通过操纵面板或者手机APP等方式，实现对云台的远程控制，包括摄像头的旋转、提升和调焦等功能。
通过远程控制，可以满足不同场景下的摄像需求，提供更好的会议体验。
其次，视频会议云台需要支持多种摄像头的连接和切换。
为了适应不同的会议需要，云台需要支持不同类型和规格的摄像头的接入，例如高清摄像头和广角摄像头等，用户可以根据不同的会议需求进行切换。
同时，云台还需要支持自动识别和切换摄像头的功能，提供智能化的会议体验。
再次，视频会议云台需要具备稳定而灵活的运动性能。
云台的设计需要考虑到稳定性和灵活性的平衡。
一方面，云台的底座和连接部件需要牢固且稳定，确保云台在运动过程中不会产生晃动和噪音，保证摄像头的稳定图像输出。
另一方面，云台的运动应该灵活和顺畅，可以实现360度无死角的平滑转动，满足会议中各个角度的需求。
最后，视频会议云台需要具备高度的兼容性和扩展性。
云台应该支持常见的视频会议软件和硬件设备，例如Zoom、Teams和Polycom等，能够与其无缝对接，提供稳定的视频会议服务。
云台还应该具备扩展接口，例如USB和HDMI接口，方便用户连接其他外部设备，如电视、音频设备等，提供更丰富的会议体验。
综上所述，一个优秀的视频会议云台设计方案应具备远程控制功能、多摄像头连接和切换、稳定而灵活的运动性能，以及高兼容性和扩展性。
通过这样一个设计方案，可以提升视频会议的效果和体验，满足企业间沟通和协作的需求。
航拍云台控制实施方案设计-0108
方案设计报告
图1 方案一设计图
使用铝型材来搭建云台整体的支架，
型连接件，将摄像头，以及控制摄像头的电机等固定在亚克力板下方。
当用手去晃动亚克力板，亚克力板将会产生一定角度的倾斜，此时用下方的电机控制摄像机的角度，使摄像头的角度始终保持在一个恒定的角度。
在摄像头安装有角度传感器
斜角度，并将角度进行反馈，有了这个测角装置后，我们可以判断出云台为保持水平需要转动的角度，从而控制下方电机来控制摄像头使其保持稳定。
同时此设计还可以在亚克力板不动的情况下，利用下方电机直接控制摄像头进行不同角度的拍摄。
图2 方案二设计图
航拍云台控制实施方案设计-0108
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任务27 摄像机云台设计与实现[17页]
![任务27 摄像机云台设计与实现[17页]](https://img.taocdn.com/s3/m/e2542b9e5901020206409c56.png)
步进电机工作流程
A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向 原有一定角度，在磁场的作用下，磁场会带动转子旋转一角度，使得转 子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
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项目分析
本项目设计中主要是步进电机的控制使用，硬件结构主要由CC2530 单片机、步进电机组成。通过单片机控制步进电机实现电机旋转角 度的变化。
//步进电机方向设置
//延时5us //步进电机旋转
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项目实现
步进电机正转
void forward(int data) { dir = 0; PIN_EN = 0; step(dir, data); PIN_EN = 1; }
//步进电机方向设置 //启动步进电机
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对输出端口； ENABLE为使能端。
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步进电机控制程序逻辑
开始 初始化系统时钟
初始化LED 初始化步进电机
初始化按键
否
K1按下
是
电机正转
K1按下
否
是
电机反转
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项目实现
步进电机初始化
void stepmotor_init(void) { P0SEL &= ~0X07; P0DIR |= 0X07; }
项目思考
步进电机的工作原理？ 步进电机的工作流程？
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步进电机的相关术语
相数：产生不同对极 N、S 磁场的激磁线圈对数。常用 m 表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示，或指
电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方 式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-DDA-A。 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360 度/（转子齿数*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为 50 齿电机为例。 四拍运行时步距角为θ=360 度/（50*4）=1.8 度（俗称整步），八拍运 行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9 度（俗称半步）。
摄像机与云台的选型报告
摄像机与云台的选型报告题目：◆摄像机与云台的选型报告◆画出摄像机、云台的接线图、完成接线收费监控系统通过对摄像机极其补助设备（镜头、云台等）遥控，可在监控室内直观地观看监视收费场所的一切情况，并把被监视场所的图像内容、声音内容以及叠加在图像上的收费数据等信息全部或部分地记录下来，传到收费站监控室，实现监控员在监控室实时观察和系统自动记录收费亭收费员工作情况、车辆通过收费车道以及收费广场等实况，给个别有不文明与作弊行为的人造成心理威慑，防止逃费与制止作弊，并通过实时记录的资料进行各种形式的稽查，为收费违纪违法行为处理提供确凿的证据。
一．摄像机的选型选用摄像机一般要遵循以下原则：（1）高线数（480线以上）的工业标准摄像机。
（2）低照度（≤0.1lx）。
最低照度达到0.01lx，在黑夜光照度较低的情况下，也能够获得清晰地图像效果。
（3）采用大尺寸CCD。
由于1/2摄像机标靶尺寸比1/3摄像机的标靶尺寸大，因此成像效果更为优良。
（4）具有超宽动态拍摄功能。
能在高反差以及照明突变的情况下，快速、精确地进行响应，从而获得高质量的影像画面。
（5）具有超级降噪技术，能够消除动态图像噪点、图像阴影和拖尾现象。
特别是在解决由车头灯造成的路面交通监控或停车场监控问题时，低拖尾度尤其重要。
（6）采用工业级器件，具有良好的全天候工作能力，长期运行稳定可靠。
（7）要有防护罩和防雷保护装置。
示例1：收费亭摄像机选型能够适应亭内的光线变化较大、画面明暗反差明显的需要。
由供电监控中心，不受收费亭内电源控制。
且收费亭内照度过低时（收费亭内停电），能够打开辅助照明灯，以便能够清晰拍下收费员的钱票交接过程。
品牌：金三立型号：ST-CC4095 价格：5000外观灵巧、功能先进的彩转黑型固定半球摄像机1)采用1/3英寸CCD2)水平清晰度：540线；信噪比：≥50 dB（AGC OFF，Weight On时）；水平分辨率：彩色550线/黑白600线3)自动昼/ 夜转换功能，带红外滤光片4)自动暗区域补偿技术(ABS) 在保持亮区图像清晰度的前提下提高了暗区的图像清晰度。
教学摄像头展台设计方案
一、设计背景随着教育信息化的推进，教学摄像头在课堂教学中发挥着越来越重要的作用。
为了提高教学效果，满足现代教育需求，本文提出一种教学摄像头展台设计方案，旨在提升教学视频的拍摄质量，为教师和学生提供更好的教学体验。
二、设计目标1. 提高教学视频拍摄质量，保证画面清晰、稳定。
2. 适应不同场景需求，实现灵活调整。
3. 操作简便，便于教师和学生使用。
4. 兼具美观与实用性，营造良好的教学氛围。
三、设计方案1. 展台结构（1）材质：选用高强度铝合金材质，具有轻便、耐用、抗腐蚀等特点。
（2）尺寸：根据教室空间和摄像头尺寸，设计展台尺寸，确保摄像头安装稳定。
（3）支撑：采用三脚架设计，具备360度旋转功能，方便调整摄像头角度。
2. 摄像头选择（1）品牌：选择知名品牌，如大疆、索尼等，保证摄像头质量。
（2）性能：选择高清摄像头，分辨率不低于1080P，满足课堂教学需求。
（3）镜头：采用大广角镜头，覆盖整个教室，保证画面完整性。
3. 展台功能（1）摄像头调节：配备手动调节装置，方便教师根据需求调整摄像头角度和距离。
（2）电源：配备内置锂电池，实现无线供电，方便移动使用。
（3）存储：配备U盘插槽，方便教师存储教学视频。
（4）散热：采用散热孔设计，保证摄像头在长时间工作时不会过热。
4. 操作界面（1）触摸屏：配备高清触摸屏，实现一键切换摄像头模式、调节亮度、对比度等功能。
（2）语音控制：支持语音控制，方便教师在不便操作时进行摄像头调整。
四、设计方案优势1. 轻便易携：铝合金材质，便于教师携带和移动。
2. 灵活调整：三脚架设计，可360度旋转，满足不同场景需求。
3. 操作简便：触摸屏和语音控制，方便教师使用。
4. 质量可靠：知名品牌摄像头，保证画面质量。
五、总结本教学摄像头展台设计方案，旨在提高教学视频拍摄质量，为教师和学生提供更好的教学体验。
通过合理的设计和选材，实现教学摄像头在课堂教学中的高效应用。
主动稳定云台设计
主动稳定云台设计主动稳定云台是一种用于摄影和机器人领域的装置，它使用陀螺仪和稳定系统来控制摄像机或机器人的运动，使其保持平稳和稳定的工作状态。
主动稳定云台的设计致力于解决摄影和机器人领域常见的晃动和不稳定问题，提供更加清晰和稳定的图像和视频输出。
为了实现主动稳定的功能，设计一个有效的主动稳定云台需要考虑以下几个方面：1.陀螺仪系统：陀螺仪是主动稳定云台的关键组件之一、它能够检测到云台的旋转和晃动，并将这些信息传递给稳定系统进行控制。
设计陀螺仪系统时，需要选择一个精度高、响应快的陀螺仪，以确保能够准确地检测到云台的运动。
2.稳定系统：稳定系统负责根据陀螺仪的反馈信息来控制云台的运动，使其保持稳定。
稳定系统可以采用PID控制算法或者其他类型的控制算法来实现。
设计稳定系统时，需要考虑不同的工作环境和运动要求，并对算法进行适当的调整和优化。
3.电机和驱动系统：云台的稳定运动依赖于电机和驱动系统的性能。
选择合适的电机和驱动系统对于实现稳定运动非常重要。
电机应具有高扭矩和高精度控制的特点，同时也要考虑其功耗和噪声等因素。
4.动力系统：云台需要提供适量的电力供应来确保其正常工作。
设计动力系统时，需要考虑能量的持续供应和效率的优化。
这可以通过选择高效的电池或者接入外部电源来实现。
5.结构设计：云台的结构设计应该考虑到稳定性和负载能力。
稳定平台应该具有足够的结构强度和稳定性，能够承受外界的振动和冲击。
同时还应该考虑到负载能力，以适应不同摄像机或机器人的需求。
6.人机交互接口：云台的设计也应该考虑到用户的使用体验和便利性。
设计一个友好的人机交互接口可以帮助用户轻松控制和调整云台的运动，并提供实时的稳定反馈信息。
综上所述，主动稳定云台的设计需要考虑到陀螺仪系统、稳定系统、电机和驱动系统、动力系统、结构设计以及人机交互接口等多个方面。
只有在这些方面进行深入的研究和优化，才能设计出一个高效、稳定且易于使用的主动稳定云台。
开题报告-网络摄像机云台高精度控制算法与实现
毕业设计（论文）开题报告题目网络摄像机云台高精度控制算法与实现学院通信工程学院专业通信工程姓名班级学号指导教师一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1、国内云台研究动态：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步进电机组成的用于承载镜头的支架，其中一个步进电机负责控制云台水平转动，另一个步进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360°范围内，垂直180°范围内转动。
带云台的摄像机已占据了视频监控行业的半壁江山，很多厂家都有专门负责云台方面研究的团队。
云台质量的好坏，主要在于预置位的精准度，预置位即是预先设定好一个位置，当需要摄像机镜头重新回到某个位置时候，只要调用预置位。
回到预置位的偏差越小，说明云台的精度越高，做的好的厂家像大华、海康等视频监控厂家云台转动精度能达到0.2°以内，即设定一个预置的位置，云台转动到该位置的偏差不会超过0.2°。
而精度差点的产品精度可能就大于这个值了，现在很多厂家都在致力于云台转动精度问题，主要是预置位的精度，以及如何自动矫正预置位的偏差，目前大部分云台都不带转动偏差校正功能，而市场上有转动偏差校正的云台虽然能在云台出现较大偏差时候进行校正，但是其每次转动的误差会比没有偏差校正的云台误差大，因为校正的过程会引入偏差。
因此，拥有转动偏差校正而且能够将校正误差减小的云台是许多公司的追求。
2、选题依据和意义：云台在球型摄像机中扮演的角色非常重要。
在一些大型场合，比如说大型超市，一般都安装球型摄像机，因为球型摄像机转动灵活，可以快速地转动到某个角度，也可以全场监控，当发现画面中的某个区域有异常情况时候，操作人员可以手动快速移动到那个区域，再利用摄像机镜头变倍功能可进一步查看异常区域。
在一些大些场合，球型摄像机也可以设定几个预置位，然后启动自动巡航，每隔一段时间球型摄像机可以依据云台自动地切换另一个场景或画面，使用非常灵活。
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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0.2°（大部分时间可达到0.1°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0.2°。
云台从开始修正到角度偏差小于0.2°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0.2°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 (2)1、可达到的最高角度精度的理论分析 (2)（1）模拟舵机原理 (2)（2）stm32定时器计算................................ 错误!未定义书签。
2、PID参数的计算 (2)（1）PID原理分析和算法设计 (2)（2）PID参数理论估计值计算 (2)（3）PID参数的测试与修改 (2)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 (3)（3）电源 (4)2、程序的设计 (4)（1）程序功能描述与设计思路 (4)（2）程序流程图 (4)四、测试方案与测试结果 (6)1、测试方案与论证 (6)2、测试条件与仪器 (7)3、测试结果及分析 (7)（1）测试结果(数据) (7)（2）测试分析与结论 (7)五、参考文献 (7)附录1：电路原理图 (8)附录2：源程序 (9)一、系统方案本系统主要由两个模拟舵机模块、mpu9250模块、摄像头模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、模拟舵机的论证与选择方案一：使用模拟舵机和算法修正。
模拟电机有其局限性，首先其最大转速不快，0.17s能转动60°，同时经过实测，舵机在本身转动时，有可能会有一定的过冲，因为内部控制系统，会自动往回修正一定距离，但是精度也并不高。
但是模拟舵机成本低，控制简单，控制时只需要调整一定的pwm波占空比就可以轻松控制转动的角度，由于是角度伺服电机，最大只能转动180度，出现部分故障时危险较小。
尽管精度低，但是理论上只要使用PID算法进行合理的设计，将参数测试合理，反馈的角度精确且速度较快，经过调试也可以达到很高精度。
方案二：使用步进电机。
步进电机本身精度较高，控制时只需要按照预定的角度调整pwm波可以进行指定角度的转动，若配合反馈的角度进行控制应该也很容易达到精度要求。
但是步进电机体积十分庞大，同时由于其本身的驱动不能直接使用单片机而还需要使用步进电机驱动器才能驱动，同时使用两个步进电机不仅涉及云台时需要预留很大空间，还需要合理摆放驱动器。
可能会在机械系统设计时花费更多的时间和精力，消耗大量时间。
方案三：使用无刷电机。
使用无刷电机转动速度会比上述两种电机都快，不过由于速度快，对于PID算法的要求也相应提高，且无刷电机也需要使用电调才能使用单片机控制。
虽然其速度快，但是对于摄像头云台来说，过快的响应速度意义并不是特别大。
摄像头云台更看重精度，而无刷电机相对上述两种电机来说对于高精度的角度控制略有难度。
综合以上三种方案，方案一的优点在于灵活方便，体积较小，方便机械结构的设计，价格经济，使用角度进行修正也可以达到很高的精度，选择方案一。
2、mpu9250模块的论证与选择方案一：mpu6050模块。
Mpu6050是一款六轴陀螺仪，对于角度的检测和加速度的测定都有较高精度，且相对较为便宜，广泛运用于各种需要角度，位移控制的控制系统中，但相对于mpu9250而言，少了三个方向的地磁角。
方案二：mpu9250模块。
Mpu9250模块与mpu6050在角度和加速度的测定上是一样的，但是mpu9250在测定内容上多了三个方向上的地磁偏角，可以使用算法利用地磁偏角对原本测定的角度进行修正，相对于mpu6050来说，可达到的角度精度更高。
综合以上三种方案，方案二的优点在于其测定的角度有地磁修正，相对于方案一而言，角度测定更准确，选择方案二。
二、系统理论分析与计算1、可达到的最高角度精度的理论分析（1）使用的模拟电机是角度伺服电机，给一个0.5ms的脉冲时转动到0°点，脉冲最大为2.5ms，转动到180°。
从0.5ms到1.5ms有2ms的中间值。
（2）若使用stm32的定时器，将定时器的预分频设置为72倍，原时钟频率是72MHZ，则分频之后变成72MHZ/72=1MHZ，即每个时钟周期是1us，占2ms的2000分之1倍，也就是说，经过控制之后的最小分度值应该是180/2000 = 0.09°。
说明以现行参数进行设置，设计可以达到要求的0.5°精度以内。
2、PID参数的计算（1）最终设计时，为了参数计算方便，将0°到180°的中间值分给了1000的pwm值。
即每个值之间相差0.18°（若舵机的分值完全准确）。
PID算法使用了PI算法，使用公式：pwm_differ = kp*Bias + ki * angle_integral_roll;进行pwm的差值计算。
即角度与目标角度每相差一度，就会有kp的pwm修正。
由于舵机的操作方式是固定pwm 占空比转动固定角度，所以采用差值的形式对pwm值进行计算，在每次计算结束后对pwm 值进行修正。
pwm = pwm_differ +pwm;（2）由上述计算量可知，若只有比例参数进行修正则应有：pwm_differ = kp*Bias;Pwm_differ * 0.18°（每个pwm值代表舵机的0.18°，此值为估计值不准确） = Bias。
解方程组得：kp = 5.56。
（3）由于采用的是PI控制，为了避免过大的过冲，kp取比5.56小一些的值，程序中取5，ki作为补偿，取0.5。
完成粗略的取值估计后，进行实际的测试，根据测试结果这样的取值基本能满足系统设计的要求，响应时间基本上在2秒以内，精度能达到0.3°以内。
后经过测试和修正，kp和ki分别修正为4和1，现行精度可达到0.2°以内，响应时间也基本在2秒以内。
三、电路与程序设计1、电路的设计（1）系统总体框图系统总体框图如图1所示，图1 系统总体框图（2MPU9250传输角度数据给单片机计算出当前角度与目标值的差值，根据算法算出补偿的差值将差值加入当前的输出值中，改变pwm波脉冲的时长并发送舵机根据脉冲时长进行姿态修正图2 PID算法控制子系统框图（3）电源电源由航模电池供电，由变压部分，滤波部分，稳压部分组成。
为整个系统提供5V和3.3V电压，确保电路的正常稳定工作。
航模电池的电压约为11.1V，使用一个dc-dc 模块将电压将为5V，再使用一个asm1117-3.3V芯片产生一个稳定的3.3V电压，对两部分电源都进行电容滤波进行稳压，从而完成对单片机系统，舵机等设备的供电。
2、程序的设计（1）程序功能描述与设计思路1、程序功能描述根据题目要求软件部分实现mpu9250数据读取，ov7670的图像显示，舵机的控制，触摸屏的触控，各种控制信息的显示以及PID算法的运行。
1）PID算法的运行：程序快速的将当前系统的角度值读取回来，计算出差值Bias = angle- target_angle。
其中，angle为欧拉角中的滚动角roll和航向角yaw。
然后将差值的积分也一并计算出：Bias_integeral = Bias_integeral + Bias;根据PID算法中的PI算法，使用这两个量值就可以计算出修正值。
2）触摸屏部分：用触摸屏显示当前角度值，目标角度值，输出脉冲大小，显示摄像头模块拍摄到的图像信息，同时设置触控按钮，可以通过触控改变目标角度值的大小。
3）基本驱动部分：配置时钟，定时器，输出pwm波控制脉冲大小，驱动ov7670摄像头正常工作并传输数据，驱动mpu9250并读取相关的角度值数据。
2、程序设计思路驱动配置完成之后。
程序通过mpu9250将当前系统的角度值读取回来，根据PID 算法中的PI算法，将舵机的角度修正值计算出来，再将改修正值通过pwm波脉冲时间的形式发送给舵机，使舵机的角度值改变，使系统的角度按照预设位置高精度变化，从而完成系统的角度控制。
（2）程序流程图1、主程序流程图1、测试方案与论证（1）硬件测试：检查硬件电路图，stm32电路板和相关走线连接没有问题。
打开电源之后，各部分正常运行。
舵机转动时，用数字示波器检查5V电源和3.3V电源，无较大纹波，稳压及滤波电路正常工作。
（2）软件仿真测试：经过仿真，程序能够正常运行，读取数据，数据的相关计算都正常。
（3）硬件软件联调：上电之后，程序正常运行，mpu9250，ov7670，lcd显示屏都正常运行并能传回数据，舵机可以按照指定方向转动。
正常输入目标角度，测定系统的稳定性和精度。
每次改变目标角度10°，查看最终的稳定值与目标角度的偏差以此计算精度。
论证：由于制作的是机械系统，若系统能够稳定运行，运行指标满足题目要求，则系统的测试2、测试条件与仪器测试条件：检查多次，上电之后运行系统检查系统的运行稳定性和系统精度。
测试仪器：数字示波器，数字万用表，指针式万用表。