云台控制系统开题报告

云台控制系统开题报告

篇一：开题报告-网络摄像机云台高

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。然而在一些大型场合若使用不带云台的摄像机，比

如枪型摄像机，其只能查看一个场景，不能切换场景，使用上非常不灵活。若需要查看几个场景的话，必须使用好几台枪型摄像机，大大的增加了成本及人力管理资源。由此可见云台在视频监控行业里也是一个重要的模块。

我选择的课题是“网络摄像机云台高精度控制算法与实现”。选择该课题的目的是为了去研究如何通过软件进一步提高云台预置位的精度。现在大部分做视频监控的厂家云台控制的电路虽然所使用的控制芯片有所差异，但是其电路基本原理基本上都是类似的，但是有的厂家作出来的云台精度能达到很高，而有些厂家云台精度却是另一个档次，其中最重要的原因就是软件上设计的不好，存在一些缺陷或者说是存在一些转动误差没有克服。究其根本原因在于视频监控行业起步比较晚，技术上发展水平赶不上国外的一些厂家，特别是软件的算法和编码。同样，作为视频监控行业的一个模块——云台控制目前在国内没有一个标准的算法或者说是软件架构，大部分厂家都是自主研发的，做的好的厂家软件上的缺陷很少，而精度做的差点的厂家其软件上没

能很好的克服转动误差，导致预置位出现偏差。云台这个模块网上的资料也比较少，百度上最多告诉你云台控制的大致原理，涉及到具体算法或者说软件架构几乎是一片空白。

选择该课题的意义在于提高云台预置位的精度。现在百度一下就知道一般云台的精度都在0.1~0.2度之间，而云台

精度在0.01度左右的几乎没有。虽然这个硬件有一定关系，但是若是能将云台电机的最小微步数减小到0.01度以下，那么只要软件上算法没有什么缺陷，有希望能将云台的精度精确到0.01度左右。选择本课题的目的是通过不断学习和实践，通过软件算法克服机械误差，使云台的精度提高到更好的水平。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

云台控制核心在于云台转动过程中的精度，或者说是到达某个预先设定好的位置的精度。因此研究的基本内容是如何通过软件算法克服云台机械上的误差，使云台预置位的偏差在0.01°范围左右。

拟解决的问题：

1、控制云台转动的步进电机最小微步必须小于0.01°

现在很多厂家生产的步进电机，即使是高精度的步进电机，其精度也一般在0.9度/步左右，没有最小步距角在0.01度以下的。因此必须借助外围电路，拟利用带细分功能的电机驱动芯片来实现驱动和细分电机的每一步，这样云台转动过程中没有抖动现象，再利用软件上的算法对高精度步进电机实现精确微分，克服云台机械上的偏差，使电机的转动的最小步距角能小于0.01度。

2、云台安装好后，设定好预置位后，球机能达到先前设定的预置位。

云台的最重要作用在于能够准确地到达预置位，而不是普通的转动。因此要实现云台能够准确地到达预置位，就必须借助传感器来实现。这里拟用光耦为云台建立坐标系，光耦触发主控芯片外部中断，一个光耦用于建立云台水平坐标原点，另一个电机用于云台垂直方向建立坐标系原点。然后在软件上利用该原点进行一系列的换算，依靠算法建立云台虚拟坐标系，保证设定好的预置位后，云台能够准确地到达该预置位。

3、通信协议的制定

要实现对云台的高精度控制，必须要自定义一套通信协议，利用通信协议对云台下发一系列命令，使云台得到很好的控制，通信协议的定义必须考虑复杂度问题，过于复杂的协议云台会花费较多时间解析协议，不利于云台立即响应收到的命令；而过于简单的话会给后期命令的增加造成困难，因此需要一套合适的协议，这里拟用少于13个字节组成的一组数据作为命令的一种格式，具体命令待详细制定

4、如何保证通信的可靠性

除了拥有通信协议外，还有一个最重要的因素就是通信的可靠性，若云台通信不可靠，则在通信过程中容易出现死机或者说是下发的命令不再被执行，这种情况的出现是非常危险的，像一些工作在监狱里的带云台摄像机，若是不能转动了，产生后果将是十分严重的，所以通信的可靠性在设计