專利名稱：飛行器航拍云臺(tái)控制器及其控制方法
飛行器航拍云臺(tái)控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛行器航拍控制領(lǐng)域，尤其是一種飛行器航拍云臺(tái)控制器及其控制方法。
背景技術(shù)：
在航空攝影中，由于通用飛行器以性價(jià)比高、起降靈活，環(huán)境條件寬等優(yōu)點(diǎn)，以通用飛行器為載體的航拍云臺(tái)越來越多，相對(duì)應(yīng)的控制器也是各不相同，大多數(shù)云臺(tái)控制器，控制方法單一，只能實(shí)現(xiàn)人為的遙控功能，不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，航拍相機(jī)無法保持始終垂直向下拍攝。因此，航拍影像質(zhì)量一致性較差，后期處理比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)在技術(shù)存在的不足，提供一種可以使飛行器航拍云臺(tái)始終保持水平，調(diào)節(jié)精確，且拍攝準(zhǔn)確穩(wěn)定的飛行器航拍云臺(tái)控制器。本發(fā)明的另一目的是提供一種飛行器航拍云臺(tái)控制器的控制方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是飛行器航拍云臺(tái)控制器，包括控制模塊、傳感器、X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，所述傳感器采樣飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)信息傳送至所述控制模塊，所述控制模塊控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，以調(diào)節(jié)所述飛行器航拍云臺(tái)終保持水平姿態(tài)。所述控制模塊處理傳感器反饋的X軸、Y軸和Z軸姿態(tài)信息后，通過啟動(dòng)X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)或Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)調(diào)整飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)，使飛行器航拍云臺(tái)始終保持水平，以保證拍攝的準(zhǔn)確性和圖像質(zhì)量。所述傳感器選用三軸加速度計(jì)，所述三軸加速度計(jì)優(yōu)選具有小尺寸、薄型、低功耗、完整等優(yōu)點(diǎn)的型號(hào)為ADXL335的三軸加速度計(jì)。所述控制模塊通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)或者Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，使得航向的調(diào)節(jié)更加精確。所述控制模塊集成有定時(shí)拍攝單元，所述定時(shí)拍攝單元可以為定時(shí)器，且所述定時(shí)器采用0重復(fù)定時(shí)方式控制快門，即定時(shí)2s、200ms采用一個(gè)定時(shí)器。所述控制模塊通過驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)為HP2630或者L298P的高速光耦隔離輸出和輸A X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6，確保電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路不會(huì)影響控制電路。所述控制模塊的主控芯片型號(hào)為Atmegal28L。所述控制模塊上設(shè)置有液晶顯示屏，用于顯示飛行器航拍云臺(tái)姿態(tài)。飛行器航拍云臺(tái)控制器的控制方法，其步驟包括，傳感器采集飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)信息傳輸至控制模塊處理，控制模塊向所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)或Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)輸出控制信號(hào)，調(diào)整飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)。所述控制模塊采用PID控制器(比例積分微分控制器)控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)，采用P控制器(比例積分控制器)控制所述Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，使得云臺(tái)的姿態(tài)調(diào)整及時(shí)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)控制模塊可針對(duì)云臺(tái)XYZ三個(gè)軸向姿態(tài)進(jìn)行控制，由三軸加速度傳感器采樣相機(jī)平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過AD采樣及其后續(xù)處理，控制器內(nèi)部處理芯片根據(jù)控制模型計(jì)算輸出直流減速電機(jī)控制信號(hào)，使控制平臺(tái)在減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下始終保持水平，對(duì)航向的調(diào)節(jié)采用了 PWM的脈寬調(diào)制，使得航向的調(diào)節(jié)更加精確；同時(shí)該控制器集成了相機(jī)連續(xù)定時(shí)拍攝功能，定時(shí)精確度高，拍攝準(zhǔn)確穩(wěn)定。采用定時(shí)器0重復(fù)定時(shí)方式控制快門，即定時(shí)2s、200ms采用一個(gè)定時(shí)器；采用高速光耦HP2630隔離輸出和輸入，確保電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路不會(huì)影響控制電路；采用了 Atmegal28L內(nèi)部2. 56V的基準(zhǔn)電壓，確保ADC基準(zhǔn)電壓不會(huì)隨電源的電壓變化而變化，采樣數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，誤差更??；軟件模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)文件、TFT顯示文件(顯示調(diào)用了部分GUI函數(shù)方便以后二次開發(fā)) 和模塊初始化文件，方便軟件維護(hù)更新。

圖I為本發(fā)明飛行器航拍云臺(tái)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明飛行器航拍云臺(tái)控制器的控制方法的流程圖；圖3為本發(fā)明飛行器航拍云臺(tái)控制器的控制方法中拍照流程圖。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。飛行器航拍云臺(tái)控制器，如圖I所示，其包括控制模塊I、傳感器8、X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6，所述傳感器采樣飛行器航拍云臺(tái)姿態(tài)信息，傳送至所述控制模塊1，所述控制模塊I控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6。所述控制模塊I處理傳感器8反饋的飛行器航拍云臺(tái)姿態(tài)信息后，通過控制X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5或Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6調(diào)整飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)，使飛行器航拍云臺(tái)始終保持水平，以保證拍攝的準(zhǔn)確性和圖像質(zhì)量。所述控制模塊I可以通過導(dǎo)線直接與所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6連接，也可以通過無線模塊來連接。所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6分別與所述飛行器航拍云臺(tái)相應(yīng)的X軸、Y軸和Z軸連接，通過調(diào)整X軸、Y軸和Z軸來調(diào)整飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)。其中所述傳感器8選用三軸加速度計(jì)，所述三軸加速度計(jì)優(yōu)選具有小尺寸、薄型、低功耗、完整等優(yōu)點(diǎn)的型號(hào)為ADXL335的三軸加速度計(jì)。在所述控制模塊8上設(shè)置有液晶顯示屏3，用于顯示飛行器航拍云臺(tái)姿態(tài)。所述液晶顯示屏3為分辨率為240*320的TFT模塊。所述控制模塊I的采用Atmegal28L 8位高速低功耗芯片，集成控制相機(jī)定時(shí)拍攝功能和TFT界面顯示功能；系統(tǒng)提供良好的人機(jī)操作接口，方便云臺(tái)的姿態(tài)調(diào)整參數(shù)及定時(shí)時(shí)間設(shè)置。且所述控制模塊8集成有定時(shí)拍攝單元2，所述定時(shí)拍攝單元2可以為定時(shí)器，且所述定時(shí)器采用0重復(fù)定時(shí)方式控制快門，即定時(shí)2s、200ms采用一個(gè)定時(shí)器。所述控制模塊8通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5或者Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6，使得航向的調(diào)節(jié)更加精確。所述控制模塊通過驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)為HP2630或者L298P的高速光耦隔離輸出和輸入X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6，確保電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路不會(huì)影響控制電路。
本發(fā)明的控制模塊可針對(duì)飛行器航拍云臺(tái)的XYZ三個(gè)軸向姿態(tài)進(jìn)行控制，由三軸加速度傳感器采樣相機(jī)平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過AD采樣及其后續(xù)處理，控制器內(nèi)部處理芯片根據(jù)控制模型計(jì)算輸出XYZ軸直流減速電機(jī)控制信號(hào)，使控制平臺(tái)在減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下始終保持水平，對(duì)航向的調(diào)節(jié)采用了 PWM的脈寬調(diào)制，使得航向的調(diào)節(jié)更加精確；同時(shí)該控制器集成了相機(jī)連續(xù)定時(shí)拍攝功能，定時(shí)精確度高，拍攝準(zhǔn)確穩(wěn)定。飛行器航拍云臺(tái)控制器的控制方法，其步驟包括，傳感器8采集飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)信息傳輸至控制模塊I處理，控制模塊I向所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5或Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)6輸出控制信號(hào)，調(diào)整飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)。其中，所述控制模塊8采用PID控制器(比例-積分-微分控制器)控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)7、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)5，采用P控制器(比例積分控制器)控制所述Z軸調(diào)節(jié)6電機(jī)，使得云臺(tái)的姿態(tài)調(diào)整及時(shí)。具體的運(yùn)作步驟如圖2和圖3所示，系統(tǒng)通電啟動(dòng)后，先進(jìn)行初始化，TFT顯示靜態(tài)參數(shù)，啟動(dòng)定時(shí)器T0，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，TFT顯示動(dòng)態(tài)參數(shù)，PID控制器循環(huán)調(diào)用XY軸驅(qū)動(dòng)自動(dòng)平衡，P控制器循環(huán)調(diào)用Z軸驅(qū)動(dòng)自動(dòng)平衡；同時(shí)定時(shí)器自動(dòng)開啟，連續(xù)進(jìn) 行定時(shí)拍攝；直到關(guān)閉系統(tǒng)電源，結(jié)束航拍。其中，所述PID控制器的控制方案實(shí)施如下程序void PID(void)
{
ER = ref - feb;//比較差值
if (fabs (ER) <Emin) //誤差的伐值
{
PWM—out = 0 moto-Stop0 ,
}
else
{
if (ER>0)
{
if (fabs (ER) >Emax)
{
Pm out=1023;
}
else
{
Uo = Kp*ER-Ki*ERl+ Kd*ER2;
ER2 = EU;
ERl = ER;
pwm-var = (int)Uo; //強(qiáng)制轉(zhuǎn)化調(diào)整量，PWM為整數(shù)PWM -out = pwivar;//調(diào)整P觀輸出
if (PWM-out > Pmax)PWM —out = Pmax; / /輸出值限
幅

權(quán)利要求
1.飛行器航拍云臺(tái)控制器，其特征在于，包括控制模塊、傳感器、X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，所述傳感器采樣飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)信息傳送至所述控制模塊，所述控制模塊控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，以調(diào)節(jié)所述飛行器航拍云臺(tái)終保持水平姿態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器，其特征在于，所述傳感器選用三軸加速度計(jì)，所述三軸加速度計(jì)型號(hào)為ADXL335。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器，其特征在于，所述控制模塊通過脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)或者Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器，其特征在于，所述控制模塊集成有定時(shí)拍攝單兀。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器，其特征在于，所述控制模塊通過驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)為HP2630或者L298P的高速光耦隔離輸出和輸入X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器，其特征在于，所述控制模塊的主控芯片型號(hào)為Atmega 128L。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器，其特征在于，所述控制模塊上設(shè)置有液晶顯示屏。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器的控制方法，其特征在于，其步驟包括，傳感器采集飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)信息傳輸至控制模塊處理，控制模塊向所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)或Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)輸出控制信號(hào)，調(diào)整飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的飛行器航拍云臺(tái)控制器的控制方法，其特征在于，所述控制模塊采用PID控制器控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)，采用P控制器控制所述Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種飛行器航拍云臺(tái)控制器及其控制方法，其包括控制模塊、傳感器、X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，所述傳感器采樣飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)信息傳送至所述控制模塊，所述控制模塊控制所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)和Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)，以調(diào)節(jié)所述飛行器航拍云臺(tái)始終保持水平姿態(tài)；其控制方法步驟包括，傳感器采集飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)信息傳輸至控制模塊處理，控制模塊向所述X軸調(diào)節(jié)電機(jī)、Y軸調(diào)節(jié)電機(jī)或Z軸調(diào)節(jié)電機(jī)輸出控制信號(hào)，調(diào)整飛行器航拍云臺(tái)的姿態(tài)。本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)可使控制平臺(tái)在減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下始終保持水平，使得航向的調(diào)節(jié)更加精確；同時(shí)該控制器集成了相機(jī)連續(xù)定時(shí)拍攝功能，定時(shí)精確度高，拍攝準(zhǔn)確穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G05B19/042GK102745335SQ201210179480
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者徐鵬, 王祥, 白雪峰 申請(qǐng)人:廣州市紅鵬直升機(jī)遙感科技有限公司