一种云台摄像机的云台控制系统的制作方法

本实用新型涉及教学课程录制技术领域，特别涉及一种云台摄像机的云台控制系统。

背景技术：

随着教育信息化的快速发展，传统人工录播教学课程因为专业人员投入多、操作工作量大，无法满足大量视频教学课件的录制需要，自动录播系统的应用成为教学课程录制的一大趋势。

为了能够录制生动的课件，必须将老师和学生的教学互动过程捕捉下来，特别是当学生起立发言时，需要一种自动检测学生站立或坐下的装置，能够实时准确地侦测并控制摄像机对准学生。例如，当老师点名学生站立回答问题时，需要检测站立学生，测算其空间位置并控制云台摄像机进行特写拍摄；当学生回答完问题坐下后，需要对全体学生进行全景拍摄。

云台是负责摄像机的转动装置,需要实现摄像机在水平方向上360°、垂直方向上90°高速旋转和精确定位的依托。为了实现摄像头能够进行特写以及全景拍摄，需要云台能够快速响应，从而满足自动检测的功能，一般选用两个步进电机用于对云台的控制，分别负责水平旋转和垂直旋转。但由于步进电机步距角较大,且易产生较大的跳动，尤其在低速情况下，系统的平稳性差，很难满足精确定位的要求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种云台摄像机的云台控制系统，能够实现云台平稳快速运行，满足自动检测时摄像头精确对准的要求。

为了解决上述技术问题，具体地，本实用新型公开了技术方案如下：

一种云台摄像机的云台控制系统，包括云台驱动器、水平方向传感器以及俯仰方向传感器，控制主机通过所述云台驱动器控制云台的水平步进电机和垂直步进电机移动，对应所述云台的水平转动方向设置所述水平方向传感器，对应所述云台的俯仰转动方向设置所述俯仰方向传感器，所述水平方向传感器和所述俯仰方向传感器与所述控制主机连接，实时监测所述云台的位置参数。使用时，控制主机利用设置在教室内的双目摄像头实时采集视频数据，经一FPGA逻辑器件处理后获得目标场景的三维空间信息，即每个像素点相对于所述云台摄像机的x，y，z空间坐标；根据预设的高度检测平面，将场景中高于检测平面的目标全部检测出来并得到目标的空间信息；将高于检测平面的目标的空间信息发送给控制主机。控制主机根据目标的空间信息、水平方向传感器以及俯仰方向传感器快速准确地控制云台带动云台摄像机对准目标，从而完成特写。

进一步的，所述云台驱动器包括单片机、水平步进电机驱动器以及垂直步进电机驱动器，所述单片机中存储步距角细分后的两相电流数字量值表，通过查询所述两相电流数字量值表控制D/A转换芯片形成控制电压，通过所述水平步进电机驱动器和所述垂直步进电机驱动器分别驱动所述水平步进电机和所述垂直步进电机。

进一步的，所述水平步进电机和所述垂直步进电机是两相步进电机，所述水平步进电机驱动器和所述垂直步进电机驱动器生成正弦波形驱动电流控制所述水平步进电机和所述垂直步进电机的驱动线圈。

细分控制又称为微步进控制，其目的在于通过改变驱动电路的控制方式使原来的步距角分成几十甚至数百份，原来的一步细分为若干步，并能在任何细分步距角下停步，从而使步进电机的实际步距角大大减小,控制精度得以提高，且转子运行更加平稳。

进一步的，所述水平方向传感器以及所述俯仰方向传感器是角位移传感器。

采用上述技术方案,通过步进电机细分，水平方向传感器以及俯仰方向传感器形成闭环反馈，另外，减小步进电机的步距角，提高步进分辨率，增强电机运行的平稳性，从而提高摄像机云台定位的准确度。

附图说明

图1为本实用新型的云台摄像机的云台控制系统结构框图；

图2为本实用新型的云台驱动器结构框图；

图3为TLC7255连接电路结构图；

图4为L6219连接电路结构图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种云台摄像机的云台控制系统，包括云台驱动器、水平方向传感器以及俯仰方向传感器，控制主机通过所述云台驱动器控制云台的水平步进电机和垂直步进电机移动，对应所述云台的水平转动方向设置所述水平方向传感器，对应所述云台的俯仰转动方向设置所述俯仰方向传感器，所述水平方向传感器和所述俯仰方向传感器与所述控制主机连接，实时监测所述云台的位置参数。使用时，控制主机利用设置在教室内的双目摄像头实时采集视频数据，经一FPGA逻辑器件处理后获得目标场景的三维空间信息，即每个像素点相对于所述云台摄像机的x，y，z空间坐标；根据预设的高度检测平面，将场景中高于检测平面的目标全部检测出来并得到目标的空间信息；将高于检测平面的目标的空间信息发送给控制主机。控制主机根据目标的空间信息、水平方向传感器以及俯仰方向传感器快速准确地控制云台带动云台摄像机对准目标，从而完成特写。

如图2所示，所述云台驱动器包括单片机、水平步进电机驱动器以及垂直步进电机驱动器，所述单片机中存储步距角细分后的两相电流数字量值表，通过查询所述两相电流数字量值表控制D/A转换芯片形成控制电压，通过所述水平步进电机驱动器和所述垂直步进电机驱动器分别驱动所述水平步进电机和所述垂直步进电机。

其中，所述水平步进电机和所述垂直步进电机是两相步进电机，所述水平步进电机驱动器和所述垂直步进电机驱动器生成正弦波形驱动电流控制所述水平步进电机和所述垂直步进电机的驱动线圈。

细分控制又称为微步进控制，其目的在于通过改变驱动电路的控制方式使原来的步距角分成几十甚至数百份，原来的一步细分为若干步，并能在任何细分步距角下停步，从而使步进电机的实际步距角大大减小,控制精度得以提高，且转子运行更加平稳。

其中，所述水平方向传感器以及所述俯仰方向传感器是角位移传感器。

其中选用ARM LPC2123为云台驱动器的核心控制，首先将根据32细分计算得出的以表的形式存储在内存中，通过査表的方式控制D/A转换芯片TLC7255将每一对数字量转换成相应的控制电压，再经过专用驱动芯片L6219来驱动两相步进电机。

如图3所示，D/A转换芯选用TI公司的一款高性能D/A转换器TLC725；其中DB0-DB7分别连接在LPC2132的P1.16～P1.23管脚上，A0、A1、/WK、/LDAC分别连接在LPC2132的P0.27、P0.13、P0.11、P0.22管脚上。

如图4所示，水平步进电机驱动器以及垂直步进电机驱动器选用L6219作为步进电机驱动芯片,L6219具有双极性的集成电路，能控制和驱动具有两极步进电机的绕组，还可以双向控制两个直流电机。内部具有保护二极管及PWM电流控制，具有较商的可靠性和稳定性。

ST0_I0、ST0_I 1连接在LPC-2132ARM芯片的P0.2和P0.3管脚上，用于控制驱动电机的电流大小；PHAA、PHAB连接在LPC-2132ARM芯片P0.23、P0.19管脚上，对步进电机驱动电流的相位进行控制；OUTA、OUTB接在TLC7255的2、1两电压输出管脚上。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。