专利名称：一种跟踪转动装置及拍摄系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电子领域，尤其涉及一种跟踪转动装置及拍摄系统。
背景技术：
现在的数码相机在生活中应用的越来越广泛，但使用时普遍受到 一 个限制， 就是在拍摄时需要拍摄者手动调整来取景。如果拍摄者需要远离摄像时，只能 拍摄预先设置好的背景，而且大多达不到理想的效果。如果在数码相机上增加 跟踪转动装置，则可以很好的解决现有使用数码相机时受到的限制。其他，例 如在摄像机上增加跟踪转动装置，可以更好地对老人、小孩等进行监控。虽然 现在已有跟踪转动装置，但是跟踪的准确性和可靠性较差，而且实现比较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种跟踪转动装置，旨在解决现有跟踪转动装置准 确性和可靠性差，并且实现困难的问题。
本发明是这样实现的， 一种跟踪转动装置，所述跟踪转动装置包括电机， 还包括
发射单元，用于发射一具有固定频率信号；
接收单元，与所述电机固定连接，用于将接收到的所述发射单元发射的信 号转化成带有目标水平/垂直方向信息的信号并输出；
中央处理单元，用于从所述接收单元输出的信号中解析出目标水平/垂直方 向信息，结合配置参数，根据调制关系生成控制信号并输出；以及
适配单元，与所述电机、中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元输 出的控制信号转化成控制电压并输出至所述电机。本发明的另一目的在于提供一种包含上述跟踪转动装置的拍摄系统，所述
拍摄系统还包括
拍摄装置，与所述电机固定连接，并跟随所述电机转动。 在本发明中，通过接收单元将接收到的信号转化成带有目标方向信息的信 号，中央处理单元根据解析出的方向信息生成相应控制信号，控制电机跟随目 标转动，实现了对目标的跟踪。采用该跟踪转动装置，对目标跟踪准确性、可 靠性高，并且结构简单、实时性强、易于实现。
图1是本发明实施例提供的跟踪转动装置的结构图； 图2是本发明实施例提供的接收羊元的电路图； 图3是本发明实施例提供的转动角度解析的示意图； 图4是本发明实施例提供的适配单元的电路图； 图5是本发明实施例提供的拍摄系统的结构图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例通过接收单元将接收到的信号转化成带有目标方向信息的信 号，中央处理单元根据解析出的方向信息生成相应控制信号，控制电机跟随目 标转动。
图1示出了本发明实施例提供的跟踪转动装置的结构，该跟踪转动装置可 以在水平方向对目标进行跟踪。为了便于描述，仅示出了与本发明实施例相关 的部分。
发射单元101,用于发射一具有固定频率的信号。在本实施例中，该频率为国家开放、可以免费使用的频率，例如大陆免费
免照频率409MHz段。
接收单元102与电机105固定连接，用于接收发射单元101发射的信号， 将接收到的信号转化成带有目标水平方向信息的信号并输出。在本发明实施例 中，接收单元102固定于电机105上。
中央处理单元103,用于从接收单元102输出的信号中解析出目标水平方 向信息，结合配置参数，根据调制关系生成控制信号并输出。在本发明实施例 中，配置参数为电机的启动电压、最大转速电压、最高承受电源、转动方向控 制等参数。
适配单元104，用于将中央处理单元103输出的控制信号转化成控制电压， 并将该控制电压输出给电机105的水平转动控制端口。
电机105根据适配单元104输出的控制电压进行水平方向相应转动。在本 发明实施例中，电机105采用直流转动电机。
由于微波发射是全方位的，且方便探测，微波通信投资小、应用灵活、传 输质量可靠、抗干扰能力强、传输线路长、技术成熟，在本发明实施例中，发 射单元101为微波发射单元101，发射一定频率的微波信号。
在本发明实施例中，接收单元102利用切换水平方向不同空间位置的天线， 模拟天线在电波传播方向上的相对运动，产生多普勒频移，输出带有目标水平 方向信息的信号。接收单元的电路如图2所示。接收单元102包括定时器1021 和天线组件1022。
定时器1021,用于产生并输出振荡方波。
天线组件1022,用于根据定时器1021输出的振荡方波，切换水平方向不 同空间位置的天线，模拟接收天线在水平方向与发射单元101的相对运动，产 生多普勒频移，输出带有目标方向信息的信号。
在本发明实施例中，定时器1021采用时基电路实现，产生一个音频振荡方 波。时基电路Ul的电源端8、复位端4接电源VCC;放电端7经电阻Rl接电源VCC,经电阻R2接触发端2;触发端2、阈值控制端6经电容Cl接地；参 考端1接地。当然，定时器1021也可以采用单片机、晶振等实现。
在本发明实施例中，天线组件1022包括天线El、天线E2、 二极管D1、 二极管D2、电阻R3、电阻R4和电容C4。天线El接二极管Dl的正极，并经 电阻R3接地；天线E2接二极管D2负极，并经电阻R4接地；二极管Dl负极、 二极管D2正极和电容C4 一端与定时器1021输出端连接；电容C4另一端作为 接收单元102的输出端。由时基电路输出端3输出的振荡方波控制二极管Dl、 二极管D2交替导通，以控制天线El、天线E2交替接收，模拟单一天线相对 于发射单元101运动，得到带有多普勒频移的频率信号，这样输出端输出的信 号频率出现了附加调制。根据附加的信号大小来判别频率调制值，采集并处理 输出的信号就能得到目标的方向信息。
作为本发明的一个优选实施例，接收单元102还包括串联在定时器1021 和天线组件1022间的一耦合组件，以耦合定时器1021输出的振荡方波。耦合 组件由电容C2和电感RFC1串联而成，电容C2正极与时基电路U1的输出端 3连接，电感RFC1 —端与电容C2负极连接，电感RFC1另一端与二极管Dl 负极连接。
作为本发明的另一优选实施例，接收单元102还包括一电容C3，用于改善 定时器1021的输出波形。电容C3—端与电容C2的负极连接，另一端接地。
在本发明实施例中，中央处理单元103为体积小、速度快、成本低的单片 机，例如51f系列单片机。单片机根据接收到信号的频率值可以解析出发射单 元101的水平方向信息，由于接收单元102固定置于电机105上，因而计算该 方向与天线E1、天线E2正前方的夹角，即得到转动角度。
转动角度的解析示意图如图3所示，解析转动角度的过程详述如下
在水平面内，现々i设发射单元101静止，天线El、天线E2以一定频率& 交替接收发射单元101发射的信号，模拟天线El、天线E2相对于发射单元101 运动，发射单元101到天线E1的距离为a,发射单元101到天线E2的距离为b,则相对运动速度为<formula>formula see original document page 8</formula> 产生的频移为<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，f为接收发射单元101发射的信号的频率，C为光速，f。ut是中央处 理单元103接收到的信号的频率。
又由于频移Af二f。ut-f,由方程(2)可以求得相对速度V。再由方程(l) 中，已知开关频率f,。
设Ad二(a-b),解得发射单元101位置在一双曲线上。如果只在180度 范围内进行跟踪，则双曲线只取一、二象限部分，双曲线的两焦点即是两个天 线E1、 E2所在位置。i殳焦3巨为2c，以两焦点所在直线为X轴，两焦点中垂线 为Y轴，则双曲线方程为
<formula>formula see original document page 8</formula>其中，c为两天线距离的一半，Ad为两天线El、 E2到发射单元101的距
离之差。
在实际应用中，由于两天线E1、 E2之间的距离小， 一般为10~20cm,而 发射单元101距离两天线El、 E2的距离很大，一4殳大于200cm,故发射单元 101的方向可以认为与双曲线渐近线方向相同。设转动角e对应的余切等于渐 近线斜率相同，即<formula>formula see original document page 8</formula>其中，正负号的选耳又由频移的正负来定，即由Af的符号确定。由余切求
出角度(丌/2 - e )，再求出转动角e ，既是转动角度。得出转动角度后，结合配置参数，根据调制关系计算电压调制值，并输出 表示电压调制值的PWM调制波，该PWM调制波即为输出的控制信号。配置
参数为电机105的启动电压、最大转速电压，调制关系为线性比例关系，调制 算法如下所示
180
其中，u为电压调制值，Ub为电机启动电压，Uf为电机最大转速电压，e
为转动角度。当然，中央处理单元103也可以采用其他调制算法计算电压调制值。
为了解决跟踪的稳定性，作为本发明的另一优选实施例，跟踪转动装置还
包括调制控制单元107，用于控制中央处理单元103的调制关系为变速反^t贵调
制。如果能够容忍的转动角度e偏差为eb，可以设置当转动角度e大于6e时 需要全速跟踪，即电压调制值为电机105最大转速电压Uf;当转动角度e在e b到6e时，根据实际要求可以用线性比例关系控制跟踪速度；当转动角度e小 于6b时用最小速度跟踪，即电压调制值为电机启动电压ub。当转动角度e在
6b到6e时，调制算法如下所示
"=L7 +^———— (《D
其中，eb< e < ee 。
如果设平均拍照距离为IO米，能够容忍的拍照误差为0.5米，则能够容忍
的转动角度e偏差相当于2.86度。可以设置当转动角度e大于io度时需要全
速跟踪，电压调制值为6V;当转动角度6在2.86度到IO度时由用线性比例关 系控制跟踪速度；当转动角度6小于2.86度时用最小速度跟踪，电压调制值为
4伏。转动角度6在IO度到2.86度时，电压调制值的计算公式为
U —4 + (^2.86)*2. (10-2.86)'
其中，2.86< 6 < 10。
当然，前述调制算法、能够容忍的转动角度e偏差为eb、全速跟踪的临界角度e e等都可以根据需要重新设定。
为了防止目标在临界区域时跟踪转动装置出现不稳定状态，避免电机转动 时速度的跳变影响跟踪效果，导致跟踪不稳定，作为本发明的另一优选实施例， 跟踪转动装置还包括边界控制单元108,控制中央处理单元103启动跟踪和完 成跟踪的角度，以在跟踪的边界上留有合理的富裕角度。在本实施例中，由于 本跟踪转动装置反应较快，可以使跟踪速度连续稳定。在跟踪的边界上留有合 理的富裕角度，即需要启动跟踪和完成跟踪的角度不相同，例如，边界控制单
元108控制中央处理单元103启动跟踪角度为2.86度，完成跟踪角度为1.5度。 当转动角度小于1.5度，且电机在转动时，边界控制单元108控制中央处理单 元103完成跟踪，中央处理单元103不输出调制电压值；只有当转动角度大于 2.86度，且电机停止转动时，边界控制单元108才控制中央处理单元103启动 跟踪，中央处理单元103才输出调制电压值。
为了使跟踪的中心位置可以设置，便于跟踪，作为本发明的另一优选实施 例，跟踪转动装置还包括触发器106，如图1所示。触发器106用于根据用户 输入的触发命令向中央处理单元103发送初始位置触发信号、跟踪开始触发信 号。在本实施例中，当单片机接收到初始位置触发信号时，控制从接收单元102 输出的信号中解析出目标方向信息，计算该方向与天线E1、天线E2正前方的 夹角，作为偏差角度；当单片机接收到跟踪开始触发信号后，控制从接收到的 信号中解析出目标水平方向信息，计算该方向与天线E1、天线E2正前方的夹 角，即临时角度。再将该临时角度都转化成相对于偏差角度的转动角度，即单 片机根据接收单元102输出的信号计算出临时角度后，将该临时角度结合偏差 角度得出转动角度，由得出的转动角度结合配置参数按照调制关系计算电压调 制值。
在本发明实施例中，适配单元104接收单片机输出的表示电压调制值的 PWM调制波，转化成控制电压输出给电机105，适配单元104的电路如图4所 示。适配单元104包括lt/冲莫转换组件1041和》文大组件1042。数/模转换组件1041用于将单片机输出的PWM调制波转化成模拟电压并 输出，由PWM调制波的宽度决定模拟电压的幅值。
放大组件1042用于将数/模转换组件1041输出的模拟电压升压、降压或者 稳、压后输出。
如图4所示，数/才莫转换组件1041包括三极管Ql、 二极管D2、电阻R1、 电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2。单片机输出的PWM调制波 经电阻R1输出至三极管Ql基极，控制三极管Ql通断，可以输出稳定的PWM 波形，三极管Ql的集电极经电阻R2接电源VCC,三极管Ql的发射极接地； 二极管D2正极接地，负极接三极管Ql集电极；电阻R3串联电容Cl与二极 管D2并联；电阻R4串联电容C2与电容C1并联。
放大组件1042包括放大器AD820和电阻R5，组成电压跟随电路。放大器 AD820同相输入端接数/模转换组件1041的输出端，即放大器AD820同相输入 端经电阻R4、电阻R3接三极管Ql的集电极；电阻R5 —端接放大器AD820 反相输入端，另 一端4妄i欠大器AD820输出端。
当然，上述接收单元102可以将发射单元101发射的信号转化成带有目标 垂直方向信息的信号并输出。中央处理单元103从接收到的信号中解析出目标 垂直方向信息，转化成控制信号。控制信号经适配单元104适配转化成控制电 压给电一几105，以控制电才几在垂直方向转动。
进一步地，上述接收单元102可以采用三个天线，以输出带有目标水平和 垂直方向上的信号。中央处理单元可以根据接收到的信号解析出目标水平、垂 直方向信息，并转化成相应水平、垂直方向控制信号输出给水平方向适配单元、 垂直方向适配单元。水平方向适配单元、垂直方向适配单元将接收到的控制信 号进行适配转化，得到相应的水平、垂直方向控制电压并输出给电机相应的水 平/垂直转动控制端口。电机转子根据接收到的相应控制电压在相应水平、垂直 方向上转动。
本发明实施例还提供一种包括上述跟踪转动装置的拍摄系统，如图5所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
发射单元501,用于发射一具有固定频率信号。在本发明实施例中，发射 单元501发射一固定频率的微波信号。
接收单元502与电机505固定连接，用于接收发射单元501发射的信号， 将接收到的信号转化成带有目标水平方向信息的信号并输出。在本发明实施例 中，接收单元102固定于电机105上。
中央处理单元503,用于从接收单元502输出的信号中解析出目标水平方 向信息，结合配置参数，根据调制关系，生成控制信号并输出给适配单元504。 在本发明实施例中，配置参数为电机的启动电压、最大转速电压、最高承受电 源、转动方向控制等参数。实现如上所述，不再赘述。
适配单元504将中央处理单元503输出的控制信号，转化成控制电压输出 给电机505的水平转动控制端口 。
电机505根据适配单元504输出的控制电压进行水平方向上的相应转动。
拍摄装置506，与电机505固定连接，跟随电机505转动，可以为数码相 机、数码摄像机等。在本发明实施例中，初始时，拍摄装置506镜头与接收单 元502的天线E1、天线E2正前方的夹角为0度。
为了使用户方便控制拍摄，作为本发明的另一优选实施例，拍摄系统还包 括拍摄触发器507，用于根据用户输入的拍摄命令向接收单元502发送拍摄控 制信号，例如开始拍摄控制信号、结束拍摄控制信号等，该拍摄控制信号可以 是微波信号。接收单元502将接收到的拍摄控制信号转发给中央处理单元503。 中央处理单元503将接收到拍摄控制信号转化成拍摄控制命令，输出给拍摄装 置506。拍摄装置506根据接收到拍摄控制命令进行拍摄。这里，可用由单片 机向拍摄装置506输出一个触发脉沖，以触发拍摄装置506进行拍摄。当然， 拍摄触发器507可以集成到发射单元501中。
进一步地，为了提高跟踪拍摄的稳定性，本拍摄系统还可以包括调制控制 单元509和/或边界控制单元410，实现方法如上所述，不再赘述。本发明实施例提供的跟踪转动装置，通过接收单元将接收到的信号转化成 带有目标方向信息的信号，中央处理单元根据解析出的方向信息生成相应控制
信号，控制电机跟随目标转动，实现了对目标的跟踪。采用该跟踪转动装置， 对目标跟踪准确性、可靠性高，结构简单、实时性强、易于实现、成本低。
同时，本发明实施例通过调制控制组件控制调制关系为变速反馈调制，并 且边界组件控制在跟踪的边界上留有合理的富裕角度以进行边界稳定控制，大 大提高了跟踪过程的稳定性。
以上所述仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施 例，凡在本发明实施例的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等， 均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
权利要求
1、一种跟踪转动装置，包括电机，其特征在于，所述跟踪转动装置包括发射单元，用于发射一具有固定频率信号；接收单元，与所述电机固定连接，用于将接收到的所述发射单元发射的信号转化成带有目标水平/垂直方向信息的信号并输出；中央处理单元，用于从所述接收单元输出的信号中解析出目标水平/垂直方向信息，结合配置参数，根据调制关系生成控制信号并输出；以及适配单元，与所述电机、中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元输出的控制信号转化成控制电压并输出至所述电机。
2、 如权利要求1所述的跟踪转动装置，其特征在于，所述发射单元为微波 发射单元。
3、 如权利要求1所述的跟踪转动装置，其特征在于，所述接收单元包括 定时器，用于产生并输出振荡方波的；以及天线组件，用于根据所述定时器输出的振荡方波切换天线，模拟天线在水 平/垂直方向上与所述发射单元的相对运动，产生多普勒频移，输出带有目标方 向信息的信号。
4、 如权利要求1所述的跟踪转动装置，其特征在于，所述中央处理单元为 输出PWM调制波的单片机。
5、 如权利要求4所述的跟踪转动装置，其特征在于，所述适配单元包括 数/模转换组件，用于将所述单片机输出的PWM调制波转化成模拟电压并丰命出；以及放大组件，用于将所述数/模转换组件输出的模拟电压升压、降压或者稳压 后输出。
6、 如权利要求1任一权利要求所述的跟踪转动装置，其特征在于，所述跟 踪转动装置还包括调制控制单元，用于控制所述中央处理单元的调制关系为变速反馈调制控制；边界控制单元，用于控制所述中央处理单元启动跟踪和完成跟踪的角度；或者触发器，用于根据用户输入的触发命令向所述中央处理单元发送初始位置 触发信号、跟踪开始触发信号。
7、 一种包含权利要求1至6任一权利要求所述的跟踪转动装置的拍摄系统， 其特征在于，所述拍摄系统还包括拍摄装置，与所述电机固定连接，并跟随所述电机转动。
8、 如权利要求7所述的拍摄系统，其特征在于，所述拍摄系统还包括 拍摄触发器，用于根据用户输入的拍摄命令向所述接收单元发送拍摄控制信号。
全文摘要
本发明适用于电子领域，提供了一种跟踪转动装置及拍摄系统。所述跟踪转动装置包括电机，还包括发射单元，用于发射一具有固定频率信号；接收单元，与所述电机固定连接，用于将接收到的所述发射单元发射的信号转化成带有目标水平/垂直方向信息的信号并输出；中央处理单元，用于从所述接收单元输出的信号中解析出目标水平/垂直方向信息，结合配置参数，根据调制关系生成控制信号并输出；以及适配单元，与所述电机、中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元输出的控制信号转化成控制电压并输出至所述电机。在本发明中，跟踪准确性、可靠性高，且结构简单、实时性强、易于实现。
文档编号G05D3/10GK101639700SQ20081014272
公开日2010年2月3日 申请日期2008年7月30日 优先权日2008年7月30日
发明者张子峰, 李祖维, 范文华 申请人:比亚迪股份有限公司