专利名称：飞行器航拍云台控制器及其控制方法
飞行器航拍云台控制器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种飞行器航拍控制领域，尤其是一种飞行器航拍云台控制器及其控制方法。
背景技术：
在航空摄影中，由于通用飞行器以性价比高、起降灵活，环境条件宽等优点，以通用飞行器为载体的航拍云台越来越多，相对应的控制器也是各不相同，大多数云台控制器，控制方法单一，只能实现人为的遥控功能，不能实现全自动化操作，航拍相机无法保持始终垂直向下拍摄。因此，航拍影像质量一致性较差，后期处理比较困难。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现在技术存在的不足，提供一种可以使飞行器航拍云台始终保持水平，调节精确，且拍摄准确稳定的飞行器航拍云台控制器。本发明的另一目的是提供一种飞行器航拍云台控制器的控制方法。为达到上述目的，本发明的技术方案是飞行器航拍云台控制器，包括控制模块、传感器、X轴调节电机、Y轴调节电机和Z轴调节电机，所述传感器采样飞行器航拍云台的姿态信息传送至所述控制模块，所述控制模块控制所述X轴调节电机、Y轴调节电机和Z轴调节电机，以调节所述飞行器航拍云台终保持水平姿态。所述控制模块处理传感器反馈的X轴、Y轴和Z轴姿态信息后，通过启动X轴调节电机、Y轴调节电机或Z轴调节电机调整飞行器航拍云台的姿态，使飞行器航拍云台始终保持水平，以保证拍摄的准确性和图像质量。所述传感器选用三轴加速度计，所述三轴加速度计优选具有小尺寸、薄型、低功耗、完整等优点的型号为ADXL335的三轴加速度计。所述控制模块通过脉冲宽度调制(PWM)信号控制所述X轴调节电机、Y轴调节电机或者Z轴调节电机，使得航向的调节更加精确。所述控制模块集成有定时拍摄单元，所述定时拍摄单元可以为定时器，且所述定时器采用0重复定时方式控制快门，即定时2s、200ms采用一个定时器。所述控制模块通过驱动芯片型号为HP2630或者L298P的高速光耦隔离输出和输A X轴调节电机7、Y轴调节电机5和Z轴调节电机6，确保电机驱动电路不会影响控制电路。所述控制模块的主控芯片型号为Atmegal28L。所述控制模块上设置有液晶显示屏，用于显示飞行器航拍云台姿态。飞行器航拍云台控制器的控制方法，其步骤包括，传感器采集飞行器航拍云台的姿态信息传输至控制模块处理，控制模块向所述X轴调节电机、Y轴调节电机或Z轴调节电机输出控制信号，调整飞行器航拍云台的姿态。所述控制模块采用PID控制器(比例积分微分控制器)控制所述X轴调节电机、Y轴调节电机，采用P控制器(比例积分控制器)控制所述Z轴调节电机，使得云台的姿态调整及时。与现有技术相比，本发明有如下优点控制模块可针对云台XYZ三个轴向姿态进行控制，由三轴加速度传感器采样相机平台姿态数据，经过AD采样及其后续处理，控制器内部处理芯片根据控制模型计算输出直流减速电机控制信号，使控制平台在减速电机的驱动下始终保持水平，对航向的调节采用了 PWM的脉宽调制，使得航向的调节更加精确；同时该控制器集成了相机连续定时拍摄功能，定时精确度高，拍摄准确稳定。采用定时器0重复定时方式控制快门，即定时2s、200ms采用一个定时器；采用高速光耦HP2630隔离输出和输入，确保电机驱动电路不会影响控制电路；采用了 Atmegal28L内部2. 56V的基准电压，确保ADC基准电压不会随电源的电压变化而变化，采样数据更稳定，误差更小；软件模块化设计，系统分为电机驱动文件、TFT显示文件(显示调用了部分GUI函数方便以后二次开发) 和模块初始化文件，方便软件维护更新。
图I为本发明飞行器航拍云台控制器的结构示意图；图2为本发明飞行器航拍云台控制器的控制方法的流程图；图3为本发明飞行器航拍云台控制器的控制方法中拍照流程图。
具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。飞行器航拍云台控制器，如图I所示，其包括控制模块I、传感器8、X轴调节电机7、Y轴调节电机5和Z轴调节电机6，所述传感器采样飞行器航拍云台姿态信息，传送至所述控制模块1，所述控制模块I控制所述X轴调节电机7、Y轴调节电机5和Z轴调节电机6。所述控制模块I处理传感器8反馈的飞行器航拍云台姿态信息后，通过控制X轴调节电机7、Y轴调节电机5或Z轴调节电机6调整飞行器航拍云台的姿态，使飞行器航拍云台始终保持水平，以保证拍摄的准确性和图像质量。所述控制模块I可以通过导线直接与所述X轴调节电机7、Y轴调节电机5和Z轴调节电机6连接，也可以通过无线模块来连接。所述X轴调节电机7、Y轴调节电机5和Z轴调节电机6分别与所述飞行器航拍云台相应的X轴、Y轴和Z轴连接，通过调整X轴、Y轴和Z轴来调整飞行器航拍云台的姿态。其中所述传感器8选用三轴加速度计，所述三轴加速度计优选具有小尺寸、薄型、低功耗、完整等优点的型号为ADXL335的三轴加速度计。在所述控制模块8上设置有液晶显示屏3，用于显示飞行器航拍云台姿态。所述液晶显示屏3为分辨率为240*320的TFT模块。所述控制模块I的采用Atmegal28L 8位高速低功耗芯片，集成控制相机定时拍摄功能和TFT界面显示功能；系统提供良好的人机操作接口，方便云台的姿态调整参数及定时时间设置。且所述控制模块8集成有定时拍摄单元2，所述定时拍摄单元2可以为定时器，且所述定时器采用0重复定时方式控制快门，即定时2s、200ms采用一个定时器。所述控制模块8通过脉冲宽度调制(PWM)信号控制所述X轴调节电机7、Y轴调节电机5或者Z轴调节电机6，使得航向的调节更加精确。所述控制模块通过驱动芯片型号为HP2630或者L298P的高速光耦隔离输出和输入X轴调节电机7、Y轴调节电机5和Z轴调节电机6，确保电机驱动电路不会影响控制电路。
本发明的控制模块可针对飞行器航拍云台的XYZ三个轴向姿态进行控制，由三轴加速度传感器采样相机平台姿态数据，经过AD采样及其后续处理，控制器内部处理芯片根据控制模型计算输出XYZ轴直流减速电机控制信号，使控制平台在减速电机的驱动下始终保持水平，对航向的调节采用了 PWM的脉宽调制，使得航向的调节更加精确；同时该控制器集成了相机连续定时拍摄功能，定时精确度高，拍摄准确稳定。飞行器航拍云台控制器的控制方法，其步骤包括，传感器8采集飞行器航拍云台的姿态信息传输至控制模块I处理，控制模块I向所述X轴调节电机7、Y轴调节电机5或Z轴调节电机6输出控制信号，调整飞行器航拍云台的姿态。其中，所述控制模块8采用PID控制器(比例-积分-微分控制器)控制所述X轴调节电机7、Y轴调节电机5，采用P控制器(比例积分控制器)控制所述Z轴调节6电机，使得云台的姿态调整及时。具体的运作步骤如图2和图3所示，系统通电启动后，先进行初始化，TFT显示静态参数，启动定时器T0，数模转换器(ADC)启动转换，TFT显示动态参数，PID控制器循环调用XY轴驱动自动平衡，P控制器循环调用Z轴驱动自动平衡；同时定时器自动开启，连续进 行定时拍摄；直到关闭系统电源，结束航拍。其中，所述PID控制器的控制方案实施如下程序void PID(void)
{
ER = ref - feb;//比较差值
if (fabs (ER) <Emin) //误差的伐值
{
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; //强制转化调整量，PWM为整数PWM -out = pwivar;//调整P觀输出
if (PWM-out > Pmax)PWM —out = Pmax; / /输出值限
幅
权利要求
1.飞行器航拍云台控制器，其特征在于，包括控制模块、传感器、X轴调节电机、Y轴调节电机和Z轴调节电机，所述传感器采样飞行器航拍云台的姿态信息传送至所述控制模块，所述控制模块控制所述X轴调节电机、Y轴调节电机和Z轴调节电机，以调节所述飞行器航拍云台终保持水平姿态。
2.根据权利要求I所述的飞行器航拍云台控制器，其特征在于，所述传感器选用三轴加速度计，所述三轴加速度计型号为ADXL335。
3.根据权利要求I所述的飞行器航拍云台控制器，其特征在于，所述控制模块通过脉冲宽度调制信号控制所述X轴调节电机、Y轴调节电机或者Z轴调节电机。
4.根据权利要求I所述的飞行器航拍云台控制器，其特征在于，所述控制模块集成有定时拍摄单兀。
5.根据权利要求I所述的飞行器航拍云台控制器，其特征在于，所述控制模块通过驱动芯片型号为HP2630或者L298P的高速光耦隔离输出和输入X轴调节电机、Y轴调节电机和Z轴调节电机。
6.根据权利要求I所述的飞行器航拍云台控制器，其特征在于，所述控制模块的主控芯片型号为Atmega 128L。
7.根据权利要求I所述的飞行器航拍云台控制器，其特征在于，所述控制模块上设置有液晶显示屏。
8.根据权利要求1-7任一所述的飞行器航拍云台控制器的控制方法，其特征在于，其步骤包括，传感器采集飞行器航拍云台的姿态信息传输至控制模块处理，控制模块向所述X轴调节电机、Y轴调节电机或Z轴调节电机输出控制信号，调整飞行器航拍云台的姿态。
9.根据权利要求8所述的飞行器航拍云台控制器的控制方法，其特征在于，所述控制模块采用PID控制器控制所述X轴调节电机、Y轴调节电机，采用P控制器控制所述Z轴调节电机。
全文摘要
本发明公开一种飞行器航拍云台控制器及其控制方法，其包括控制模块、传感器、X轴调节电机、Y轴调节电机和Z轴调节电机，所述传感器采样飞行器航拍云台的姿态信息传送至所述控制模块，所述控制模块控制所述X轴调节电机、Y轴调节电机和Z轴调节电机，以调节所述飞行器航拍云台始终保持水平姿态；其控制方法步骤包括，传感器采集飞行器航拍云台的姿态信息传输至控制模块处理，控制模块向所述X轴调节电机、Y轴调节电机或Z轴调节电机输出控制信号，调整飞行器航拍云台的姿态。本发明有如下优点可使控制平台在减速电机的驱动下始终保持水平，使得航向的调节更加精确；同时该控制器集成了相机连续定时拍摄功能，定时精确度高，拍摄准确稳定。
文档编号G05B19/042GK102745335SQ201210179480
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者徐鹏, 王祥, 白雪峰 申请人:广州市红鹏直升机遥感科技有限公司