本實(shí)用新型涉及教學(xué)課程錄制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種云臺攝像機(jī)的云臺控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著教育信息化的快速發(fā)展，傳統(tǒng)人工錄播教學(xué)課程因?yàn)閷I(yè)人員投入多、操作工作量大，無法滿足大量視頻教學(xué)課件的錄制需要，自動錄播系統(tǒng)的應(yīng)用成為教學(xué)課程錄制的一大趨勢。

為了能夠錄制生動的課件，必須將老師和學(xué)生的教學(xué)互動過程捕捉下來，特別是當(dāng)學(xué)生起立發(fā)言時(shí)，需要一種自動檢測學(xué)生站立或坐下的裝置，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地偵測并控制攝像機(jī)對準(zhǔn)學(xué)生。例如，當(dāng)老師點(diǎn)名學(xué)生站立回答問題時(shí)，需要檢測站立學(xué)生，測算其空間位置并控制云臺攝像機(jī)進(jìn)行特寫拍攝；當(dāng)學(xué)生回答完問題坐下后，需要對全體學(xué)生進(jìn)行全景拍攝。

云臺是負(fù)責(zé)攝像機(jī)的轉(zhuǎn)動裝置,需要實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)在水平方向上360°、垂直方向上90°高速旋轉(zhuǎn)和精確定位的依托。為了實(shí)現(xiàn)攝像頭能夠進(jìn)行特寫以及全景拍攝，需要云臺能夠快速響應(yīng)，從而滿足自動檢測的功能，一般選用兩個步進(jìn)電機(jī)用于對云臺的控制，分別負(fù)責(zé)水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)。但由于步進(jìn)電機(jī)步距角較大,且易產(chǎn)生較大的跳動，尤其在低速情況下，系統(tǒng)的平穩(wěn)性差，很難滿足精確定位的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種云臺攝像機(jī)的云臺控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)云臺平穩(wěn)快速運(yùn)行，滿足自動檢測時(shí)攝像頭精確對準(zhǔn)的要求。

為了解決上述技術(shù)問題，具體地，本實(shí)用新型公開了技術(shù)方案如下：

一種云臺攝像機(jī)的云臺控制系統(tǒng)，包括云臺驅(qū)動器、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器，控制主機(jī)通過所述云臺驅(qū)動器控制云臺的水平步進(jìn)電機(jī)和垂直步進(jìn)電機(jī)移動，對應(yīng)所述云臺的水平轉(zhuǎn)動方向設(shè)置所述水平方向傳感器，對應(yīng)所述云臺的俯仰轉(zhuǎn)動方向設(shè)置所述俯仰方向傳感器，所述水平方向傳感器和所述俯仰方向傳感器與所述控制主機(jī)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測所述云臺的位置參數(shù)。使用時(shí)，控制主機(jī)利用設(shè)置在教室內(nèi)的雙目攝像頭實(shí)時(shí)采集視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)一FPGA邏輯器件處理后獲得目標(biāo)場景的三維空間信息，即每個像素點(diǎn)相對于所述云臺攝像機(jī)的x，y，z空間坐標(biāo)；根據(jù)預(yù)設(shè)的高度檢測平面，將場景中高于檢測平面的目標(biāo)全部檢測出來并得到目標(biāo)的空間信息；將高于檢測平面的目標(biāo)的空間信息發(fā)送給控制主機(jī)?？刂浦鳈C(jī)根據(jù)目標(biāo)的空間信息、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器快速準(zhǔn)確地控制云臺帶動云臺攝像機(jī)對準(zhǔn)目標(biāo)，從而完成特寫。

進(jìn)一步的，所述云臺驅(qū)動器包括單片機(jī)、水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器以及垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，所述單片機(jī)中存儲步距角細(xì)分后的兩相電流數(shù)字量值表，通過查詢所述兩相電流數(shù)字量值表控制D/A轉(zhuǎn)換芯片形成控制電壓，通過所述水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和所述垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器分別驅(qū)動所述水平步進(jìn)電機(jī)和所述垂直步進(jìn)電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述水平步進(jìn)電機(jī)和所述垂直步進(jìn)電機(jī)是兩相步進(jìn)電機(jī)，所述水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和所述垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器生成正弦波形驅(qū)動電流控制所述水平步進(jìn)電機(jī)和所述垂直步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動線圈。

細(xì)分控制又稱為微步進(jìn)控制，其目的在于通過改變驅(qū)動電路的控制方式使原來的步距角分成幾十甚至數(shù)百份，原來的一步細(xì)分為若干步，并能在任何細(xì)分步距角下停步，從而使步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際步距角大大減小,控制精度得以提高，且轉(zhuǎn)子運(yùn)行更加平穩(wěn)。

進(jìn)一步的，所述水平方向傳感器以及所述俯仰方向傳感器是角位移傳感器。

采用上述技術(shù)方案,通過步進(jìn)電機(jī)細(xì)分，水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器形成閉環(huán)反饋，另外，減小步進(jìn)電機(jī)的步距角，提高步進(jìn)分辨率，增強(qiáng)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，從而提高攝像機(jī)云臺定位的準(zhǔn)確度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的云臺攝像機(jī)的云臺控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型的云臺驅(qū)動器結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為TLC7255連接電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為L6219連接電路結(jié)構(gòu)圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限定。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，一種云臺攝像機(jī)的云臺控制系統(tǒng)，包括云臺驅(qū)動器、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器，控制主機(jī)通過所述云臺驅(qū)動器控制云臺的水平步進(jìn)電機(jī)和垂直步進(jìn)電機(jī)移動，對應(yīng)所述云臺的水平轉(zhuǎn)動方向設(shè)置所述水平方向傳感器，對應(yīng)所述云臺的俯仰轉(zhuǎn)動方向設(shè)置所述俯仰方向傳感器，所述水平方向傳感器和所述俯仰方向傳感器與所述控制主機(jī)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測所述云臺的位置參數(shù)。使用時(shí)，控制主機(jī)利用設(shè)置在教室內(nèi)的雙目攝像頭實(shí)時(shí)采集視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)一FPGA邏輯器件處理后獲得目標(biāo)場景的三維空間信息，即每個像素點(diǎn)相對于所述云臺攝像機(jī)的x，y，z空間坐標(biāo)；根據(jù)預(yù)設(shè)的高度檢測平面，將場景中高于檢測平面的目標(biāo)全部檢測出來并得到目標(biāo)的空間信息；將高于檢測平面的目標(biāo)的空間信息發(fā)送給控制主機(jī)?？刂浦鳈C(jī)根據(jù)目標(biāo)的空間信息、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器快速準(zhǔn)確地控制云臺帶動云臺攝像機(jī)對準(zhǔn)目標(biāo)，從而完成特寫。

如圖2所示，所述云臺驅(qū)動器包括單片機(jī)、水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器以及垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，所述單片機(jī)中存儲步距角細(xì)分后的兩相電流數(shù)字量值表，通過查詢所述兩相電流數(shù)字量值表控制D/A轉(zhuǎn)換芯片形成控制電壓，通過所述水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和所述垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器分別驅(qū)動所述水平步進(jìn)電機(jī)和所述垂直步進(jìn)電機(jī)。

其中，所述水平步進(jìn)電機(jī)和所述垂直步進(jìn)電機(jī)是兩相步進(jìn)電機(jī)，所述水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和所述垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器生成正弦波形驅(qū)動電流控制所述水平步進(jìn)電機(jī)和所述垂直步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動線圈。

細(xì)分控制又稱為微步進(jìn)控制，其目的在于通過改變驅(qū)動電路的控制方式使原來的步距角分成幾十甚至數(shù)百份，原來的一步細(xì)分為若干步，并能在任何細(xì)分步距角下停步，從而使步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際步距角大大減小,控制精度得以提高，且轉(zhuǎn)子運(yùn)行更加平穩(wěn)。

其中，所述水平方向傳感器以及所述俯仰方向傳感器是角位移傳感器。

其中選用ARM LPC2123為云臺驅(qū)動器的核心控制，首先將根據(jù)32細(xì)分計(jì)算得出的以表的形式存儲在內(nèi)存中，通過査表的方式控制D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC7255將每一對數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電壓，再經(jīng)過專用驅(qū)動芯片L6219來驅(qū)動兩相步進(jìn)電機(jī)。

如圖3所示，D/A轉(zhuǎn)換芯選用TI公司的一款高性能D/A轉(zhuǎn)換器TLC725；其中DB0-DB7分別連接在LPC2132的P1.16～P1.23管腳上，A0、A1、/WK、/LDAC分別連接在LPC2132的P0.27、P0.13、P0.11、P0.22管腳上。

如圖4所示，水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器以及垂直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器選用L6219作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片,L6219具有雙極性的集成電路，能控制和驅(qū)動具有兩極步進(jìn)電機(jī)的繞組，還可以雙向控制兩個直流電機(jī)。內(nèi)部具有保護(hù)二極管及PWM電流控制，具有較商的可靠性和穩(wěn)定性。

ST0_I0、ST0_I 1連接在LPC-2132ARM芯片的P0.2和P0.3管腳上，用于控制驅(qū)動電機(jī)的電流大小；PHAA、PHAB連接在LPC-2132ARM芯片P0.23、P0.19管腳上，對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電流的相位進(jìn)行控制；OUTA、OUTB接在TLC7255的2、1兩電壓輸出管腳上。

以上結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型不限于所描述的實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型原理和精神的情況下，對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。