基于STM32两轴深水观测云台控制系统设计
2021年电子技术应用第8期
任福深1，王 茜1，刘 均1，张 园2
1.东北石油大学 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆163318；2.陕西安然能源科技有限公司，陕西 西安710000
摘要： 随着水下机器人在海洋能源勘探领域研究的深入，其需要借助云台实时监测水下环境、保证安全高效的作业。因此设计了基于STM32主控板的两自由度深水观测云台及其控制系统，在FreeRTOS上设置不同优先级的任务，实现CPU资源的高效利用。采用RS485实现云台和上位机通信，上位机按照Modbus双向通信协议向云台下位机发送控制命令。在实现两轴云台电机转动的同时，上位机实时接收检测到的数据。采用PID算法控制云台转动角度，通过分析实验结果，该系统可以实现云台两自由度控制和高质量图片视频采集。
中圖分類號： TP391.9
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211557
中文引用格式： 任福深，王茜，劉均，等. 基于STM32兩軸深水觀測云臺控制系統設計[J].電子技術應用，2021，47(8)：110-115.
英文引用格式： Ren Fushen，Wang Xi，Liu Jun，et al. Design of PTZ control system based on STM32 two-axis deep water observation[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(8)：110-115.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211557
中文引用格式： 任福深，王茜，劉均，等. 基于STM32兩軸深水觀測云臺控制系統設計[J].電子技術應用，2021，47(8)：110-115.
英文引用格式： Ren Fushen，Wang Xi，Liu Jun，et al. Design of PTZ control system based on STM32 two-axis deep water observation[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(8)：110-115.
Design of PTZ control system based on STM32 two-axis deep water observation
Ren Fushen1，Wang Xi1，Liu Jun1，Zhang Yuan2
1.School of Mechanical Science and Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China； 2.Shaanxi Anran Energy Technology Co.，Ltd.，Xi′an 710000，China
Abstract： With the deepening of research on underwater robots in the field of marine energy exploration, they need to use the PTZ to monitor the underwater environment in real time to ensure safe and efficient operations. Therefore, a two-degree-of-freedom deep-water observation PTZ and its control system based on the STM32 main control board are designed. FreeRTOS to divide the application into multiple tasks with different priorities and allocate CPU system resources reasonably. RS485 is used to realize the communication between the PTZ and the upper computer. The upper computer sends control commands to the lower computer of the PTZ according to the Modbus two-way communication protocol. While realizing the rotation of the two-axis pan/tilt motor, the upper computer receives the detected data in real time. The PID algorithm is used to control the rotation angle of the PTZ. By analyzing the experimental results, the system can achieve two-degree-of-freedom control of the PTZ and the collection of high-quality pictures and videos.
Key words : two degrees of freedom head；STM32；control system；ROV；FreeRTOS
0 引言
智能視頻監控技術結合圖像、視頻處理等技術，是實現運動目標自動檢測和跟蹤的關鍵技術[1-2]。水下機器人是海洋能源開采的重要裝備，常代替人工在危險環境和人類視覺受阻的環境工作，需要借助云臺實時監測水下環境、保證其安全高效的作業。
國內外云臺多為單自由度或固定式，且常見的云臺微控制器多為單核或雙核，數據傳輸速度和存儲量不高[3]。2014年，中國海洋石油總公司設計了一款移動式云臺，只適用于淺海水下場景的實時監控[4]。2016年，殷莉甜針對水下云臺結構的密封性和圖像檢測要求，設計了一款應用于水下焊接機器人的雙目視覺系統，但其檢測精度不高[5-6]。基于上述相關研究，本文設計了基于STM32兩軸深水觀測云臺結構及其控制系統，不但能實現回轉和俯仰兩自由度的運動，而且降低了水下機器人系統的開發成本，是水下機器人智能化研究的關鍵技術。
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作者信息：
任福深1，王 茜1，劉 均1，張 園2
(1.東北石油大學 機械科學與工程學院，黑龍江 大慶163318；2.陜西安然能源科技有限公司，陜西 西安710000)
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