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。
中图分类号： TP391.9
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211557
中文引用格式： 任福深，王茜，刘均，等. 基于STM32两轴深水观测云台控制系统设计[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211557
中文引用格式： 任福深，王茜，刘均，等. 基于STM32两轴深水观测云台控制系统设计[J].电子技术应用，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
智能视频监控技术结合图像、视频处理等技术，是实现运动目标自动检测和跟踪的关键技术[1-2]。水下机器人是海洋能源开采的重要装备，常代替人工在危险环境和人类视觉受阻的环境工作，需要借助云台实时监测水下环境、保证其安全高效的作业。
国内外云台多为单自由度或固定式，且常见的云台微控制器多为单核或双核，数据传输速度和存储量不高[3]。2014年，中国海洋石油总公司设计了一款移动式云台，只适用于浅海水下场景的实时监控[4]。2016年，殷莉甜针对水下云台结构的密封性和图像检测要求，设计了一款应用于水下焊接机器人的双目视觉系统，但其检测精度不高[5-6]。基于上述相关研究，本文设计了基于STM32两轴深水观测云台结构及其控制系统，不但能实现回转和俯仰两自由度的运动，而且降低了水下机器人系统的开发成本，是水下机器人智能化研究的关键技术。
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作者信息：
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)
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