愛看“抖音”等小視頻的人，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)紅們邊走邊拍，畫面不抖動亂晃，和拿手機(jī)自拍時效果不一樣，為什么呢?原來這里要用到一個工具—--手持云臺!手持云臺會感知運(yùn)動狀態(tài)，通過運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)使得手機(jī)保持穩(wěn)定，拍出來的畫面不晃動。
手持云臺的核心算法在于利用FOC電機(jī)方案，實(shí)現(xiàn)云臺三個維度的精細(xì)調(diào)節(jié)。對于三路BLDC，MCU通過位置環(huán)，速度環(huán)，電流環(huán)實(shí)時監(jiān)控電機(jī)的位置狀態(tài)信息，以及電機(jī)的安全運(yùn)作。以保證在身體走動，外界抖動過程中，在極低誤差范圍內(nèi)，手機(jī)保持水平。因此，手持云臺的控制框架：
l運(yùn)動控制：1-3顆帶有FPU，浮點(diǎn)運(yùn)算單元的MCU，用于處理FOC算法，X,Y,Z三個維度每路各一顆步進(jìn)電機(jī)，每路步進(jìn)電機(jī)需要1片三相半橋驅(qū)動芯片，或者6片 MOSFET構(gòu)成的H橋，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以及換向。
●反饋機(jī)制：在電機(jī)位置檢測時，一般需要霍爾元件或者磁編碼器實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置檢測，從而實(shí)時調(diào)整電機(jī)狀態(tài)。為確保每路步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程中的正常工作，還需要利用運(yùn)放采集電機(jī)驅(qū)動芯片的電流，以確保電機(jī)正常運(yùn)作，或是停滯，防止故障后損壞機(jī)器。
●人機(jī)交互控制：目前市面上大致用三類，線控，BLE，WIFI，由于手機(jī)端標(biāo)配BLE，所以云臺人機(jī)交互控制采用BLE方案居多，但是BLE數(shù)據(jù)帶寬較低，不適合高清數(shù)據(jù)高速傳輸。因此也有部分廠家采用WIFI，實(shí)現(xiàn)視頻流的高速傳輸。
●供電系統(tǒng)：云臺的供電系統(tǒng)：一般為鋰電池供電，一路升壓的24V左右，為電機(jī)驅(qū)動芯片或者M(jìn)OSFET提供電壓，確保電機(jī)運(yùn)作，一路升降壓到3.3V或者5V給MCU供電。
●話不多說，看圖更直觀。
圖1 云臺框架
1、主控單元：
主要完成完成三個事情：
(1)電機(jī)控制。讀取姿態(tài)傳感器信號確定云臺當(dāng)前姿態(tài)，即采樣定子電流電流，先后經(jīng)過Clark，Park運(yùn)算，PI運(yùn)算計(jì)算需要調(diào)整的參數(shù)，經(jīng)過Clark，Park逆運(yùn)算，轉(zhuǎn)化輸出為勵磁電流，然后與轉(zhuǎn)速環(huán)相比較，控制輸出PWM，從而控制電機(jī)，MCU需要完成FOC速度控制模式算法，PID算法。
(2)無線數(shù)據(jù)交互。MCU需要通過藍(lán)牙鏈接手機(jī)等平臺攝像設(shè)備，控制拍照，完成人機(jī)交互。
(3)協(xié)調(diào)控制云臺系統(tǒng)。
GD32F4XX系列MCU，200Mhz主頻，3MB Flash 256K Ram，同時自帶硬件FPU，對于需要較大RAM的處理FOC，PID算法的電機(jī)控制系統(tǒng)很具優(yōu)勢，同時具備電機(jī)控制的高級定時器，正交編碼器接口，霍爾傳感器接口，可以采集電機(jī)速度，位置，以及電流形成閉環(huán)控制，可編程PWM模式，可以靈活控制三相電機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速實(shí)現(xiàn)響應(yīng)。
2、電機(jī)驅(qū)動
電機(jī)驅(qū)動：可以采用集成驅(qū)動IC或者分立MOS自行搭建集：
集成IC：控制簡單，集成度更高，IC自帶欠壓保護(hù)，短路保護(hù)，死區(qū)控制，但是由于MOS內(nèi)部集成，散熱差，驅(qū)動能力一般。
分立驅(qū)動方案：集成度較低，分立MOS一般具有較大電流，散熱好，驅(qū)動能力較好，MCU一般在輸出PWM時自帶死區(qū)控制，但是在短路，過熱，欠壓等狀態(tài)提醒略顯不足
目前在我司代理的MPS產(chǎn)品線，有成熟的電機(jī)驅(qū)動芯片，該芯片針對各種負(fù)載條件做了死區(qū)時間、對稱性能優(yōu)化，且內(nèi)部MOSFET設(shè)置5.5A電流限制，超過該極限時，過流橋?qū)⑦M(jìn)入高位阻抗?fàn)顟B(tài)，若芯片溫度超過160℃，所有內(nèi)部開關(guān)將關(guān)閉，防止過熱損壞。
表一 電機(jī)驅(qū)動參數(shù)
3、電源
手持云臺內(nèi)部為鋰電池直接供電， 需要充電管理芯片,BUCK,BOOST,LDO等諸多電源IC，電源分支可以分為->3.3V MCU分支，->24 電機(jī)驅(qū)動分支 ->其他外圍分支。這里不一一列出，如果有需要可以直接和ZLG銷售人員聯(lián)系我們將為您定制完整的電源解決方案。
4、無線傳輸
手持云臺目前主流的無線方式是BLE，相比傳統(tǒng)的線控，無線更方便快捷，且每部手機(jī)都配有藍(lán)牙功能，后續(xù)隨著云臺功能形態(tài)的轉(zhuǎn)變，需要更高的數(shù)據(jù)帶寬，以及更遠(yuǎn)的傳輸記錄，WiFi不失為一種更好的選擇。目前為大家推薦我司代理的兩顆BLE芯片：
表二 藍(lán)牙芯片參數(shù)
如表二所示。兩顆IC均為BLE5.0，相比BLE4.0/2,功耗更低，且支持FOTA功能，對于手持設(shè)備，續(xù)航時間將更久，相比于其他藍(lán)牙SOC，RSL10的電壓范圍更廣，對于鋰電池供電的手持云臺，電能利用率更高。
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