使用三納米電機(jī)控制的PTZ安全攝像機(jī)

傳統(tǒng)褲子傾斜變焦 （PTZ） 安全攝像機(jī)有節(jié)奏的掃蕩運(yùn)動(dòng)意味著它們并非萬(wàn)無一失——入侵者在首先觀察其指向的方向后很容易溜過一個(gè)。此外，負(fù)責(zé)同時(shí)監(jiān)控多個(gè)攝像機(jī)流的過度勞累的安保人員很容易錯(cuò)過單個(gè)饋送中的場(chǎng)景變化?，F(xiàn)代 PTZ 攝像機(jī)（圖 1）配備了傳感器和智能圖像處理器，能夠?qū)崟r(shí)自主跟蹤物體，并可以自動(dòng)提醒安保人員場(chǎng)景變化。但是，舊相機(jī)中使用的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)不再適合用途，并且無法支持此功能。本博客系列著眼于當(dāng)今自主跟蹤PTZ攝像機(jī)的一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并介紹了Trinamic電機(jī)控制解決方案可以解決這些問題的方法，從平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)要求開始。

傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制算法使視頻流生澀

PTZ 攝像機(jī)必須能夠水平（平移）和垂直（傾斜）移動(dòng)，并改變其視野（縮放）。與固定攝像機(jī)相比，這些運(yùn)動(dòng)平面允許它們測(cè)量更廣泛的區(qū)域，但需要三個(gè)獨(dú)立的電機(jī)，每個(gè)電機(jī)必須提供：

平滑運(yùn)動(dòng)：如果電機(jī)沒有平穩(wěn)地移動(dòng)到其目標(biāo)位置，則相機(jī)饋送將顯得生澀，使觀看者在電機(jī)的加速和減速階段難以觀察視頻流。

高精度快速跟蹤：電機(jī)必須快速精確地移動(dòng)以跟蹤移動(dòng)物體。否則，它可能會(huì)從視野中消失。

低振動(dòng)和噪音：必須盡量減少振動(dòng)，以防止整個(gè)攝像機(jī)晃動(dòng)，從而難以查看觀察到的場(chǎng)景。噪音會(huì)干擾音頻信號(hào)，也可能提醒入侵者注意攝像機(jī)的存在。

傳統(tǒng)上，使用“恒定關(guān)斷時(shí)間”算法驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)使相機(jī)能夠移動(dòng)。然而，這種類型的算法會(huì)導(dǎo)致電流波形中出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)矩紋波，并產(chǎn)生可聞的電機(jī)噪聲?，F(xiàn)代步進(jìn)電機(jī)使用微步進(jìn)，每整步最多 256 微步，這意味著每轉(zhuǎn)一圈就有 51，200 微步。這使得相機(jī)移動(dòng)更加平滑、安靜和精確，但對(duì)于MCU來說，以這種分辨率運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)是很困難的。例如，要以每秒10轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所需的PWM輸出步進(jìn)頻率為512000赫茲，并且很難找到一個(gè)微控制器來為多個(gè)電機(jī)執(zhí)行此操作。

ADI Trinamic的展訊算法提供平滑、精確的運(yùn)動(dòng)

ADI公司的Trinamic團(tuán)隊(duì)專注于運(yùn)動(dòng)控制解決方案，并開發(fā)了廣泛的先進(jìn)技術(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)（和其他）的運(yùn)動(dòng)，包括基于硬件的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器。它們提供專用的硬件斜坡發(fā)生器，可用于產(chǎn)生高達(dá) 4 MHz 的步進(jìn)頻率。這種方法減輕了主攝像頭微控制器的階梯配置文件生成，使其能夠?qū)Ｗ⒂谄渌蝿?wù)，如管理視頻饋送。

過去，使用梯形輪廓生成運(yùn)動(dòng)是很常見的。電機(jī)將不斷加速到定義的速度并保持它，直到達(dá)到恒定的減速階段。由這種突然的加速和減速引起的啟動(dòng)和停止運(yùn)動(dòng)可以在攝像機(jī)的視頻饋送中看到。為了克服梯形算法引起的抖動(dòng)問題，Trinamic 基于硬件的運(yùn)動(dòng)控制器使用了一種稱為 SixPoint 斜坡的更高級(jí)算法。這會(huì)在輪廓中引入兩個(gè)加速段和兩個(gè)減速段。添加輔助加速 （A1） 和減速 （D1） 段（圖1）可在攝像機(jī)行程的開始和結(jié)束時(shí)降低加速和減速，通過允許攝像機(jī)的電機(jī)更平穩(wěn)地啟動(dòng)和停止移動(dòng)來提高視頻饋送的質(zhì)量。

圖1 梯形與六點(diǎn)斜坡

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要功能是產(chǎn)生使其旋轉(zhuǎn)所需的電流。驅(qū)動(dòng)MOSFET必須以足夠的精度打開和關(guān)閉，以確保驅(qū)動(dòng)器的電氣位置與電機(jī)的機(jī)械位置對(duì)齊。這種精確的切換可確保攝像機(jī)沿指令方向和速度移動(dòng)。如果切換執(zhí)行不正確，則電氣和機(jī)械位置之間的不匹配會(huì)導(dǎo)致能量浪費(fèi)、不必要的噪音和抖動(dòng)。極端不匹配（90度或更大）甚至?xí)?dǎo)致電機(jī)失速。

ADI Trinamic的SpreadCycle步進(jìn)電機(jī)控制算法使用目標(biāo)值周圍的遲滯來提供精確的驅(qū)動(dòng)電流，確保電流正弦波在全步躍轉(zhuǎn)換時(shí)平滑過零。這很重要，因?yàn)檎麄€(gè)步驟比微步驟具有更高的扭矩，如果執(zhí)行不正確，可能會(huì)導(dǎo)致生澀運(yùn)動(dòng)。SpreadCycle消除了全步轉(zhuǎn)換時(shí)的抖動(dòng)，是需要捕捉高速入侵者運(yùn)動(dòng)的攝像機(jī)的理想選擇！

審核編輯：郭婷