本實用新型涉及教學課程錄制技術領域，特別涉及一種云臺攝像機的云臺控制系統。

背景技術：

隨著教育信息化的快速發展，傳統人工錄播教學課程因為專業人員投入多、操作工作量大，無法滿足大量視頻教學課件的錄制需要，自動錄播系統的應用成為教學課程錄制的一大趨勢。

為了能夠錄制生動的課件，必須將老師和學生的教學互動過程捕捉下來，特別是當學生起立發言時，需要一種自動檢測學生站立或坐下的裝置，能夠實時準確地偵測并控制攝像機對準學生。例如，當老師點名學生站立回答問題時，需要檢測站立學生，測算其空間位置并控制云臺攝像機進行特寫拍攝；當學生回答完問題坐下后，需要對全體學生進行全景拍攝。

云臺是負責攝像機的轉動裝置,需要實現攝像機在水平方向上360°、垂直方向上90°高速旋轉和精確定位的依托。為了實現攝像頭能夠進行特寫以及全景拍攝，需要云臺能夠快速響應，從而滿足自動檢測的功能，一般選用兩個步進電機用于對云臺的控制，分別負責水平旋轉和垂直旋轉。但由于步進電機步距角較大,且易產生較大的跳動，尤其在低速情況下，系統的平穩性差，很難滿足精確定位的要求。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種云臺攝像機的云臺控制系統，能夠實現云臺平穩快速運行，滿足自動檢測時攝像頭精確對準的要求。

為了解決上述技術問題，具體地，本實用新型公開了技術方案如下：

一種云臺攝像機的云臺控制系統，包括云臺驅動器、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器，控制主機通過所述云臺驅動器控制云臺的水平步進電機和垂直步進電機移動，對應所述云臺的水平轉動方向設置所述水平方向傳感器，對應所述云臺的俯仰轉動方向設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連接，實時監測所述云臺的位置參數。使用時，控制主機利用設置在教室內的雙目攝像頭實時采集視頻數據，經一FPGA邏輯器件處理后獲得目標場景的三維空間信息，即每個像素點相對于所述云臺攝像機的x，y，z空間坐標；根據預設的高度檢測平面，將場景中高于檢測平面的目標全部檢測出來并得到目標的空間信息；將高于檢測平面的目標的空間信息發送給控制主機。控制主機根據目標的空間信息、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器快速準確地控制云臺帶動云臺攝像機對準目標，從而完成特寫。

進一步的，所述云臺驅動器包括單片機、水平步進電機驅動器以及垂直步進電機驅動器，所述單片機中存儲步距角細分后的兩相電流數字量值表，通過查詢所述兩相電流數字量值表控制D/A轉換芯片形成控制電壓，通過所述水平步進電機驅動器和所述垂直步進電機驅動器分別驅動所述水平步進電機和所述垂直步進電機。

進一步的，所述水平步進電機和所述垂直步進電機是兩相步進電機，所述水平步進電機驅動器和所述垂直步進電機驅動器生成正弦波形驅動電流控制所述水平步進電機和所述垂直步進電機的驅動線圈。

細分控制又稱為微步進控制，其目的在于通過改變驅動電路的控制方式使原來的步距角分成幾十甚至數百份，原來的一步細分為若干步，并能在任何細分步距角下停步，從而使步進電機的實際步距角大大減小,控制精度得以提高，且轉子運行更加平穩。

進一步的，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。

采用上述技術方案,通過步進電機細分，水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器形成閉環反饋，另外，減小步進電機的步距角，提高步進分辨率，增強電機運行的平穩性，從而提高攝像機云臺定位的準確度。

附圖說明

圖1為本實用新型的云臺攝像機的云臺控制系統結構框圖；

圖2為本實用新型的云臺驅動器結構框圖；

圖3為TLC7255連接電路結構圖；

圖4為L6219連接電路結構圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本實用新型，但并不構成對本實用新型的限定。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，一種云臺攝像機的云臺控制系統，包括云臺驅動器、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器，控制主機通過所述云臺驅動器控制云臺的水平步進電機和垂直步進電機移動，對應所述云臺的水平轉動方向設置所述水平方向傳感器，對應所述云臺的俯仰轉動方向設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連接，實時監測所述云臺的位置參數。使用時，控制主機利用設置在教室內的雙目攝像頭實時采集視頻數據，經一FPGA邏輯器件處理后獲得目標場景的三維空間信息，即每個像素點相對于所述云臺攝像機的x，y，z空間坐標；根據預設的高度檢測平面，將場景中高于檢測平面的目標全部檢測出來并得到目標的空間信息；將高于檢測平面的目標的空間信息發送給控制主機。控制主機根據目標的空間信息、水平方向傳感器以及俯仰方向傳感器快速準確地控制云臺帶動云臺攝像機對準目標，從而完成特寫。

如圖2所示，所述云臺驅動器包括單片機、水平步進電機驅動器以及垂直步進電機驅動器，所述單片機中存儲步距角細分后的兩相電流數字量值表，通過查詢所述兩相電流數字量值表控制D/A轉換芯片形成控制電壓，通過所述水平步進電機驅動器和所述垂直步進電機驅動器分別驅動所述水平步進電機和所述垂直步進電機。

其中，所述水平步進電機和所述垂直步進電機是兩相步進電機，所述水平步進電機驅動器和所述垂直步進電機驅動器生成正弦波形驅動電流控制所述水平步進電機和所述垂直步進電機的驅動線圈。

細分控制又稱為微步進控制，其目的在于通過改變驅動電路的控制方式使原來的步距角分成幾十甚至數百份，原來的一步細分為若干步，并能在任何細分步距角下停步，從而使步進電機的實際步距角大大減小,控制精度得以提高，且轉子運行更加平穩。

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為云臺驅動器的核心控制，首先將根據32細分計算得出的以表的形式存儲在內存中，通過査表的方式控制D/A轉換芯片TLC7255將每一對數字量轉換成相應的控制電壓，再經過專用驅動芯片L6219來驅動兩相步進電機。

如圖3所示，D/A轉換芯選用TI公司的一款高性能D/A轉換器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，水平步進電機驅動器以及垂直步進電機驅動器選用L6219作為步進電機驅動芯片,L6219具有雙極性的集成電路，能控制和驅動具有兩極步進電機的繞組，還可以雙向控制兩個直流電機。內部具有保護二極管及PWM電流控制，具有較商的可靠性和穩定性。

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

以上結合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，但本實用新型不限于所描述的實施方式。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本實用新型原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本實用新型的保護范圍內。