基于DSP的運動(dòng)相機控制系統設計

摘要：設計了一種基于DSP的運動(dòng)相機控制系統，對相機做“重復啟停”運動(dòng)進(jìn)行控制。使用TMS320LF2407控制ASM46AK—H100諧波減速步進(jìn)電機，驅動(dòng)相機很快到達指定位置進(jìn)行拍照，實(shí)驗數據表明可以重復拍攝周期且圖像清晰。
關(guān)鍵詞：DSP；運動(dòng)相機；步進(jìn)電機；重復啟停

0 引言
隨著(zhù)計算機和信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，使具有快速和高精度處理能力的DSP出現并廣泛應用。本文設計了一種通過(guò)DSP實(shí)現對運動(dòng)相機控制的系統，可以使常規方式無(wú)法進(jìn)行的拍攝工作變得輕松，并能達到理想效果。實(shí)現了相機快速到達指定位置，進(jìn)行5點(diǎn)拍攝，并確保拍攝到的圖像不失真。

1 系統原理
基于TMS320LF2407的運動(dòng)相機控制系統框圖如圖1所示。

DSP在GPIO的驅動(dòng)下將輸入的指令進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)光電耦合和功率放大后，驅動(dòng)步進(jìn)電機工作，步進(jìn)電機和相機機架上的齒輪結構連接，控制相機完成5點(diǎn)拍攝工作。

運動(dòng)相機的控制原理如圖2所示。運動(dòng)相機控制系統需要完成相機在某個(gè)時(shí)刻快速運動(dòng)到指定位置1點(diǎn)，立即停止，對準目標拍照并保證圖像清晰，然后以同樣標準在位置2點(diǎn)、位置3點(diǎn)、位置4點(diǎn)、位置5點(diǎn)拍照，再按原路快速返回到位置1點(diǎn)，等待下一個(gè)拍攝周期的到來(lái)。

2 系統硬件設計
在運動(dòng)相機控制系統中，需要控制相機做“重復啟停”運動(dòng)，即在某些時(shí)刻要求相機快速運動(dòng)，在特定時(shí)刻迅速停止，并能保證停止時(shí)相機靜止不動(dòng)，確保拍攝到的圖像不失真。因此要求所選電機應易于啟?？刂频耐瑫r(shí)，還要具有鎖定能力。本系統采用運動(dòng)控制系統中廣泛應用的步進(jìn)電機作為執行元件。
步進(jìn)電機是根據組合電磁鐵的理論設計的，是一種將有效電脈沖信號轉變?yōu)橄鄳慕俏灰苹蛑本€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。步進(jìn)電機通過(guò)專(zhuān)用的電源把電脈沖信號按一定順序供給定子各相控制繞組，在氣隙中產(chǎn)生類(lèi)似于旋轉磁場(chǎng)的脈沖磁場(chǎng)，使每給步進(jìn)電機加一個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電機就移動(dòng)一步。步進(jìn)電機的轉速、停止的位置只取決于輸入脈沖信號的頻率和脈沖個(gè)數，不需要反饋信息和A／D轉換，能夠直接將數字脈沖信號轉化為可控角位移。步進(jìn)電機只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差、可以在相當寬的范圍內平滑調速、具有一定的自鎖能力和易于啟?？刂频忍攸c(diǎn)，非常適合運動(dòng)相機控制系統。步進(jìn)電機的控制系統如圖3所示。當步進(jìn)電機和負載已經(jīng)確定之后，整個(gè)驅動(dòng)系統的性能就完全取決于驅動(dòng)電源和控制方法，步進(jìn)電機驅動(dòng)器由脈沖信號、信號分配、功率放大器幾部分組成。脈沖分配方式采用軟件脈沖分配，采用軟件進(jìn)行脈沖分配不用改變硬件線(xiàn)路，只需修改軟件程序就能完成控制方案修改，不僅降低了成本，還提高了可靠性。

根據電機所帶負載相機的動(dòng)力學(xué)要求、控制相機掃拍過(guò)程中電機運動(dòng)規律和相機曝光時(shí)間的關(guān)系，選擇使用ASM46AK—H100的諧波減速步進(jìn)電機。ASM46AK—H100步進(jìn)電機減速比為1：100，最高分辨率設定為0．36(°)／脈沖，轉矩為5 N·m，最大轉矩為11 N·m，電源輸入電流為1．7 A，電源輸入電壓DC 24 V，最大輸入脈沖頻率為250 kHz(脈沖占空比50％時(shí))，速度／位置控制指令是脈沖序列輸入，容許速度范圍為0～24 r／min，能滿(mǎn)足CCD的要求。在過(guò)載保護、過(guò)壓保護、速度差異常保護、速度過(guò)快、E2PROM數據錯誤、傳感器異常、系統異常等保護功能工作時(shí)，輸出警報信號，電動(dòng)機自然停止。