為什么網(wǎng)紅利器“手持云臺”拍攝不會(huì )晃動(dòng)

　　愛(ài)看“抖音”等小視頻的人，發(fā)現網(wǎng)紅們邊走邊拍，畫(huà)面不抖動(dòng)亂晃，和拿手機自拍時(shí)效果不一樣，為什么呢?原來(lái)這里要用到一個(gè)工具—--手持云臺!手持云臺會(huì )感知運動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)運轉電機使得手機保持穩定，拍出來(lái)的畫(huà)面不晃動(dòng)。

　　手持云臺的核心算法在于利用FOC電機方案，實(shí)現云臺三個(gè)維度的精細調節。對于三路BLDC，MCU通過(guò)位置環(huán)，速度環(huán)，電流環(huán)實(shí)時(shí)監控電機的位置狀態(tài)信息，以及電機的安全運作。以保證在身體走動(dòng)，外界抖動(dòng)過(guò)程中，在極低誤差范圍內，手機保持水平。因此，手持云臺的控制框架：

　　?運動(dòng)控制：1-3顆帶有FPU，浮點(diǎn)運算單元的MCU，用于處理FOC算法，X,Y,Z三個(gè)維度每路各一顆步進(jìn)電機，每路步進(jìn)電機需要1片三相半橋驅動(dòng)芯片，或者6片 MOSFET構成的H橋，控制電機轉速以及換向。

　　?反饋機制：在電機位置檢測時(shí)，一般需要霍爾元件或者磁編碼器實(shí)現電機位置檢測，從而實(shí)時(shí)調整電機狀態(tài)。為確保每路步進(jìn)電機運行過(guò)程中的正常工作，還需要利用運放采集電機驅動(dòng)芯片的電流，以確保電機正常運作，或是停滯，防止故障后損壞機器。

　　?人機交互控制：目前市面上大致用三類(lèi)，線(xiàn)控，BLE，WIFI，由于手機端標配BLE，所以云臺人機交互控制采用BLE方案居多，但是BLE數據帶寬較低，不適合高清數據高速傳輸。因此也有部分廠(chǎng)家采用WIFI，實(shí)現視頻流的高速傳輸。

　　?供電系統：云臺的供電系統：一般為鋰電池供電，一路升壓的24V左右，為電機驅動(dòng)芯片或者M(jìn)OSFET提供電壓，確保電機運作，一路升降壓到3.3V或者5V給MCU供電。

　　?話(huà)不多說(shuō)，看圖更直觀(guān)。

　　圖1 云臺框架

　　1、主控單元：

　　主要完成完成三個(gè)事情：

　　(1)電機控制。讀取姿態(tài)傳感器信號確定云臺當前姿態(tài)，即采樣定子電流電流，先后經(jīng)過(guò)Clark，Park運算，PI運算計算需要調整的參數，經(jīng)過(guò)Clark，Park逆運算，轉化輸出為勵磁電流，然后與轉速環(huán)相比較，控制輸出PWM，從而控制電機，MCU需要完成FOC速度控制模式算法，PID算法。

　　(2)無(wú)線(xiàn)數據交互。MCU需要通過(guò)藍牙鏈接手機等平臺攝像設備，控制拍照，完成人機交互。

　　(3)協(xié)調控制云臺系統。

　　GD32F4XX系列MCU，200Mhz主頻，3MB Flash 256K Ram，同時(shí)自帶硬件FPU，對于需要較大RAM的處理FOC，PID算法的電機控制系統很具優(yōu)勢，同時(shí)具備電機控制的高級定時(shí)器，正交編碼器接口，霍爾傳感器接口，可以采集電機速度，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實(shí)現電機快速實(shí)現響應。

　　2、電機驅動(dòng)

　　電機驅動(dòng)：可以采用集成驅動(dòng)IC或者分立MOS自行搭建集：

　　集成IC：控制簡(jiǎn)單，集成度更高，IC自帶欠壓保護，短路保護，死區控制，但是由于MOS內部集成，散熱差，驅動(dòng)能力一般。

　　分立驅動(dòng)方案：集成度較低，分立MOS一般具有較大電流，散熱好，驅動(dòng)能力較好，MCU一般在輸出PWM時(shí)自帶死區控制，但是在短路，過(guò)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(xiàn)，有成熟的電機驅動(dòng)芯片，該芯片針對各種負載條件做了死區時(shí)間、對稱(chēng)性能優(yōu)化，且內部MOSFET設置5.5A電流限制，超過(guò)該極限時(shí)，過(guò)流橋將進(jìn)入高位阻抗狀態(tài)，若芯片溫度超過(guò)160℃，所有內部開(kāi)關(guān)將關(guān)閉，防止過(guò)熱損壞。

　　表一 電機驅動(dòng)參數

　　3、電源

　　手持云臺內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 電機驅動(dòng)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(xiāo)售人員聯(lián)系我們將為您定制完整的電源解決方案。

　　4、無(wú)線(xiàn)傳輸

　　手持云臺目前主流的無(wú)線(xiàn)方式是BLE，相比傳統的線(xiàn)控，無(wú)線(xiàn)更方便快捷，且每部手機都配有藍牙功能，后續隨著(zhù)云臺功能形態(tài)的轉變，需要更高的數據帶寬，以及更遠的傳輸記錄，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 藍牙芯片參數

　　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，對于手持設備，續航時(shí)間將更久，相比于其他藍牙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。