高精度激光跟踪指示云台的研制开题报告定稿(范例)

1、洛阳理工学院毕业设计（论文）开题报告系（部）： 计算机与信息工程系 2013年3月28日 课题名称高精度激光跟踪指示云台的研制学生姓名杨许豪专业班级通信工程B090507课题类型硬件设计指导教师王新新职称讲师课题来源科研1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义云台是安装、固定摄像机的支撑设备，可分为固定和电动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。 电动云台适用于对大范围进行扫描监视，能够扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信

2、号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台，也就是二自由度（2-Degree ofFreedom）云台，简称 2-DOF 云台。 图 1 云台 一般来说，二自由度云台的水平旋转角度为0350，垂直旋转角度为+90。恒速云台的水平旋转速度一般在310/s，垂直速度为4/s左右。中速云台的水平旋转速度一般在032/s，垂直旋转速度在016/s左右。高速云台的水平旋转速度高达480/s以上，垂直旋转速度在120/s以上。云台的应用范围很

3、广，现如今云台主要用于安全监控、动态摄像等需要进行运动图像（视频）捕捉的场合或环境，使采集方式更直接、方便，获取的信息内容更丰富。也有一些特殊环境需要云台产品，这样的环境需要云台具有满足现场环境特殊防护性能，常见的有水下型、高温型、低温型、防腐型和防爆型。随着近年来计算机技术、网络技术、图像处理和传输以及运动控制技术日新月异的发展和进步，云台的诸多应用领域也在不断地更新和进步，云台的功能已经不能满足用户的需求。例如：云台与控制系统的通信一般都遵循派尔高（PELCO）协议，而此协议没有云台旋转状态的反馈，用户只能对其进行旋转方向和运行状态（停止/转动）的控制，无法获得当前的姿态数据。想要更加准确

4、、智能，就需要一个带有坐标反馈的云台，以便于系统对监控事物进行准确的识别和定位。在监控行业，人们已不再满足以往的监控方式，监控中人们往往存在如下的困惑：人类自身的弱点注意既不集中（人集中注意力低于每小时20分钟），其他事物的干扰（电话、聊天等）；摄像头与监视屏的矛盾随即抽取摄像头显示，一个监视屏轮休显示多个摄像头；监控人员的局限性一个人监看多个显示屏，监控人员平均监看每个摄像头的时间低于每小时5分钟；被动监控只能起录像作用，事故后才能进行查验等等。图 2 监控的烦恼由于以上原因，监控技术被迫向智能化的方向发展，而智能化不仅需要对控制终端的应用进行升级，也需要对云台部分进行升级。在深林防火方面，

5、森林火灾因为常常处在深山老林中，不易发现，故而发现火灾对于早扑灭火灾具有重要意义。目前，国内主要的监控方式就是建立视频监控系统，这是传统城市监控的简单延伸，将采集视频图像通过微波汇总，由人工完成集中监视；人工监视易造成肉眼疲劳，视频中的火情不易被查觉，造成漏报；监控中心的视频线路较多，人工监视也无法一一监看，易造成漏报。传统视频监控的最大缺点是漏报率高，通过建立智能预警系统对森林进行实时监控，能够降低漏报率。智能预警系统的前端包含有重型数字云台，如图3所示为一款用于森林防火的重型数字云台，此云台支持角度回显，但价格昂贵，要满足监控系统的需求就要大范围的安装设备，这需要有大量的资金支持。森林防火

6、迫切需要有这样一种廉价但性能完善的云台。图 3 高精度数字云台除此以外如低成本吊舱、全站仪等，也都需要这样一种含有精确位置反馈的、相对较低成本的云台。因此从事高精度激光跟踪指示云台的研究就具有非凡的意义，能够一定程度上解决上述问题，为社会带来一定的经济效益。2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题研制一个含有高精确位置控制和反馈的云台，计算机能够通过串行接口来对云台进行水平和俯仰的转动控制，同时也可发射激光束到指定的目标，进而对静止的和移动的目标进行指示定位，以便其他设备对目标进行定位。所要解决的问题如下：电机类型选择问题控制用电动机可划分：步进电动机和伺服电动机等，由于要制一个精度比较高的云台

7、就要选择一个细分数较高的电机，伺服电机的相对于步进电机来说，伺服电机的控制精度、低频特性、矩频特性、过载能力等方面都有一定的优越性，然而在一定的精度要求下，步进电机和伺服电机都能实现，而且步进电机能以比较低的经济成本来实现。所以具体的电机选择要根据实际的云台参数要求进行选择。电机驱动电路问题电机的驱动电路要能够实现让所选电机平稳、正确的旋转到指定的位置，具有一定的负载能力。解决这个问题就要搜索查看相关电机的典型控制电路，理解并熟练掌握，然后根据自己的要求对电路进行修改、设计。电机的控制算法问题云台要实现目标的指示以及跟踪功能，编写算法的时候要留下合适的控制接口，以便于PC机进行控制。控制电机用

8、的比较多的是PID控制算法，因此要了解PID控制算法，达到能够正确、熟练使用的程度。云台控制协议问题云台的控制协议一般都遵循派尔高协议，没有含带位置反馈信息，因此要了解一下派尔高协议的内容，并在此基础上制定出适合自己系统的通信协议。云台控制器选择问题云台运转所涉及的控制算法比较多，所以控制器的选择也要慎重，可以首选自己熟悉的控制器类型，如51、AVR、ARM、DSP、FPGA等，根据实际的性能需求选择合适的控制器型号。云台坐标系的标定和变换因为云台坐标系统和用户所用的坐标系统可能不是同一个坐标系统，想要正确的控制云台跟踪用户坐标系统内的目标，就需要通过两个坐标系的转换，因此就要考虑不同坐标系的

9、转换问题。3. 研究步骤、方法及措施高精度激光跟踪指示云台的研制，首先，要搜索和云台相关的资料，通过相关的资料，根据要制作的云台的性能指标，确定云台的设计方案，选择合适的硬件平台。然后，根据所选定的硬件平台选择适合的开发工具，对云台进行开发。最后，对云台的性能进行测试，先搭建一个测试平台，根据需求将云台固定在一个距目标靶约3米的地方，云台的激光束可以投射到目标靶上。如图4所示，为测试系统模型图。对云台的测试要经过如下几个步骤：要云台的定位能力的测试，测试方法：让云台初试上电后到达一个指定的位置，多次上电断电进行测试，如果云台每次能够精确的到达指定的位置进行指示的话，测试成功，反之则失败。云台位

10、置精度的测试，测试方法：云台上电，到达一个固定的位置后停止，记录当前位置，然后让云台以最细微的走法行走一步，停止，记录位置，测量两个位置的距离，并通过云台到目标靶的距离估算云台的精度，并与理论的计算值进行比较，相差不大的为测试通过，反之则没有，查找问题并改进，重新进行测试。云台随动指示的测试，测试方法：使用投影仪在目标靶上投影不断移动的高亮目标，PC机控制端不断把目标的坐标参数转化，发送给云台，观察云台是否能够随动跟踪。图 4 测试系统模型4. 研究工作进度第5周第6周 收集课题相关资料、分析资料、熟悉硬件第7周第12周 编写程序、调试、改造第13周第16周 撰写论文、完成定稿并打印装订第17

11、周 论文答辩5. 主要参考文献陈春辉, 季晓勇. 基于单片机的云台控制系统设计J. 微处理机, 2006, 10(5): 89-93秦继荣，沈安俊. 现代直流伺服控制技术及其系统设计M. 北京: 机械工业出版社，1999:183-190毛小南.机载侦察吊舱一瞥.现代兵器J. 1997:30-31何克忠. 计算机控制系统M. 北京: 清华大学出版社，1998:150-171付朝阳, 刘景林, 常威威. 高精度二相混合式步进电机控制系统研究J. 计算机测量与控制, 2009, 17(7): 1276-1278陈宇. 基于MEMS传感器的模拟云台探测系统J. 湖北第二师范学院学报, 2011, 28(8): 54-57李昌坤, 李昌龙, 何小海. 一种新型的智能云台控制系统J. 中国测试技术, 2005, 31(3): 30-32胡琳萍. 基于DSP的控制驱动一体化二自由度云台的设计