Общие вопросы

Что такое контроллер подвеса

Контроллер подвеса - это печатная плата со смонтированными на ней электронными компонентами. Она предназначена для управления ориентацией в пространстве платформы, на которую, как правило, ставят видео или фото камеру. Непосредственное выставление или удержание требуемой ориентации в пространстве осуществляют электромоторы, которыми управляет контроллер подвеса. Определение текущей ориентации платформы в пространстве осуществляется с помощью инерциальных датчиков (гироскопов, акселерометров), показания которых также обрабатывает контроллер подвеса.

 

Из каких элементов состоит контроллер подвеса

Контроллер подвеса содержит микроконтроллер, инерциальные датчики, силовые ключей для управления моторами и интерфейсы для взаимодействия с внешними устройствами. Микроконтроллер управляет работой всего устройства, при которой инициализируются инерциальные датчики и осуществляется чтение их показаний, формируются и передаются на силовые ключи сигналы управления для моторов, происходит обмен данными с внешними устройствами (прием команд, передача текущей ориентации в пространстве и т.д.). Инерциальные датчики отслеживают все перемещения и отклонения камеры и рамы подвеса. Силовые ключи (MOSFET-ы) осуществляют передачу управляющих сигналов от микроконтроллера непосредственно на электромоторы.

Почему мы используем микроконтроллер STM32

Качественная работа подвеса подразумевает, что любое отклонение камеры от заданного направления определяется и корректируется контроллером почти мгновенно. Чтобы этого добиться, необходимо, чтобы определение отклонения камеры, вычисление команд управления и передача их на моторы происходила с максимальной скоростью и достаточной точностью. Первые две операции являются для микроконтроллерами достаточно ресурсоемкими, поэтому его производительность должна быть высокой. 8-битные микроконтроллеры (AVR, PIC) с этими задачами справляются плохо, кроме того отсутствие полноценной поддержки чисел с плавающей точкой сильно влияет на точность работы. 32-битные микроконтроллеры stm32 с тактовой частотой от 70МГЦ обладают высокой производительностью, широкими функциональными возможностями, а также хорошим соотношением цена/качество. В настоящее время они являются очень популярными среди разработчиком различных устройств, благодаря чему в Интернет можно найти большое количество учебных и демонстрационных материалов и примеров.

Что такое PITCH, ROLL, YAW

Pitch, roll, yaw - это англоязычное обозначение углов Эйлера, которые используются для представления текущей ориентации вектора в 3-х мерном пространстве.

Как мы определяем положение главной оптической оси камеры

Положение главной оптической оси камеры можно представить в виде вектора в 3-х мерном пространстве. Направление вектора можно представлять с помощью углов Эйлера, матрицы направляющих косинусов (direct cosine matrix) и кватернионов. Каждое представление с математической точки зрения обладает своими плюсами и минусами. При реализации алгоритмов управления мы используем все три представления.

Сколько датчиков нужно для работы 3-осевого подвеса

Для работы 3-осевого подвеса для камеры нужен как минимум один 3-осевой гироскоп и один 3-осевой акселерометр. Как правило, современные электронные компоненты могут совмещать эти датчики в одном чипе. Примером таких компонент является семейство чипов mpu - mpu-6000, mpu-6050, mpu-6500, mpu9250 и пр. Инерциальный датчик, который содержит 3-осевой гироскоп и/или 3-осевой акселерометр и/или 3-осевой магнетометр, называется IMU - inertial measurement unit. IMU крепится на камеру и фиксирует все ее перемещения и отклонения. Добавление в подвес дополнительных датчиков (IMU или энкодеров для моторов) позволяет повысить надежность работы подвеса, а также сократить потребление энергии. В нашей последней прошивке мы работаем с двумя IMU. Первый IMU крепится на камере, а второй IMU крепится на раме подвеса.

Что такое режим FOLLOW ME

Режим FOLLOW ME (дословно - следуй за мной) - это режим работы, при котором камера следует за рамой подвеса. Данный режим характеризуется следующими величинами: 

1. величина зоны нечувствительности (dead band) - если угловое отклонение положения камеры от рамы меньше этого значения, камера стоит на месте. Если больше, камера начинает двигаться за рамой.

2. максимальное ускорение, с которым может двигаться камера.

3. максимальная скорость, с которой может двигаться камера. 

Изменение скорости камеры, движущейся за рамой, можно описать с помощью ""трапеции"" - т.е. камера сначала разгоняется с ускорением, потом движется с постоянной скоростью, а затем тормозит с ускорением, чтобы остановиться в нужном положении.

Что такое AUX

AUX (Auxiliary Port) - это логическое имя для стандартного коммуникационного порта. На контроллере подвеса порты AUX (Aux1, Aux2 и пр.) используются для приема управляющих сигналов с пульта радиоуправления.

Что такое UART (USART)

UART (USART) - это программно-аппаратный интерфейс обмена данными. Как правило, используется в качестве интерфейса взаимодействия между микроконтроллером и ПК. При использовании данного интерфейса линии связи имеют название RX и TX. Для работы по протоколу UART, как правило, на ПК организуется реальный или виртуальный COM порт. На контроллере подвеса для этих же целей может использоваться микросхема "USB to UART Bridge", которая позволяет обмениться данными с ПК через usb разъем - т.е. контроллер и ПК соединяются через usb кабель, ПК шлет и принимает данные через COM порт, а контроллер шлет и принимает данные по протоколу UART.

Что такое I2C

I2C - это программно-аппаратный интерфейс обмена данными. Как правило, используется в качестве интерфейса взаимодействия между микроконтроллером и инерциальными датчиками для чтения их показаний. При использовании данного интерфейса линии связи имеют название SDA и SCL. Альтернативой I2C является интерфейс SPI.

Что такое SPI

SPI - это, как и I2C, программно-аппаратный интерфейс обмена данными, который в отличие от I2C использует 4 линии связи, вместо 2. При использовании данного интерфейса линии связи имеют название SCLK, MISO, MOSI. Интерфейс SPI может обеспечивать большую скорость передачи, чем интерфейс I2C, и также использоваться для чтения показаний датчиков.

С какой частотой работает контроллер подвеса

Контроллер работает с частотой примерно 1 кГц, что соответствует времени цикла равному 1 мс. За это время происходит чтение показаний с двух датчиков, выдача управления на моторы и выполнение необходимых вычислений.

Наша команда состоит из неравнодушных и увлеченных людей, которых объединяет работа над уникальным проектом - создание системы качественной стабилизации камеры 3Stab и контроллера UStab. Мы используем наш опыт и профессиональные навыки, чтобы воплотить действительно хорошие идеи в жизнь! Будем рады общению с Вами!