| 1 |
Уважаемая комиссия, здравствуйте! Передо мной была поставлена задача разработать микроконтроллерную систему коррекции углового положения оптической оси видеокамеры. Данная работа выполнялась в рамках НИР в ЦНИИ РТК. Осуществление видеосъемки и видеонаблюдения является актуальной задачей для многих ведомств. Для этих целей широко используются беспилотные летательные аппараты (коротко БПЛА). Перспективным является использование малогабаритных БПЛА дециметрового ряда с размахом крыльев меньше 1м. Такие БПЛА запускаются с руки, а приземляются на любую ровную поверхность. Примером такого летательного аппарата может служить БПЛА "Чибис", разработанный в ЦНИИ РТК специально для этих целей. Разработанная система устанавливается на борт БПЛА и служит для коррекции оптической оси видеокамеры во время полета.Основные требования к СКУП:- вес не должен превышать 100 г,- габариты не больше 80х50х40 мм,- потребляемая мощность не должна приводить к существенному уменьшению времени полета,- СКУП должна в максимальной мере компенсировать колебания БПЛА по углам крена и тангажа, для возможности дальнейшей программной обработки полученных изображений. Колебания могут достигать амплитуды 40 градусов, а частота 1 Гц,- система должна быть построена на основе инерциального измерительного модуля ADIS16355 фирмы Analog Devices,- также должен быть применен исполнительный механизм "Сурикат", разработанный в ЦНИИ РТК. |
| 2 |
Таким образом, для построения системы необходимо:- разработать алгоритм СКУП,- разработать электрические принципиальные схемы,- организовать обмен с инерциальным модулем,- управлять исполнительным механизмом,- реализовать и отладить программу СКУП,- создать опытный образец.Также требуется провести предварительные наземные испытания. Для этих целей необходимо разработать испытательный стенд.СКУП состоит из 2-х основных частей: датчик углового положения, исполнительный механизм.Исполнительный механизм "Сурикат" обладает 2-мя степенями свободы. В движение его приводят 2 сервомашинки. Для управления необходимо подавать ШИМ-импульсы с частотой 50 Гц. При этом ширина импульса варьируется от 0,8 до 2,2 мс. Датчик углового положения включает: блок расчета угловых скоростей крена и тангажа по показаниям гироскопов на основе уравнений Эйлера, блок расчета углов крена и тангажа по показаниям акселерометров, блок объединения данных рассчитанных с датчиков дл я каждого из углов через комплементарный фильтр.Комплементарный фильтр представляет собой комбинацию фильтра низкой частоты и фильтра высокой частоты.Ввиду высоких требований по массогабаритным показателям ДУП может быть реализован только на микромеханических датчиках. Система может быть построена либо на отдельных акселерометрах и гироскопах, либо с использованием инерциального измерительного модуля. В данной системе применяется инерциальный измерительный модуль ADIS16355 фирмы Analog Devices. Он обладает малыми размерами, малым весом, высокую разрешающую способность. Внутри него скомбинированы 3 акселерометра, 3 гироскопа, датчик температуры. Модуль откалиброван на заводе фирмы-изготовителя, что упрощает его интеграцию во встраиваемые системы. Весь обмен данными осуществляется по интерфейсу SPI, широко применяемого во встраиваемых системах.Алгоритм системы включает блоки настройки ADIS, блоки опроса модуля, расчет производных углов крена и тангажа по показаниям гироскопов, расчет углов по показаниям акселерометров, объединение данных через комплементарный фильтр, выдачу отладочных данных по интерфейсу RS-232, управление исполнительным механизмом. |
| 3 |
Управляющий цикл составляет 20 мс.За счет применения компонентов высокой степени интеграции схема содержит относительно немного элементов. Основными являются: микроконтроллер Atmega32 семейства AVR, инерциальный измерительный модуль, интерфейсная микросхема MAX232, разъемы для подключения исполнительного механизма, разъем для программатора, а также блок подстроечных резисторов для корректировки начального положения видеокамеры.Отладка системы проводилась с использованием пакета Proteus Design Suite 7. Данный пакет предназначен для разработки и отладки электрических схем. Его отличительной особенностью от других аналогичных по назначению программ является поддержка большого числа различных семейств микроконтроллеров, таких как AVR, PIC, ARM, MCS51. В процессе отладки использовались такие инструменты как: виртуальный осциллограф, отладчик протоколов по интерфейсу SPI и RS-232, просмоторщик регистров микроконтроллера. Разводка печатных плат также проводилась в Proteus.Для проведения наземных испытаний разработан и изготовлен испытательный стенд. С компьютера посредством шины USB задаются амплитуда и частота углов колебаний платформы. При этом становится возможным снимать ЛАЧХ системы.Печатные платы СКУП и стенда изготовлены своими руками.В результате экспериментов были построены ЛАЧХ системы в целом и ЛАЧХ датчика угла положения. По ним можно сделать вывод о том насколько можно улучшить характеристики системы при выборе более скоростных сервомашинок. Результаты работы:- разработана электрическая принципиальная схема,- разработана и отлажена программа СКУП,- создан опытный образец СКУП,- проведены предварительные наземные испытания. Фото СКУП приведено на слайде. |
Комментарии