【应用】3D霍尔位置传感器在无人机云台上的应用，可实时检测摄像头水平方向和俯视角度及变化

时间： 2016-12-16 来源：世强作者：在路上

技术问答

【摘要】云台作为无人机非常重要的部件之一，是用于安装和固定相机或摄像机的支撑设备。本文设计了用MELEXIS的三轴霍尔传感器 MLX90363可实时检测摄像头水平方向和俯视角度及其变化，实现稳定的无人机云台控制系统。

云台作为无人机非常重要的部件之一，是用于安装和固定相机或摄像机的支撑设备，见下图1红色框中的部件（无人机下方支撑摄像机的部分）。我们都有这样的经验，如果在拍照瞬间发生了抖动，那拍出的图像就是模糊的。而这还是在比较小心谨慎的情况下，都会出现的情况。相对而言，无人机在飞行时，其飞行叶片在高速旋转，必不可避免的会产生较强的机械振动。为了成像清晰，要保障无人机上的摄像机的水平方向和俯视角度的稳定，消除振动和风力作用的影响，并始终保持摄像机稳定的对准拍摄对象。

图1：无人机云台

为此，需要在云台上安装检测摄像头位置和姿态的装置。通过实时检测摄像头水平方向和俯视角度及其变化，由MCU进行处理和运算，计算出最佳的水平方向和俯视角度及误差变化量，再通过向步进电机发出控制指令，来校正摄像头的水平方向和俯视角度。基于该原理，本文设计了用MELEXIS的三轴霍尔传感器MLX90363实现的云台控制系统，其系统框图如下图2：

图2：云台控制系统框图

MLX90363是MELEXIS的第二代的三轴霍尔传感器，有单DIE和双DIE两种类型可选，支持5V和3.3V两种供电电压。3.3V供电，这对于采用电池供电的无人机来说，可降低整个系统的功耗，是非常好的。内部有平面霍尔盘和集磁片（IMC），可检测X，Y，Z三个方向上磁场强度和矢量大小的变化，因此可以精准地检测无人机摄像头水平方向和俯视角度及其变化。集成放大器、14位高精度的ADC、高速DSP（包括控制器,EEPROM等）、SPI接口、电压调整器等。其内部框图如图3所示。

图3：MLX90363内部系统框图

通过对其内部EEPROM进行设置，实现线性位移、旋转角度以及空间3D位置的检测。可直接输出X，Y，Z三个方向的原始数据或Alpha 和Beta两个角度数据。对于旋转角度检测，不需要重新配置内部EEPROM。而对于3D位置检测，则需要修改3D参数使能3D计算功能，并且需要修改KALPHA和KBETA参数，以降低非线性误差，因为在X和Z轴或Y和Z轴的灵敏度是不匹配的。对于3D位置检测，可按照下表一EEPROM配置参数表进行配置。

表一：3D位置检测EEPROM配置参数

表二：磁场角度公式

其中B1,B2,B3可通过MAPXYZ分别任意设置为X，Y，Z轴，总共有6种组合。

对于云台控制系统，用MELEXIS的三轴霍尔传感器MLX90363来检测摄像头的水平角度和垂直角度，软硬件方面的设计之外，软件部分可参考应用文档：《Melexis MLX90363入门指南应用笔记》及《Melexis MLX90363霍尔传感器详细数据手册》。另外一个重要的方面就是磁铁方面的选择及结构方面的设计，可参考相关的设计文档：《Melexis MLX90316磁性角度传感器介绍应用笔记》。

结语：

Melexis第二代的三轴霍尔传感器MLX90363是无人机云台实现实时检测摄像头水平方向和俯视角度及其变化的一个非常不错的产品。除此之外，在工业如遥控手柄，消费如游戏手柄、操纵杆，汽车里的踏板、档把等领域，只要涉及到线性位移、旋转角度以及空间3D位置的检测，均可使用。目前也有了相应的成功应用。

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用户34237131 Lv1 2023-04-06

机载巡查仪 18038162642

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应用笔记或设计指南 - MELEXIS - Rev 002 - 2013年12月01日 PDF 英文下载