EFM32单片机应用系列四：摄像机云台设计参考

时间： 2016-02-27 来源：电子技术家园

技术问答

安防监控是随着人们生活生产需求应运而生的一项安全技术，安防系统由前端、传输、信息处理/控制/显示/通信三大单元组成。云台系统作为前端转动控制部件，在整个系统中起到非常重要的作用。

摄像机云台是一种安装在摄像机支撑物上的工作平台，用于摄像机与支撑物之间的连接，同时它具有水平和垂直运动的功能，在云台水平、垂直运动的同时，它也带动摄像机做相同的运动，这样就可以通过控制云台的运动来控制摄像机的运动，它与摄像机配套使用能达到扩大监视范围的目的，提高了摄像机的使用价值。云台可以分为两类：

1）固定云台

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高速摄像机的水平和俯仰角度，达到最好的工作姿态后锁定就可以了。

2）电动云台

电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。在控制信号的作用下，可以实现摄像机的监视区域自动扫描，也可以在人为操纵下跟踪监视对象。

系统设计

世强代理的EFM32是由SILICON LABS公司采用ARM Cortex-M3内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，适用于“四表”（电表、水表、热表、气表）、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。本方案将采用EFM32TG/ZG210实现超低功耗电动云台的设计。

电动云台主要组成模块有：主控处理器、供电电路、步进电机控制电路、RS485通讯及加热模块。总体框图如下：

图1：系统框图

供电模块

将外部输入电压一路通过LDO输出3.3V为MCU供电，同时另一路输出12V为步进电机供电。

步进电机控制

步进电机是电动云台的主要工作部件之一。电动云台带有两个步进电机，分别控制垂直运动和水平运动。步进电机是一种数字控制电机，它将电脉冲信号转变成角位移，即当步进电机接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲的个数和脉冲频率可以精确的控制步进电机的角位移量和角速度。本应用中通过GPIO口控制驱动IC的相位输出，采用双四拍的驱动方式控制步进电机的精确定位。在本应用中，采用LETIMER定时触发DMA改变GPIO的输出。LETIMER采用低频时钟源，可工作在EM2状态，根据云台转速要求设定LETIMER的定时时间，通过PCNT（脉冲计数器）对脉冲个数进行计数，即可精确的控制步进电机的转速及定位。在步进电机的运行过程中，MCU可工作在EM2的模式下，此模式下MCU的工作电流为0.9uA，只有在步进电机达到设定的位置或需要更换转动方向时才唤醒MCU进行设定的修改。

通讯接口

电动云台与总控机采用RS485通讯，用于监控人员对操纵云台的转动。在本应用中，EFM32通过LEUART接口进行485通讯，LEUART采有低频时钟源，可工作在EM2模式下，同时LEUART带有一个数据自匹配功能，只有在收到的一帧数据中的某一个数与设定的数值匹配才会唤醒MCU对接收到的数据进行处理。这在云台应用中可以实现从机IP的的自匹配。

加热模块

在北方的室外工作环境中，由于恶劣的低温条件，有可能出现云台冻结的现象，此时强行启动电机有可能出现电机烧毁的情况，此时可以云台内部加装加热器。本应用中，通过ADC定时采样温度传感器判断是否需要加热，EFM32带有12位的ADC，可以精确的检测出当前的环境温度。在温度过低的情况下用PWM对加热片进行加热，直到温度满足正常运行时才启动步进电机，保证步进电机正常启动。

方案优势
相对于传统的8位、16位单片机实现的电动云台方案，基于EFM32实现的本方案具有以下优势：

1）超低功耗

EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，具有5种工作模式，其待机模式EM2的功耗电流仅为900nA，且此状态下带有RTC及一些低频外设。本应用中所提及的DMA、LETIMER及LEUART皆可以此模式下运行，即电动云台的主要工作都可以在EM2的模式下实现，整个过程CPU基本是处于睡眠状态，功耗非常低，实现其他MCU所不能实现的低功耗应用。

2）高集成度

EFM32片上集成有ADC、模拟比较器、运算放大器等模拟外设，可以在带加热的应用中节省部分外围器件。甚至在对环境温度采样要求不高的情况下可以直接通过比较器对温度传感器的电压进行比较，以确定是否需要预热。

3）良好的扩展性

EFM32的TG、G、GG系列之间具有良好的兼容性，同系列型号的芯片是pin-pin兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的4KB~1024KB，RAM资源从2KB~128KB。

EFM32具有的优异低功耗及丰富的外设，非常适合于电动云台的应用。其独有的LETIMER及LEUART，结合Cortex-M3所带有的DMA功能，实现了在睡眠模式下进行云台的工作。大大的降低的电动云台的功耗，减少了MCU运行代码的时间，减少程序出错的几率。EFM32具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。因此，EFM32是摄像机云台应用的最佳选择。

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型号- EFM32TG822F16,EFM32TG222F16,EFM32TG225F8-BGA48,EFM32TG842F16-QFP64,EFM32TG222F8-QFP48,EFM32TG,EFM32TG825F32-BGA48T,EFM32TG222F16-QFP48,EFM32TG210F8,EFM32TG230F16-QFN64,EFM32TG225F32-BGA48,EFM32TG840F8-QFN64,EFM32TG210F32,EFM32TG842F32-QFP64,EFM32TG842F8-QFP64,EFM32TG825F16-BGA48,EFM32TG232F8-QFP64,EFM32TG108F8-QFN24,EFM32TG110F8-QFN24,EFM32TG210F8-QFN32,EFM32TG110F4-QFN24,EFM32TG840F32,EFM32TG225F16,EFM32TG110F32,EFM32TG225F16-BGA48,EFM32TG822F16-QFP48,EFM32TG108F32,EFM32TG110F16-QFN24T,EFM32TG232F16-QFP64,EFM32TG222F32-QFP48,EFM32TG210F16-QFN32,EFM32TG222F8,EFM32TG210F32-QFN32T,EFM32TG825F8,EFM32TG230F8-QFN64,EFM32TG842F8,EFM32TG230F32,EFM32TG110F32-QFN24T,EFM32TG840F8,EFM32TG840F32-QFN64,EFM32TG232F16,EFM32TG110F4,EFM32TG842F16,EFM32TG825F16,EFM32TG230F32-QFN64,EFM32TG110F8,EFM32TG822F32-QFP48T,EFM32TG222F32,EFM32,EFM32TG230F8,EFM32TG232F8,EFM32TG222F32-QFP48T,EFM32TG108F4,EFM32TG108F8,EFM32TG825F8-BGA48,EFM32TG840F16-QFN64,EFM32TG822F32,EFM32TG210F16,EFM32TG842F32-QFP64T,EFM32TG842F32,EFM32TG225F8,EFM32TG110F32-QFN24,EFM32TG-STK3300,EFM32TG822F8-QFP48,EFM32TG822F32-QFP48,EFM32TG110F16,EFM32TG210F32-QFN32,EFM32TG232F32-QFP64,EFM32TG232F32,EFM32TG822F8,EFM32TG108F32-QFN24,EFM32TG840F32-QFN64T,EFM32TG108F16,EFM32TG840F16,EFM32TG225F32,EFM32TG825F32-BGA48,EFM32TG825F32,EFM32TG230F16,EFM32TG110F16-QFN24,EFM32TG108F4-QFN24

评估板使用说明 - SILICON LABS - 2011年05月13日 PDF 英文下载

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型号- EFM32GG395F1024-BGA120,EFM32ZG103F16,EFM32GG895F1024-BGA120,EFM32GG380F1024,EFM32ZG108F32-QFN24,EFM32TG230F16-QFN64,EFM32GG980F1024,EFM32GG330F512-QFN64T,EFM32ZG110F16-QFN24T,EFM32GG995F512G-E-BGA120R,EFM32GG890F1024-BGA112,EFM32TG825F16-BGA48,EFM32ZG222F32-QFP48,EFM32GG942F512,EFM32GG295F1024,EFM32GG940F1024-QFN64T,EFM32GG942F1024-QFP64,EFM32ZG110F4,EFM32ZG108F32,EFM32TG225F16-BGA48,EFM32ZG110F8,EFM32GG880F512-QFP100,EFM32TG108F32,EFM32TG210F16-QFN32,EFM32GG980F512-QFP100,EFM32GG332F512-QFP64T,EFM32GG332F1024,EFM32TG110F4,EFM32GG330F512,EFM32TG842F16,EFM32TG825F16,EFM32GG232F1024-QFP64,EFM32TG110F8,EFM32ZG103F8-QFN16,EFM32ZG103F32,EFM32GG842F512,EFM32GG395F1024-BGA120T,EFM32GG842F512-QFP64,EFM32GG330F1024-QFN64T,EFM32TG230F8,EFM32ZG,EFM32GG330F1024,EFM32GG942F512-QFP64,EFM32ZG222F32,EFM32GG230F512-QFN64T,EFM32TG840F16-QFN64,EFM32GG990F512-BGA112,EFM32ZG210F16-QFN32,EFM32GG380F1024-QFP100,EFM32GG332F512-QFP64,EFM32GG232F512-QFP64,EFM32ZG110F16,EFM32GG880F1024G-E-QFP100,EFM32TG822F8-QFP48,EFM32ZG108F4-QFN24,EFM32TG210F32-QFN32,EFM32TG232F32-QFP64,EFM32GG390F512-BGA112,EFM32TG108F16,EFM32GG390F1024,EFM32TG230F16,EFM32TG110F16-QFN24,EFM32TG108F4-QFN24,EFM32ZG222F32-QFP48T,EFM32ZG210F32,EFM32GG840F1024G-E-QFN64,EFM32TG222F16,EFM32GG880F512,EFM32GG940F1024,EFM32GG290F1024-BGA112,EFM32ZG222F16,EFM32TG210F8,EFM32GG295F512-BGA120,EFM32TG840F8-QFN64,EFM32TG210F32,EFM32TG842F32-QFP64,EFM32TG842F8-QFP64,EFM32TG232F8-QFP64,EFM32TG108F8-QFN24,EFM32GG232F1024G-E-QFP64,EFM32GG890F512-BGA112,EFM32GG,EFM32ZG210F16-QFN32T,EFM32ZG108F4-QFN24T,EFM32TG840F32,EFM32GG332F1024-QFP64,EFM32TG222F32-QFP48,EFM32TG222F8,EFM32ZG110F4-QFN24T,EFM32TG825F8,EFM32TG230F8-QFN64,EFM32ZG222F16-QFP48,EFM32ZG108F8-QFN24,EFM32ZG103F32-QFN16,EFM32GG895F512,EFM32TG840F8,EFM32GG290F1024,EFM32ZG210F8-QFN32T,EFM32GG840F512-QFN64,EFM32ZG110F32,EFM32GG890F1024,EFM32GG380F512-QFP100,EFM32ZG108F16-QFN24T,EFM32GG980F1024-QFP100,EFM32TG222F32,EFM32GG380F512G-E-QFP100,EFM32GG232F512,EFM32GG880F1024-QFP100T,EFM32TG232F8,EFM32TG108F4,EFM32GG395F512-BGA120,EFM32TG108F8,EFM32GG990F1024-BGA112T,EFM32GG990F512,EFM32TG822F32,EFM32ZG210F16,EFM32GG895F1024,EFM32GG842F1024,EFM32GG995F1024-BGA120,EFM32TG842F32-QFP64T,EFM32GG380F1024G-E-QFP100,EFM32TG822F32-QFP48,EFM32GG880F1024-QFP100,EFM32ZG108F16-QFN24,EFM32GG890F512,EFM32TG108F32-QFN24,EFM32ZG222F16-QFP48T,EFM32TG840F32-QFN64T,EFM32GG390F1024-BGA112,EFM32TG840F16,EFM32TG822F16,EFM32GG230F1024-QFN64,EFM32ZG222F4-QFP48,EFM32GG280F1024,EFM32TG225F8-BGA48,EFM32TG842F16-QFP64,EFM32TG,EFM32GG995F512,EFM32GG895F512-BGA120,EFM32ZG103F4,EFM32TG825F32-BGA48T,EFM32TG222F16-QFP48,EFM32ZG103F8,EFM32GG880F1024,EFM32ZG210F32-QFN32T,EFM32GG332F512,EFM32ZG210F4-QFN32,EFM32GG280F512-QFP100T,EFM32ZG110F4-QFN24,EFM32GG395F1024,EFM32GG900F1024,EFM32TG110F4-QFN24,EFM32GG980F512,EFM32ZG110F32-QFN24,EFM32GG840F512,EFM32GG840F512-QFN64T,EFM32TG822F16-QFP48,EFM32TG232F16-QFP64,EFM32TG842F8,EFM32TG110F32-QFN24T,EFM32TG232F16,EFM32GG330F1024-QFN64,EFM32GG940F1024-QFN64,EFM32GG230F512G-E-QFN64,EFM32TG210F16,EFM32GG995F1024,EFM32TG110F32-QFN24,EFM32GG330F512-QFN64,EFM32GG230F512-QFN64,EFM32GG380F512-QFP100T,EFM32ZG110F16-QFN24,EFM32TG232F32,EFM32GG332F1024G-E-QFP64,EFM32GG232F1024,EFM32GG230F1024-QFN64T,EFM32ZG210F32-QFN32,EFM32GG940F512,EFM32ZG108F32-QFN24T,EFM32GG330F1024G-E-QFN64,EFM32ZG110F8-QFN24,EFM32ZG222F8,EFM32ZG222F4,EFM32TG222F8-QFP48,EFM32GG840F1024,EFM32ZG222F8-QFP48T,EFM32ZG210F8-QFN32,EFM32ZG110F8-QFN24T,EFM32GG840F1024-QFN64,EFM32GG900F512,EFM32ZG110F32-QFN24T,EFM32GG295F512,EFM32TG225F32-BGA48,EFM32GG980F1024-QFP100T,EFM32TG110F8-QFN24,EFM32TG210F8-QFN32,EFM32GG295F1024-BGA120,EFM32TG225F16,EFM32TG110F32,EFM32GG280F512,EFM32ZG210F8,EFM32GG280F512-QFP100,EFM32ZG222F16-OFP48T,EFM32ZG210F4,EFM32GG390F512,EFM32TG110F16-QFN24T,EFM32GG842F1024-QFP64,EFM32ZG222F8-QFP48,EFM32ZG108F8-QFN24T,EFM32TG210F32-QFN32T,EFM32GG990F1024-BGA112,EFM32GG232F512-QFP64T,EFM32TG230F32,EFM32TG840F32-QFN64,EFM32GG280F1024-QFP100T,EFM32GG940F512-QFN64,EFM32GG280F1024G-E-QFP100,EFM32GG995F512G-E-BGA120,EFM32GG280F1024-QFP100,EFM32TG230F32-QFN64,EFM32TG822F32-QFP48T,EFM32GG380F512,EFM32GG995F512-BGA120,EFM32GG290F512,EFM32ZG108F4,EFM32GG230F1024,EFM32TG222F32-QFP48T,EFM32ZG108F8,EFM32GG980F512-QFP100T,EFM32TG825F8-BGA48,EFM32GG230F512,EFM32ZG103F4-QFN16,EFM32GG942F1024,EFM32TG842F32,EFM32TG225F8,EFM32ZG103F16-QFN16,EFM32ZG108F16,EFM32TG110F16,EFM32TG822F8,EFM32GG290F512-BGA112,EFM32TG225F32,EFM32GG395F512,EFM32TG825F32-BGA48,EFM32TG825F32,EFM32GG990F1024,EFM32GG842F1024G-E-QFP64R,EFM32GG880F512-QFP100T

培训文档-商品应用及供应商介绍 - SILICON LABS - 2015年09月02日 PDF 中文下载

楼宇自动化系统中的能量收集系统构建方法

能量收集的概念已经越来越深入人心，而由环境能源供电的笨重而又昂贵的系统已经不被人所看好，更多的是采用了能量收集方法。随着RF和微控制器MCU器件在性能与能耗方面取得的新进展，意味着构建一个采用能量收集型应用，现在变得更加容易。

技术探讨发布时间 : 2019-07-02

C8051系列MCU用外部振荡器作为时钟源，在软件中该如何配置这些外部振荡器引脚？

对于具有专用振荡器引脚的 MCU (如 C8051F12x系列)，这些引脚将自动配置为所选的外部振荡模式。对于那些外部振荡器引脚与GPIO引脚复用的器件(如C8051F30x)，这些与外部振荡器相关的GPIO引脚必须按照下面描述配置: 1. 对于一个外部晶体振荡器，XTAL1和XTAL2两个引脚必须配置为模拟输入。 2. 对于“RC”模式或“C”模式，XTAL2 或 EXTCLK引脚必须配置为模拟输入。 3. 对于CMOS时钟模式，XTAL2或EXTCLK引脚必须配置为数字输入。对于振荡器引脚与GPIO复用的器件，任何时候使用外部振荡器，相关的Crossbar必须配置跳过这些被振荡器电路使用的引脚，以避免任何与Crossbar外设之间的冲突。

技术问答发布时间 : 2017-10-10