单芯片实现高速摄像机运动控制系统的一种设计方案(系统分析篇)

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单芯片实现高速摄像机运动控制系统的一种设计方案（系统分析篇）

作者：郭志洁

来源：《中国科技纵横》2014年第12期

【摘要】作者描述了作为高速球型摄像机运动控制系统主要执行元件——步进电机的驱动原理和控制方案。报告应用基于模型的技术，分析了步进电机的特性，设计了一种在单芯片（SoC，System On Chip）上实现的新型高速球型摄像机运动控制的电子系统级方案。该方案针对步进电机高精度驱动控制设计需求，建立了运动控制电子系统各个设计层次上的模型，通过仿真探索其系统架构及性能优化。文章分两篇组织，系统分析篇（设计目标，系统分析）和系统综合篇（系统设计）。

【关键词】高速球型摄像机步进电机驱动控制建模仿真

高速球型摄像机汇集了摄像机、运动控制、嵌入式计算机及以通讯技术，在安全防范领域应用非常广泛。行业和技术生态的一个明显趋势是：监视和控制系统中更多的智能将分布到狭小封闭空间的系统前端，因此技术创新必须要关注多种技术的融合。

1 设计目标

1.1 关键需求

步进电机是开环运动控制系统的执行元件，在球型摄像机中的应用还将有很大的潜力和优势，但高速运动与精确位置控制是关键需求。

1.2 系统级方案

SoC（System on Chip），在芯片上实现的系统，能实现数据采集、转换、存储、处理和

I/O等功能。当SoC集成模拟电子部件时，它进一步为实现复杂的嵌入式应用建立了系统平台，这有益于系统级技术融合。

2 系统分析

高速球型摄像机的位置控制系统使用SoC系统级资源，就能在芯片级和PCB板级很小的空间内达到设计目标。芯片级SoC上有MCU、FPGA和模拟系统。PCB上分布的则是作为运动控制系统执行部件的步进电机和驱动器，控制系统的分析将始于这两个主要的被控对象。

2.1 步进电机领域知识