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基于MEMS的海洋浮标云台稳定控制算法 Stable control algorithm of camera pan and tilt in ocean buoy based on MEMS 周金金1,2 ，王小英1 ZHOU Jin-j in1,2 , WANG Xiao-ying1 (1.常熟理工学院电气与自动化工程学院 常熟215500 2.中国矿业大学信息与电气工程学院 徐州221000) ， ； ， 摘 要：针对海洋浮标上成像系统受其载体姿态的变化和海浪等因素的影响导致获得的图像信息不稳定 或模糊这一现状，设计一套基于aRM11的云台稳定控制系统，即利用陀螺传感器MPU6050和磁 力计HMC5883l对海洋浮标的运动姿态进行感应，通过姿态解算单元计算出载体的航向角和俯仰 角，实现云台摄像机姿态的反向调整，从而使得云台摄像机输出稳定的图像。在姿态解算过程 中将四元数和卡尔曼滤波结合起来对陀螺仪进行补偿，并利用基于椭球拟合的方法对磁力计进 o o 行补偿。实验结果表明该算法在静止情况下，俯仰角精度±0.1 ，航向角±0.2 。 关键词：MPU6050；HMC5883l；卡尔曼滤波；椭球拟合；四元数 中图分类号：TP273 文献标识码：a 文章编号：1009-0134(2015)02(下)-0076-03 Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.02(下).23 0 引言 RSIC处理器，它拥有一条具有独立结构的load-store技 海洋资料浮标能够全天候、稳定不间断地对海洋中 术和算术流水的8级流水线，性能与ARM9相比提高了 海水的温度，压力及气象等诸多数据进行采集，对海洋 约40%。MPU6050是由InvenSense公司推出的整合性6轴 气候灾害的预测，海洋科学的研究以及资源的开发和利 运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪 用等具有重要的现实意义。随着采集数据分析精度要求 与加速度计之间的轴差问题，减少了大量的包装空间， 的提高，可视化实时图像数据的作用越发显著。而在现 且可由第二个I2C端口连接一个第三方的数字传感器， 实监测环境中，由于成像系统工作时受其载体的姿态变 如磁力计、压力传感器等，另外它还内嵌了一个12位的 化和海浪等因素的影响，将导致获得的图像信息不稳定 温度传感器和在工作环境下仅有±1%变动的振荡器。 或模糊，极大地限制了图像信息的有效利用，针对这一 HMC5883L是由Honeywell公司推出的一款具有最先进 现象，本文设计一套基于海洋浮标内的云台摄像稳定控 的高分辨率HMC 118X系列的高集成，低成本的磁阻传 制系统，能够消除或减轻运动摄像载体对图像的影响， 感器，并采用各向异性磁阻技术，具有较好的可靠性和高 大大提高获取图像信息的质量，为相关海洋环境参数的 的灵敏度。上述系统硬件部分体积小、功耗低、性能好、 分析和我国海洋维权执法等提供可视化的依据。 价格也相对便宜，并且可以固态安装，能够有效的降低云 本文采用微机械陀螺仪模块和磁力计组成的姿态解 台控制系统的体积、功耗和成本，满足设计要求。 算模块比采用光学及挠性陀螺仪体积更小，功耗及成本