人脸追踪云台的设计
一、舵机控制概述
- 脉冲宽度与舵机转角：
在脉冲信号频率50Hz的条件下输入的脉冲信号宽度和舵机转角的对应关系图以如图1.所示，该转角的计算公式如下。树莓派端通过占空比信号对舵机进行角度控制，将该占空比信号通过树莓派端传输给PCA9685芯片来控制舵机，实现追踪人脸的动作。
脉冲数与转动角度的计算公式为：
(
(
A
n
g
l
e
∗
11
)
+
500
)
/
20000
=
P
u
l
s
e
n
/
4096
((Angle*11) + 500)/20000{\rm{ }} = {\rm{ }}Puls{e_n}/4096
((Angle∗11)+500)/20000=Pulsen/4096
- PID算法概述：
本设计的舵机云台控制采用PID控制算法，其是自动控制原理中比较经典的控制算法，控制流程图如下：
本设计采用省去积分环节
K
i
K_i
Ki(即令
K
i
K_i
Ki=0) 的位置式PID来进行控制，其公式如下：
Output
=
K
p
∗
e
k
+
K
i
∑
j
=
0
k
e
j
+
K
d
(
e
k
−
e
k
−
1
)
=
K
p
∗
e
k
+
K
d
(
e
k
−
e
k
−
1
)
\begin{aligned} \text { Output } &=K_{p} * e_{k}+K_{i} \sum_{j=0}^{k} e_{j}+K_{d}\left(e_{k}-e_{k-1}\right) \\ &=K_{p} * e_{k}+K_{d}\left(e_{k}-e_{k-1}\right) \end{aligned}
Output =Kp∗ek+Kij=0∑kej+Kd(ek−ek−1)=Kp∗ek+Kd(ek−ek−1)
二、人脸追踪控制方法文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-635692.html
- 位置坐标更新：
开机后，将摄像头捕捉的视频帧通过Haar级联分类器进行人脸定位，得到人脸左上角在整体图像中的位置坐标，再通过该坐标来计算出人脸中心点坐标并记录。 - PID计算程序：
将程序上一循环记录的人脸中心点坐标与当前最新的坐标进行求差，分别得到x轴、y轴的坐标误差量thisError_x、thisError_y并记录，结束完本次运算（公式如下图）后再当作程序下轮循环的前次误差值lastError_x、lastError_y，最后将计算结果传给舵机执行，本设计中 K p K_p Kp、 K d K_d Kd的值均设置为7。
- 舵机的GPIO控制：
PCA9685中A0-A5为片选地址端，当串联芯片时用来选择确定控制哪一片。将输出使能端OE接地，表示使能控制芯片；EXTCLK为外部时钟信号端口，可以连接树莓派芯片并保持与其时钟同步；将I2C总线的时钟信号线（SCL）和数据线（SDA）连接树莓派端的对应IO口，在PCA9685的控制寄存器06h～45h地址上写入低8位、高8位共16位的数据来控制输出16路PWM信号（LED0-LED15）开关。各个输出端口都配有一个精度为12位的计数器，可将每个计数周期划分为 2 12 2^{12} 212=4096份；最终再通过控制两个通、断寄存器获得想要的脉冲宽度从而控制舵机转动角度来追踪人脸。
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-635692.html
到了这里，关于基于PID的树莓派控制二自由度舵机人脸追踪云台设计的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
