基于STM32的智能移动摄影机器人

随着社会和时代的发展，我们正迎来一个自媒体时代，无门槛的自媒体时代自然受到众多自媒体从业者的青睐。据了解，正在使用的诸如摇臂机器人、轨道机器人等拍摄设备，其供电和信号传输都是有线传输，行走轨迹易受到线缆的束缚，还需要额外的人力辅助，没有达到智能设备应该达到的减员增效的目的。受到市场需求的牵引，在光电图像传感技术以及图像处理技术的发展过程中，机器视觉凭借其易于实现信息集成、易于实现自动化、连续性强、非接触等优势逐渐引起国内外生产制造企业的重视。

针对自媒体人中缺乏專业的摄影人员，且传统的拍摄设备操作难度大，场地限制多等需求，本课题旨在设计一款智能移动摄影机器人。在预定和非特定情景通过场景编排与路径规划可很好地进行视频的录制和照片的拍摄，无轨化追踪被锁定物体的运动，自动调整方向、焦距，保持被拍摄物体的清晰度和视频的流畅度，提前设置好所需场景参数，即可不用再发出其他的指令。它能独立完成一个摄像师的工作，并把拍摄的数据文件将自动储存在电脑里。

1 控制系统总体设计方案

基于STM32的智能移动摄影机器人主要包括以下几个模块：

（1）主控芯片STM32f407

STM32F4是由ST（意法半导体）开发的一种高性能微控制器。其采用了90 纳米的NVM 工艺和ART（自适应实时存储加速器，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator™）。运用到的芯片外设有2.4G模块的SPI通讯，两路特殊的高级定时器产生PWM控制电机，其他模块驱动均用软件实现。

（2）摄像头模块

OpenMV是一个开源的，搭载了一个强大的32位处理器的摄像头，是一个较为完整的开发系统，OpenMV4摄像头可以完成在机器视觉算法中处理复杂的输出，在舵机和云台的辅助下从而实现人脸识别，物体识别追踪功能，其功能的变化主要依据于图像处理得到的信息，转动方向由系统I/O口传输而来的PWM波控制。

（3）遥控制动模块

通过PS2无线遥控手柄利用SPI通信协议，发送信号到stm32芯片上，接收数据后控制驱动，从而做到远程遥控机器人。

（4）GPS模块

GPS模块是集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，并加上相关外围电路而组成的一个集成电路。它通过串行通信口不断输出NMEA格式的定位信息及辅助信息，供接收者选择应用。低功率消耗、支持准确1pps输出信号接轨GPS校准、支持标准的NMEA - 0183和SIRF二进制协议、多路径减缓硬件、易于集成到手持式设备。

（5）SD卡模块

SD卡模块只需要少数几个主控IO口控制SDIO即可将数据存储进8G以及以上的存储设备。这里通过STM32内部程序完成控制。此模块主要作用是储存所拍摄照片和视频文件，将信息存入SD卡内。

本项目为了达到可自由调焦的目的，使用openmv4摄像头，并在此基础上进行提取达到图像处理以及对目标物体的运动。由于舵机会根据目标移动而转动，所以得对摄像头拍摄进行消抖处理。

对软件及程序的设计，本项目编程的计算机语言主要是C++和python，摄像头对拍摄的画面分析之后，经过STM32处理后控制小车的转向与行动。软件设计是本项目的核心，通过Python编程对实现路径跟踪，人脸检测、识别与追踪。

2.项目特色

（1）预定情景拍摄模式，可将被拍物体照片以及路径数据存入电脑，通过场景编排和路径规划算法实现机器人自主拍摄功能。

（2）在非特定情景模式，只需给定拍摄目标照片，机器人即可自动追踪并拍摄。

（3）拍摄动物，可解决人工拍摄可能会遇到的角度问题和工作时间限制。

3.项目创新点

（1）实现拍摄器材的无轨化，解决了拍摄场地的诸多限制问题。

（2）机器人成本较低，可节约大量人工成本和器材设备费用。

（3）机器人在外拍摄可发出定位信号，这样来达到寻回机器人目的。

（4）人工紧急制动功能，在拍摄环境遭遇突发情况时，停止作业并安全返回。

4.项目研究中遇到的部分问题及应对措施

（1）在实现机器人在预设路径上行驶功能时，镜头的焦距， 会决定小车的视野范围， 影响小车寻线的效果，在路径颜色阈值采集上参数不好调试。

（2）上电后机器人不动或者行驶不好， 是电压不够， 需要对电池进⾏充电。车上电后在乱跑（转圈），后发现是OpenMV没有脱机运⾏代码.

（3）由于OpenMV反馈的是PWM信号，在预设路径行驶中没有遇到太多的问题，但是在人脸识别追踪的过程中，较容易实现摄像头的追踪，但是摄像头反馈信号给主控板到PWM信号控制电机转向和转速过程中，存在时间延迟，导致反应不及时最终失去目标物体。后通过调试解决。

（4）难点主要还是在软件程序的编写上，由路径识别功能，人脸追踪识别功能，GPS定位功能以及人工紧急制动功能的相互组合完成。本项目的功能较为复杂导致一开始在程序编写上比较混乱，代码不统一实现，后通过模块化编程实现，将不同模块的初始化及驱动过程封装在不同的文件中，在主函数文件中只实现调用的过程。

总结与展望：随着科技的不断进步，机器视觉系统在国内电子行业、汽车行业、印刷行业等领域中发挥了越来越重要的作用，并逐渐开始在其他传统设备制造行业的生产智能化改造与技术升级中得以应用。在自媒体人中，她/他们大多团队人少，分工非常明确，专攻某一领域，而用来展示、广告的摄影、摄像板块往往没有专门的人员，导致其无法很好地展示团队的作品。而专业摄影人员和器材单次使用价格都很昂贵，且大多摄影/录影设备功能太多，新手操作比较困难。另外在传统的野外野生动物摄影摄像中，不仅环境危险，而且拍摄人员持续工作时间长，耗费大量的人力物力（时间成本高、摄影器材）。本项目采用基于STM32和OpenMV设计的智能摄影机器人，为其提供更方便智能的摄影方式。

本项目为西北民族大学国家级大学生创新创业训练计划资助项目

（项目编号： 202010742070）。

作者简介：冉亮（2000—），男，重庆人，大学本科在读，主要研究方向为通信工程。