1、功能

工业相机拍摄4张照片，分别透过白色、红色、绿色和蓝色的滤光片，以获取物体的全色信息。控制器上电后，电机自动校准零位（白色光片），电脑上位机界面点击"开始拍摄"，系统会按照设定顺序控制电机旋转，切换滤光片，相机拍摄对应滤光片的照片，拍摄完成后自动切换到零位（白色光片）。

关键需求：

  1. 控制精度0.35mm不能有漏光

  2. 完成4张图片拍摄时间小于4S

  3. 控制方式1：工业相机拍摄完成后输出电平进行切换

  4. 控制方式2：通过连接电脑通讯进行控制切换

  5. 待添加

后期优化：

  1. 设备供电：内置电池，type-C充电，电量维持正常工作一天。

  2. 软硬件开源，实现后期更改和维护的便捷性。

  3. 后期使用的不优雅的地方随时添加在此处。

2、机械结构设计（选2号电机）

电机选型1：涡轮蜗杆霍尔编码器减速电机。

电机的控制精度取决于编码器的分辨率和控制算法。这款霍尔编码器有A、B两项输出，电机旋转1圈有11个脉冲，AB两项总和就是22个脉冲，电机旋转一圈是360°，因此每个脉冲对应旋转角度为约16.36°。加上蜗轮蜗杆减速机构和控制算法的调校，可以实现较高的定位精度。

下图为双霍尔传感器信号输出原理：当有磁铁从接近传感器到离开传感器时，传感器会产生一个完整的方波信号。两霍尔传感器通过控制摆放位置就能确定相位差。

因为之前没有相关开发经验，不太确定能否达到要求的控制精度0.35mm。所以在减速器输出轴增加一个磁编码器，通过实时监测位置误差来提高精度。

增加编码器需要增加额外的机械机构，磁铁固定在输出轴上。编码器需要正对磁铁保持一定距离。

电机选型2：薄型步进电机

超薄步进电机的尺寸比涡轮蜗杆减速电机相比更加紧凑，使得整体设计更加节省空间。

更改超薄电机后圆盘半径增加10mm。

步进驱动器

驱动器PCB尺寸和超薄电机尺寸合适。接线端口需要手工调整下。

驱动器主控是STM32，有可能逆向出来关键的功能，自己写程序控。

主要用到的功能：
电机使能：发送 01 F3 AB 01 00 6B， 正确返回 01 F3 02 6B， 条件不满足返回 01 F3E2 6B， 错误命令返回 01 00 EE 6B

读取电机实时位置：发送 01 36 6B， 正确返回 01 36 01 00 01 00 00 6B， 错误命令返回 01 00 EE 6B

读取电机位置误差：发送 01 FD 01 05 DC 00 00 00 7D 00 00 00 6B， 正确返回 01 FD 02 6B，条件不满足返回 01 FD E2 6B， 错误命令返回 01 00 EE 6B

位置模式控制：发送 01 FD 01 05 DC 00 00 00 7D 00 00 00 6B， 正确返回 01 FD 02 6B，条件不满足返回 01 FD E2 6B， 错误命令返回 01 00 EE 6B

工业相机

相机可以输出脉冲信号控制驱动器转到固定位置进行滤光片切换。

需要尝试相机能否用GPIO模拟出来脉冲信号

线束连接

相机和驱动器有接线要确认双方内部的电路结构

硬件设计

待定

软件设计

控制方式1：工业相机和步进电机全部由电脑通讯协议控制完成4张拍照。

  1. 将工业相机的USB通讯线、驱动器的CAN转USB通讯线连接电脑。

  2. 控制器上电，电机自动找零点和相机自检完成与电脑的通讯成功。

  3. 电脑控制相机拍摄照片，收到相机拍摄完成信息，和图片信息.

  4. 电脑通过R485通讯控制电机旋转到位置2（蓝色滤镜），返回驱动器实时位置。

  5. 重复上述动作，拍摄完成后，控制驱动器返回零点（白色滤镜）。

连接线束：相机USB通讯线一条、R485转USB通讯线一条、24V电源线一条
优点：驱动器位置控制精度高
缺点：上位机控制复杂，线束多

控制方式2：电脑点击一次，相机控制电机旋转完成切换拍照

  1. 连线、上电、通讯、找零。

  2. 控制相机拍照，相机脉冲控制驱动器旋转固定位置。

  3. 拍摄完成完成后，脉冲控制归零。


连接线束：相机USB通讯线一条、24V电源线一条
优点：线束少
缺点：上位机控制复杂，电机不确定是否能输出脉冲，驱动其控制位置读取不到（开环位置有偏差）


控制方式3：电脑点击一次，相机和电机闭环自动完成切换拍照

实现功能关键点：

  1. 电机完成指定位置后需要输出电平给到相机

  2. 相机完成拍照后，脉冲控制驱动器到达指定位置然后输出电平。（淘宝购买驱动器实现不了此功能，需要做一块小PCB板转接）

  3. 淘宝的硬件可逆向、软件定制开发（开发周期长）

PCB板功能：

  1. 单独一个USB口，可以充电、USBhub功能连接（相机和PCB板子）

  2. 一路光耦输入采集（相机拍摄完成后输出高电平，采集后控制电机固定位置）

  3. 一路光耦输出（告诉相机位置切换完毕）

  4. 一路R485通讯（控制驱动器切换固定位置，同时回读相关信息）

  5. 内置电池，type-C充电，电量维持正常工作一天。

连接线束：USB通讯线一条
优点：线束少，控制精度高，内置电池外观整洁。
缺点：确定开发周期长，需要硬件验证