摘要：成像设备在使用过程中，会受到环境的影响产生抖动、偏移等现象，严重影响着成像的清晰稳定。为应对这种现象，可以在成像设备上加载稳定平台，进而对其进行补偿，隔离运动对设备成像造成的影响。近些年来，伴随着科技的发展，成像设备应用于军事武装、航空航天、船载运输等各个领域，对其精确性、稳定性要求不断提高，从而也促进着稳像平台的深入研究。

本次设计目的是制作能在x轴、y轴两个方向上运动的二自由度机械稳定控制系统。基于MEMS姿态传感器与51单片机间的串行通信，通过四元数算法，将陀螺仪获取的角加速度转换为物体实际的姿态角信息。进而单片机根据姿态角信息，采用PID控制算法生成电机控制程序，控制电机运动实现对平台运动的反向补偿，达到稳像目的。在系统软件与硬件调试完成后，将平台分别在两个自由度方向使平台偏转30°、60°、90°，对比电机补偿后平台偏转角度，进行误差分析发现，该稳定平台对于运动过程中大幅度的偏转，修正效果较好。该设计结合电子稳像技术，是现代稳像技术应用发展的主流趋势，能够大大提高成像清晰度与稳定性，具有广阔的应用市场与实用价值。

关键词：MEMS姿态传感器，51单片机，四元数算法，PID算法

目 录

摘 要

Abstract

第一章 绪论-8

1.1 研究背景和意义-8

1.2 国内外发展现状及发展趋势-8

1.3 论文的结构安排-9

第二章 稳像原理及硬件选型-11

2.1原理概述-11

2.2 硬件选型-11

2.2.1MEMS姿态传感器-11

2.2.2单片机-13

2.2.3云台与驱动电机-14

2.2.4电源模块-15

2.2.5显示模块-16

第三章 二自由度机械稳像系统软件设计-17

3.1 Keil软件-17

3.2 MPU6050姿态角解算-17

3.2.1姿态角简介-17

3.2.2姿态角解算-18

3.3 PID控制-22

3.3.1理论简介-22

3.3.2 控制原理-22

第四章 二自由度机械稳像系统软硬件联调-25

4.1调试-25

4.2实验结果-26

4.3误差分析-27

第五章 总结与展望-29

5.1全文工作总结-29

5.2展望-30

参考文献-31

致谢-33