劉寶民 方士博 趙海博 耿春麗

摘要 滾球控制系統(tǒng)以stm32單片機(jī)為主控模塊，使用oled顯示屏顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)參數(shù)，使用openmv攝像頭觀察小球的運(yùn)動(dòng)，并將小球的實(shí)時(shí)位置傳回主控，然后主控給予指令，舵機(jī)結(jié)合PD算法進(jìn)行工作，使白板傾斜，從而讓小球達(dá)到主控給定的位置。

【關(guān)鍵詞】stm32單片機(jī) openmv攝像頭 舵機(jī)PD

隨著當(dāng)前科技電子的進(jìn)步，逐漸興起了一批新型電子。文獻(xiàn)[1]進(jìn)行了模糊控制和傳統(tǒng)的PD和PID算法的研究;文獻(xiàn)[2]研究了解耦自適應(yīng)模糊多層滑?？刂品椒軌蛴行Ы鉀Q非線性系統(tǒng)的不確定性、強(qiáng)耦合和外部干擾等問題;文獻(xiàn)[3]對(duì)視覺的板球控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，并取得了很好的控制效果。

基于2017年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的滾球控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)不僅可以調(diào)動(dòng)大學(xué)生學(xué)習(xí)電子知識(shí)的積極性，而且可以普遍提高人們對(duì)電子商業(yè)的重視，還可以補(bǔ)充大學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力不足的缺陷，最重要的是能夠讓大學(xué)生認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)的重要性，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)首先給單片機(jī)一個(gè)指令，如將小球運(yùn)動(dòng)到白板某一位置，然后openmv攝像頭鎖定這個(gè)位置，再將這個(gè)位置返回給主控，主控給舵機(jī)指令，舵機(jī)運(yùn)動(dòng)，使小球運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，PD算法也運(yùn)行起來，使小球不會(huì)掉下白板，并最終穩(wěn)定的停在指定位置。本系統(tǒng)經(jīng)過軟硬件實(shí)際調(diào)試之后，能夠?qū)崿F(xiàn)基本目標(biāo)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的底層支架是一塊大木板，白板在木板的上15cm處，白板正中央由一支碳素桿加一個(gè)萬向輪固定，一個(gè)舵機(jī)固定在碳素桿的左方（定為x軸），一個(gè)位于第一個(gè)舵機(jī)和萬向輪的垂直平分線上（定為y軸），openmv攝像頭固定在空心的鐵棒上，距離白板大約60cm，下面用兩根鐵棒固定在木板上，按鍵、單片機(jī)和oled顯示屏固定在木板上。

2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本文涉及的滾球控制系統(tǒng)包括單片機(jī)控制模塊、openmv攝像頭模塊、顯示模塊、按鍵、舵機(jī)模塊、電源模塊等組成。如圖1所示。

2.2.1 單片機(jī)控制模塊

基于ARM系列32位stm32f103zet6單片機(jī)，此單片機(jī)功耗小，I/O端口速度快，12通道DMA控制器，調(diào)試方式簡單高效，中斷響應(yīng)速度快、處理效率較高。

2.2.2 攝像頭模塊

openmv攝像頭不止小巧，低功耗，還自帶STM32F4的芯片，以致追蹤和傳送數(shù)據(jù)非常快速，而且這款攝像頭是使用高級(jí)語言Python來書寫，這使得更容易處理機(jī)器視覺算法的復(fù)雜輸出，他不僅可以進(jìn)行圖像捕獲，還可以進(jìn)行臉部檢測，顏色跟蹤，QR碼讀取等。

2.2.3 顯示屏

oled顯示屏具備有構(gòu)造簡單、響應(yīng)速度快，圖像穩(wěn)定;亮度高、色彩豐富、分辨率高。對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣，驅(qū)動(dòng)電壓低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.4 動(dòng)作模塊

舵機(jī)可以根據(jù)你的指令旋轉(zhuǎn)到任意的角度并精準(zhǔn)的停下來，反應(yīng)快，扭力大，具有較強(qiáng)的過載能力，控制精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，并具有共振抑制作用，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，便于系統(tǒng)調(diào)整，響應(yīng)速度快。

2.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

本文主要由初始化程序，oled顯示程序，舵機(jī)+PD算法，openmv攝像頭識(shí)別小球的運(yùn)動(dòng)程序等構(gòu)成。如圖2所示。

2.3.1 PD算法

本系統(tǒng)針對(duì)白板運(yùn)動(dòng)引起小球的運(yùn)動(dòng)，使小球運(yùn)動(dòng)到指定位置，所以需要閉環(huán)控制，而PID算法的時(shí)延過大，舵機(jī)的反應(yīng)以及攝像頭的反應(yīng)速度較快，所以不適用，所以還是PD算法最適合舵機(jī)，PD算法程序如下。

參考文獻(xiàn)

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[3]趙艷花，邵鴻翔，基于視覺的板球控制系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2011（25）.

[4]王賡.孫政順.板球控制系統(tǒng)的PD型模糊控制算法研究[J].電氣傳動(dòng)，2004 （20）.