2017电子设计大赛论文_滚球控制系统方案.doc

word格式文档 专业整理 word格式文档 专业整理 2017年全国大学生电子设计竞赛陕西赛区 设计报告封面 作品编号：（由组委会填写） ……………………………剪切线………………………………………………… 作品编号：（由组委会填写） 参赛队编号 （参赛学校填写） 学校编号 组（队）编号 选题编号 0 2 1 8 B 说 明 为保证本次竞赛评选的公平、公正，将对竞赛设计报告采用二次编码； 本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订； “作品编号”由组委会统一编制，参赛学校请勿填写； “参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组 委会印制编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3367F”。 本页允许各参赛学校复印。 专业整理 专业整理 摘 要 滚球控制系统通过摄像头获得滚球装置中小球和平板的图像，然后采用Nanopi M3进行相应的图像处理算法处理图像，通过坐标变换转换为小球在平板上的位置信息，将位置信息传送给STM32F103RC系统控制器，在平板的两个相互正交方向上分别进行PID控制算法，控制舵机驱动平板在这两个相互正交方向上相互配合地倾斜，从而间接控制小球直线、绕环等运动。采用按键选择和12864液晶显示屏，选择和显示工作模式和参数。系统制作完善，测试结果理想，很好的完成了各项任务要求。 关键词：PID控制算法；图像处理；STM32F103RC；12864液晶显示屏 专业整理 专业整理 1 方案设计与论证 1.1 总体方案描述 图1.1 是滚球系统的构成框图，主要由控制器、执行器、板和球、摄像机、图像处理模块构成。 图1-1 滚球系统构成框图 具体的工作过程为：通过摄像机采集小球的运动图像，在图像处理单元，利用Nanopi 2 Fire对图片进行处理，获取球相对于板的位置，将位置信息传送到控制器，在控制器内计算控制量，通过控制执行机构来控制平板运动，进而控制小球的运动。 1.2主控制器的选择方案 方案1：采用可编程逻辑器件CPLD，具有并行输入输出方式。它在系统处理的速度上较快，但是规模大、结构复杂，而系统不需要复杂的逻辑功能，对数据处理速度的要求也不是非常高。 方案2：采用FPGA作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。但是因其价格较高使系统成本增加，高速处理优势得不到体现。 方案3：采用STM32F103RC单片机。STM32F103RC单片机，具有功能强大、效率高的指令系统，以及高性能模拟技术及丰富的外围模块。方便高效的开发环境使操作更加简便，低功耗是其它类单片机难以比拟的，集成度较高，编程相对简单。STM32 定时功能强大，主要应用的是定时器的 PWM 模式，PWM 模式只能在定时器的 4 个通道产生频率相同但是占空比不同的输出信号，由于要控制 4 个电机的运行（在板球控制系统中只使用其中的两个电机），因此要用到定时器的PWM模式。 在滚球系统中，还要对采集到的位置信息需要进行两个方向的PID运算，为满足高速的运算要求，系统选择了性能更好的STM32F103RC单片机。 1.3 摄像头选择方案 方案1：采用陕西维视 MV-VD 系列工业摄像机。此摄像头最高采集频率为60 帧/s。陕西维视数字图像技术有限公司提供了摄像机在 VC6.0 下的底层驱动代码，因此在 VS2008 上，可以比较容易的编写摄相机驱动程序，控制相机的采集频率和其他一系列的相机参数。对相机采集回来的图片应用数字图像处理技术，对每一帧图片进行处理，获取球的位置信息。 方案2：采用iMac 拆机摄像头，该摄像头体积小、易于安装，支持各种分辨率，最大硬件分辨率 1280*1024，720P高清，可改USB摄像头，且价格便宜。 考虑到系统对图像的分辨率没有太大的要求，但在价格方面iMac拆机摄像头又远远低于MV-VD 系列工业摄像机，因此采用iMac拆机摄像头。 1.4 图像处理器选择方案 方案1：采用Nanopi 2 Fire处理器。该处理器为四核A9处理器，运行主频1.4GHz，具有1GB内存，依托Debian/Android的强大生态系统，以及各种各