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专业整理
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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
学校编号
组(队)编号
选题编号
(参赛学校填写)
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。
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STM32F103R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;STM32F103RC12864液晶显示屏
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。
给定位置>控制器一>
给定位置
>控制器一> 执行器
>板和球
球的位置
摄像机4——
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乍为系统的控制器。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STM32F103R单片机。STM32F103R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PWMS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 STM32F103R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,因此米用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 样的扩展配件,Nanopi 2 Fire兼容树莓派的10 口,可支持并行CMOS!像头接 口,和1路专用调试串口,对图像处理具有强大的优势。
方案2:它采用高性能的 ARM/Cortex-M32/32位RISC内核,工作频率为 72MHZ内置高速存储器,以及丰富的IO设备和外部接口。
由于图像处理需要高速的处理速度,STM32寸图像处理略显卡顿。图像处理 器选择Nanopi 2 Fire 处理器。
1.5电机选择方案
方案1:采用带有丝杆的直流减
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