2017电子设计大赛论文_滚球控制系统方案

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1、word格式文档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0218B说明1.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；2.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；3.“作品编号”由组委会统一编制，参赛学校请勿填写；4.“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

2、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”。5.本页允许各参赛学校复印。专业整理word格式文档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NanopiM3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

3、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word格式文档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Nanopi2Fire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

4、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

5、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。专业整理word格式文档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。

6、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

7、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Nanopi2Fire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，Nanopi2Fire兼容树莓派的IO口，可支持并行CMOS摄像头接口，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，S

8、TM32对图像处理略显卡顿。图像处理器选择Nanopi2Fire处理器。1.5电机选择方案方案1：采用带有丝杆的直流减速电机。直流减速电机经过减速后对外输出力矩增加，板在倾斜过程中，丝杆连接处的水平距离变短，对丝杆有较大的截向的力，对平板的进一步运动有所阻碍。方案2：采用舵机