滚球控制系统

《滚球控制系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文河南大学物理与电子学院2015级单片机课程设计论文滚球控制系统论文作者：论文合作者：所在学院：所学专业：指导教师姓名：论文完成时间：13河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文目录一、系统方案21.1系统基本方案21.2各部分方案选择与论证2二、理论分析与计算42.1、滚球状态分析42.2、PID算法的分析4三、电路与程序设计53.1、模块电路设计53.2、程序的设计6四、测试方案与测试结果84.1、测试方案84.2、测试条件与仪器84.3、测试结果及分析8五、总结与心得913河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文摘

2、要滚球控制系统是一种典型的多变量，非线性的欠驱动控制系统，其目的是为了实现小球的镇定控制与轨迹跟踪。本系统利用摄像头采集信息，经过摄像头硬件二值化得到小球的坐标，程序设定小球的运动轨迹。采用增量式PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、按指定方向偏移，具有很好的稳定性。本系统通过大量的调试PID参数，最终可以实现轨迹路径运动，静态平衡等题目内容。关键字：K60微控制器陀螺仪PID算法OV7725摄像头13河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文

3、滚球控制系统翟世崇（河南大学物理与电子学院，河南开封，475004）一、系统方案1.1系统基本方案1.1.1控制方案设计根据题目要求，基本需要LCD显示屏，矩阵键盘，摄像头以及舵机等外设，用拨码开关输入指令选择系统需要执行的相关程序。摄像头用于图像采集，根据采集的数据来计算小球当前位置和目标位置的距离，通过单片机，利用PID算法进行控制，使小球朝着要求的目标位置运动。图11.1.2机械结构方案设计由于平板边长（65cm）较长，且要求摄像头要俯拍平板全画面，所以要求装置底座结构稳定，支撑摄像头支架稳定不晃动。平板材料方面，选用轻便的硬质木板材料与舵机传动轴进行

4、刚性连接，既能保证连接处的稳定，又可达到灵活目的。电机选择方面，既要保证推力够大，能够实现题目基本要求中的轨迹移动、快速制动静止。评判中心作为坐标系原点，x轴、y轴各放置一个直线推杆电机，利用推杆电机控制x、y轴可实现对平板各个方向倾斜的控制。1.2各部分方案选择与论证1.2.1控制器选用方案一：采用STM32F103单片机作为微控制器，管脚资源丰富，但运行速度较慢。方案二：采用恩智浦公司的K60DN512Z单片机作为控制核心，13河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文操作简单，带有配套的LCD显示屏，可精确显示出图像以及小球的坐标信息。并且开发环境非常容

5、易搭建，2路PWM控制两个舵机，单片机可控制舵机转动，从而实现小球的移动。符合题目所需的控制要求。综合考虑本题目对精度的要求，我们选择方案二。1.2.2摄像头的选择方案一：摄像头选择的是OV7725型可以硬件二值化的鹰眼摄像头，像素30万，传输速率达到60fps，视场角达到63°，拥有很好的低照度。可以满足本系统所需。方案二：选择ov7670图像传感器。体积小，工作电压低，基本与ov7725相同。但是视场角只有23°，由于板子边长较大，视场角小的话需要把摄像头抬高，这样影响模型的稳定。并且ov7670不能进行硬件二值化处理摄像头采集的图像。综合考虑，为了方便

6、实现功能，选择方案一。1.2.3、角度检测模块的论证与选择方案一：采用MPU6050三轴加速度计，计算精确，使用简单，性价比高。方案二：采用陀螺仪GY-25，体积小，重量轻，连线少，测量结果特别精确。综合考虑适合本题目的要求，采用方案二。1.2.4、电机的论证与选择方案一：采用步进电机，其控制精确，电机力量大，但反应比较慢。方案二：采用直流电机推杆，控制简单，正反旋转灵活，反应速度快。综合题目对电机反应能力的考虑，选择方案二。1.2.5、驱动模块的论证与选择方案一：采用大功率H桥驱动，该驱动反应迅速，易于控制，功率级效率高。方案二：采用L298N电机驱动模块

7、，使用该驱动电流不能太大。考虑到系统所用电机功率大，选择方案二。1.2.6、显示模块的论证与选择方案一：采用LED点阵屏显示。LED点阵使用寿命长，价格相对便宜，远距离效果好但体积庞大、功耗大、分辨率低。方案二：采用OLED液晶显示。LCD液晶驱动电压低，功耗小，且可以显示字母、汉字、图像等，控制简单。综合功耗，使用方便程度等因素，我们采用方案二。1.2.7、电源模块的论证与选择方案一：采用可充电电池。供电稳定，重量轻便于携带方案二：采用线性直流稳压电源。线性稳压电源制作复杂，性价比较高。输出稳定，容量范围大。综合考虑，我们选择方案二。13河南大学物理与电子

8、学院单片机课程设计论文1.2.8、按键模块的论证与选