滚球控制系统设计报告最终版.docVIP

. . 全国大学生电子设计竞赛 （B题 ） 滚球控制系统 摘 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。 关键词：增量式PID算法，图像处理，PWM，硬件二值化 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc427350399 一、系统方案 PAGEREF _Toc427350399 \h 1 HYPERLINK \l _Toc427350400 1.1 系统基本方案 PAGEREF _Toc427350400 \h 1 HYPERLINK \l _Toc427350401 1.1.1 控制方案设计 PAGEREF _Toc427350401 \h 1 HYPERLINK \l _Toc427350402 1.1.2 机械结构方案设计 PAGEREF _Toc427350402 \h 1 HYPERLINK \l _Toc427350403 1.2 方案选择与论证.. 1 HYPERLINK \l _Toc427350404 1.2.1单片机的选择 1 1.2.2摄像头的选择2 HYPERLINK \l _Toc427350408 二、 系统理论分析与计算 2 HYPERLINK \l _Toc427350410 2.1摄像头检测小球算法的分析 PAGEREF _Toc427350410 \h 2 HYPERLINK \l _Toc427350411 2.2增量式PID控制算法的分析 2 HYPERLINK \l _Toc427350412 三、电路与程序设计 3 HYPERLINK \l _Toc427350413 3.1电路的设计 3 HYPERLINK \l _Toc427350417 3.2程序的设计 4 HYPERLINK \l _Toc427350418 3.2.1程序功能描述与设计思路 4 HYPERLINK \l _Toc427350419 3.2.2程序流程图 4 HYPERLINK \l _Toc427350420 四、测试方案与测试结果 5 HYPERLINK \l _Toc427350421 4.1测试方案 5 HYPERLINK \l _Toc427350422 4.2测试条件与仪器 5 HYPERLINK \l _Toc427350423 4.3测试结果及分析 5 HYPERLINK \l _Toc427350424 （1）测试结果 5 HYPERLINK \l _Toc427350425 （2）测试分析与结论 6 HYPERLINK \l _Toc427350426 五、结论与心得 6 . 滚球控制系统（B题） 【本科组】 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，用键盘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，同时LCD显示经过处理的运动画面。 图1-1 1.1.2 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，选用轻便的硬质塑料泡沫材料与舵机传动轴进行刚性连接，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轴各放置一个伺服电机，利用伺服电机控制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 单片机的选择 采用K60单片机。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