电赛校赛总结----一维板球系统【代码开源】

news2024/11/27 21:08:22

 2022/4/21

搭建了整体的机械结构，最后因为经费问题，选择了用去年风力摆的架子去搭摄像头【openmv】，看当年的国赛题，选择的是ov7670，但我们讨论后觉得还是openmv的识别比较好,,下面的小球选用的是外径为3.2cm的水管，然后将水管一分为二，然后去放置小球，舵机采用是的是MG996R舵机，原本想着用的是MG995R【因为以前学长他们做过一个就用的是这个】，但是发现996R响应的更快。通过舵机占空比的调整将占空比传入PID算法去完成让管子进行倾斜且保持平衡。板子用的就是stm32mini开发板，这次这个不用考虑这个板子大小，就选IO口多的。

2022/4/22

凌晨开始较为正式写代码，才开始还是比较头疼这个PID该怎么调以及怎么调用，因为确实平时用的很少，后来想到了一个简单的方法，先调试舵机的占空比，知道这个转轴什么时候是水平，最高和最低，把三个的占空比分别记录出来，为后面的PID调用的做准备，调好之后我们把舵机那个转轴放置水平去安装机械结构【这样为我们后面省了不少事】，相当于我们起始装置就是水平的，这样直接将算出来的PID的占空比直接加减到上面就行了，调试简单了很多。

Xplot运行代码：

运行函数
//send_wave();
//getdatas();
//get_cmd();


函数定义
//void send_wave(void)
//{
//	//定义通道名帧头帧尾
//	u8 frameNameHead[] = "AABBCC";
//	u8 frameNameEnd[] = "CCBBAA";
//	
//	//定义数据帧头帧尾
//	u8 frameDataHead[] = "DDEEFF";
//	u8 frameDataEnd[] = "FFEEDD";
//	
//	//定义通道名
//	u8 name[] = {"x_now,I,D,PWM_X,flag,aim,MOtor_X_PWM"};
//	
//	//赋值数据
//	float channels[7];
//	channels[0] = x_now;
//	channels[1] = kp;
//	channels[2] = kd;
//	channels[3] = data[0];
//	channels[4] = flag;
//	channels[5] = X_aim;
//	channels[6] = Motor_X_PWM;
//	//通过串口1，向上位机发送数据
//	usart_senddatas(USART1,frameNameHead,sizeof(frameNameHead)-1);
//	usart_senddatas(USART1,name,sizeof(name)-1);
//	usart_senddatas(USART1,frameNameEnd,sizeof(frameNameEnd)-1);
//	
//	usart_senddatas(USART1,frameDataHead,sizeof(frameDataHead)-1);
//	usart_senddatas(USART1,(u8*)channels,sizeof(channels));
//	usart_senddatas(USART1,frameDataEnd,sizeof(frameDataEnd)-1);
//	
//}

//void getdatas(void)
//{
//	data[0] = kp*X.err[0]+flag*ki*X.e_I+kd*(X.err[0]-X.err[1]);
//}

//void get_cmd(void)
//{
//	char u_buff[10];
//	float u_d1,u_d2,u_d3;
//	if(usart_get_data(u_buff,&u_d1,&u_d2,&u_d3))
//	{
//		if(strcmp(u_buff,"PID") == 0) //比较命令控制字符是否为PID
//		{
//			kp = u_d1;
//		  ki = u_d2;
//			kd = u_d3;
//		}
//	}
//	memset(u_buff,0,sizeof(u_buff));
//}




usart.c

//char usart_readbuff[30] = {0}; //串口接受缓存数组
//u8 usart_readok = 0; //一帧数据处理标志
//void USART1_IRQHandler(void)                	//串口1中断服务程序
//{
//	u8 temp;
//	static u8 count = 0;  // 接收数组控制变量
//	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //判断是否为接收中断
//	{
//		temp = USART_ReceiveData(USART1);	//读取接收到的数据,并清除中断标志
//		if(temp == '#' && usart_readok == 0) 
//		{
//			usart_readbuff[count] = '#';
//			usart_readok = 1;
//			count = 0;
//		}
//		else if(usart_readok==0)
//		{
//			usart_readbuff[count] = temp; //保存接收到的数据到接收缓存数组
//			count++; //数组下标切换
//			if(count >= 30) // 防止数据越界
//				count = 0;
//		}
//	}
//}


// 

//u8 usart_get_data(char *cmd,float *d1,float *d2,float *d3)
//{
//	u8 flag = 0;
//	if(usart_readok == 1)
//	{
//		if(sscanf(usart_readbuff,"%3s=%f,%f,%f#",
//											cmd,d1,d2,d3)==4)
//		{
//			flag = 1;
//		}
//		//清除接收完成标志
//		memset(usart_readbuff,0,sizeof(usart_readbuff));
//		usart_readok = 0;
//	}
//	return flag;
//}


//void usart_senddatas(USART_TypeDef* USARTx,u8* addr,int size)
//{
//	while(size--) //判断数据发送完没有
//	{
//		while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC) == RESET);//等待上一个byte的数据发送结束。
//		USART_SendData(USARTx,*addr);//调用STM32标准库函数发送数据
//		addr++; //地址偏移
//	}
//}

凌晨两点：我和我们组的一个女生还在对着电脑用一个第一次用的软甲yplot去调试PID参数，现在想想，还是觉得痛苦，最后调到大概中午12点，感觉还算满意，就先放着了，当时调的差不多的时候，我们就觉得没啥事情了，就有点懈怠，因为看了看这几个题，觉得只要PID调出来了，就没啥难的了【为后来埋下了后患！！！！】

因为有八道题，原本用的是触摸屏进行串口发送信息读取去选择功能的，但是我不小心把供电的电源短接了，结果瞬间就烧了，哎，后来就换了OLED【多级菜单，板载按键控制】，设定了两级菜单，因为就八个功能，当时发现还有个按键，就想着用给调平【让系统保持水平】吧，所以就有了2的功能。

//按键控制发送信息
void Menu_key_set(void)
{
    key_state = KEY_Scan(0);
    if (key_state == 1)
    {
			  OLED_Clear();
        func_index = table[func_index].next;
    }
		if(key_state == 2)
		{
		    TIM_SetCompare1(TIM3,14.5);
		}
    if(key_state == 3)
		{
			  OLED_Clear();
				func_index = table[func_index].enter;
		}
    current_operation_index = table[func_index].current_operation;
    (*current_operation_index)();
}

//多级菜单
void meun1_func(void)
{
    OLED_ShowString(0, 0, "   1.I    ", 16);
    OLED_ShowString(0, 2, "   2.II", 16);
}

void meun3_func(void)
{
    OLED_ShowString(0, 0, "   1.1    ", 16);
    OLED_ShowString(0, 2, "   2.2", 16);
    OLED_ShowString(0, 4, "   3.3", 16);
    OLED_ShowString(0, 6, "   4.4", 16);
}

void meun2_func(void)
{
    OLED_ShowString(0, 0, "   1.21    ", 16);
    OLED_ShowString(0, 2, "   2.22", 16);
    OLED_ShowString(0, 4, "   3.23", 16);
    OLED_ShowString(0, 6, "   4.24", 16);
}

功能1，2，3都是从1运动到某个点，因为我们在开始的时候，用openmv详细的记录了每个点的像素位置，这样相当于我们把目标位置的X_aim传入到pid算法就可以了，然后openmv会实时的读取当前的小球坐标然后借助串口3传回给单片机，将这个X_now也回传到PID,进行计算出来的占空比。

后面的4，5相较于之前的是变为三个点，且需要稳定2s,这样就需要加入定时器的功能，才开始用的TIM1,但是发现无法进行定时，我到现在不知道为啥，后来该到了TIM2,一下子就好了，真够玄学的，定时器时间就设为0.5s，在定时器的中断里面加入一个static静态变量，这样你需要传一次flag标志位由你定，当时间到了，对应的flag的数值一变，定时就结束了

//定时器2中断服务程序
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    //判断TIM2更新中断是否发生
    if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET)
{
        //代码应用区
		i++;
		t++;
		if(i%20 == 0)
		{
			timeflag = 1;
		}
		if(t%20 == 0)
		{
			lanyaflag= 1;  
    }
		
}

 当时就是如何开始定时器的计时，还是想了一些时间的，后来设置一个jinruflag标志位，这样达到要求初始化一次了，然后根据timeflag的数值，若为1，则时间到了，然后就去走到下一个点。

为啥我这个时间这么长，哎，主要pid调的不是很好，所以想给小球更多的时间去稳定下来，因为我们测试发现，当时间太短，确实可以到达目标点，但是却没有稳定下来，结果就是，去往下一个点的时候有初速度，这样下一个点就更不稳定了，恶性循环，所以就想着时间拉长一点，给它多一点的时间，让他在一个点稳定下来。

else if(a==5)
	{
		if(timeflag == 0)
		{
			X_aim = 83;
			task();
			if(jinruflag==0)
			{
				TIM2_Init(5000-1,7200-1);         //0.5s中断一次   
				delay_ms(20);
				jinruflag = 1;
			}
		}	
		if(timeflag == 1)
		{
			 X_aim = 145;
			 task();
		}
	}

第6题用的自主选择四个点，让小球进行平衡，看看也就是将之前的三个固定点变为随机的四个点，用蓝牙输入就行，我们选择的是蓝牙app上位机软件，发送的就是四个字符，到时候接收过来之后直接放在接收的数组里面，直接调用就行，确实，思路没啥问题，可是偏偏蓝牙接收就出问题了，我们可以在手机app端发送字符串，但是单片机的串口并不接受字符，换了几个串口都无济于事，花费了几个小时的时间，最后突然用了一个之前调好项目的蓝牙代码就好了，最后也找到了问题的根源---->

这是串口的中断的代码，你会发现有0X0D和0X0A的判断，对了，这是我们输入在app软件也要有这个多一行的换行符的存在，因为这个中断是通过判断0X0D和0X0A判断接收完成的，如果你的中断不加这个，就可以不用换行。

void USART2_IRQHandler(void)                    //串口1中断服务程序
    {
    u8 Res;
    if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
        {
        Res =USART_ReceiveData(USART2);    //读取接收到的数据
        if((USART2_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
            {
            if(USART2_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
                {
                if(Res!=0x0a)USART2_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
                else USART2_RX_STA|=0x8000;    //接收完成了 
                }
            else //还没收到0X0D
                {    
                if(Res==0x0d)USART2_RX_STA|=0x4000;
                else
                    {
                    USART2_RX_BUF[USART2_RX_STA&0X3FFF]=Res;
                    USART2_RX_STA++;
                    if(USART2_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART2_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收      
                    }         
                }
            }   
        						
     } 

}

功能7：在2，4两点运行四次往复，最后去往5，因为当时就剩几个小时了，我们的硬件电路还没接好，所以我就有点着急，也没休息好，脑子很乱，当时想了一个方案计时，用static的静态变量去算，到2，4的次数有没有8次，来确定是否往复四次，想想也简单，就是传个已经有的现成坐标和openmv的实时坐标相减，得到位置差,传入PID,可是PID的参数调的不是很好，小球从2出发，到4还没稳定就又往2，所以误差越来越大，以至于到最后5的时候就飞出去了，当时去调PID已经不太可能了，但是我们发现选择的2，4两个点，它却在1，5之间徘徊，所以我们干脆把判断的范围直接往小了缩，类似于给小球一个预判，原本小球的目标是4，到4或者快到4它才开始大幅度调节，我们现在让他变成3.5，从2开始的距离差变小了，它就会判断提前，改了之后还真效果不错，只有一次没达到标【比之前就一次达标好太多了】，这道题后来也这样了。

else if(a == 7)
	{
		if(x_now<57&&x_now>46)
  {
   while(1)
   {
    X_aim = 93;                      //原来 4的X_aim是 113
    task();
    if(x_now<114&&x_now>106)
     break;
   }
   count++;
  }
  if(x_now<114&&x_now>106)
  {
   while(1)
   {
    X_aim = 70;                         //原来的2的X_aim = 53
     task();
    if(x_now<57&&x_now>50)
     break;
   } 
   count++;
  }
  if(count >= 8)
  {
   while(1)
   {
    X_aim = 145;
     task();
   }
  }
	}

最后一个是鲁棒性的测试，这个和之前的1，2，3很像，还是如果PID调的好的话，就很快，我们那个就是有点慢，这个题就在那个秒数限定的极限范围。

后来时间不允许就做了8问。

总结回顾：

1.PID调参很重要，如果有友友有啥好的推荐的软件可以给我推荐一下吗？？

2.硬件电路的降压以及电压稳压问题需要格外重视

3.32的部分模块具体详细的作用还是不太清晰。

4.我们的团队配合还是不太好，团队的力量很重要

代码开源：MMMMMs426/-: 电赛一维板球代码 (github.com)

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