2024 年全国大学生电子设计竞赛设计报告滚球控制系统（B 题）【本科组】摘要:本系统采纳 STM32F103ZET6 最小系统板为控制中心，利用 OV7670摄像头、显示器、按键、S010 舵机、小球、万向节、平板支架构成滚球控制系统.单片机利用摄像头采集到的数据，确定小球的位置坐标,通过 PID闭环控制舵机 PWM 输出打角拉动支撑杆，控制平板倾斜度达到小球滚到指定区域停留等状态。控制系统采纳 PID 算法组成闭环控制系统具有很好的稳定性,此外通过 TFT 显示屏显示小球位置，各个功能的实现可以通过按键输入.一、系统方案本系统主要由单片机控制模块、摄像头模块、LCD 显示屏模块、电源模块、舵机及平板机械支架构成组成。STM32 作为滚球系统的控制核心，利用摄像头采集过来的数据通过黑白二值化,以此判别平板和黑色球并显示在 LCD 上。摄像头对滚球准确定位，确定其坐标位置，同时记录平板规定的 9 个区域坐标,单片机通过返回的坐标位置结合PID 算法，给定舵机 PWM 输出形成闭环控制系统,从而控制小球去到指定区域保持平衡。同时，可通过矩阵按键选择功能模式，与设计任务一一对应的,系统的总体方案框图见图 1。图 1 系统总体方案框图1、主控制器件的论证与选择方案一：采纳 STC89C52 单片机作为控制模块的核心.STC89C52 使用经典的 MCS—51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。但其能使用的I/O 口很少，ROM 空间不足，不适合采纳 STC89C52 为主控芯片。方案二:采纳 STM32103FZET6 单片机为主控器。STM32 运行速度快，片上资源丰富，具有很多外围接口，可拓展性强，灵活性高.完全可以实现本系统的各个设计任务，具有良好的响应速度。 通过比较，我们选择方案二。2、滚球控制系统方案选择方案一:采纳 MPU6050 三轴陀螺仪。利用三轴陀螺仪可以算出平板的当前位置姿态，具有测量精确、结构简单等优点，但考虑到小球需要到平板指定的 9 个区域，MPU6050传感器很难确定其准确位置,可靠性差。方案二:选用摄像头对小球准确定位，根据题目给出的具体要求，采集摄像头检测到的数据传给单片机二值化处理，以此确定小球的位置坐标以及与目的坐标的偏差，反馈给单片机，实现更加精确的控制，而且通过 LCD 显示，更加直接有利于调试。综合以上两个方案，本系统选择方案二。 3、滚球运动控制的论证与选择方案一:采纳推杆直线电机。电推杆是通过将电动机的旋转运动转变为推杆往复直线运动的电力...
