滚球控制系统摘要该滚球系统由Kinetis—K60单片机控制模块、位置采集模块、板球模块、人机交互模块、电源模块以及板球机械结构组成的闭环控制系统。它由OV7620摄像头进行滚球位置采集，单片机对摄像头输入信息进行处理，用位置式PID算法进行运算，输出脉冲控制电机驱动为SH-20403驱动的42BYG250A电机转动,使滑轮缠绕吊线，改变底板所受吊线的拉力，进而控制地板倾斜让滚球到达指定位置，用人机交互模块中的按键控制与题目相应程序的运行。在该滚球系统中，滚球可在规定时间内在不经过非指定区域条件下到达指定区域，并可以在指定区域内停留规定时间，完成了大赛本科B组基本要求。关键字：Kinetis—K60单片机；OV7620摄像头；42BYG250a电机；SH-20403驱动；位置式PID算法；闭环系统1一.系统方案滚球控制系统主要包括单片机控制模块、电源模块、位置采集模块、板球模块、人机交互模块以及板球机械结构。系统通过位置采集模块时刻采集滚球位置信息，将信息输入给单片机控制模块，单片机对输入的信息进行处理，通控制脉冲发生器，通过一定方法让底板发生倾斜,控制滚球运动。人机交互模块中的按键选择程序运行。图1系统结构图1.板球模块方案的选择与论证方案一：将推杆电机作为支撑放于板下，通过推杆电机的推动使底板发生倾斜。方案二：将两个42byg250a电机固定到顶板，在上面捆绑上吊线，经过顶板滑轮固定到底板，使底板悬空，通过电机的转动拉动吊线使底板发生倾斜。两方案比较之后我们选择方案二为滚球控制系统方案。两方案比较如表一所示表1板球模块方案比较万案一优势抗外力自然因素干扰强，结构不复杂，很经典的滚球控制方式资料便于查找。劣势推杆电机在推板过程中会滑动产生相对位移，推杆电机反应慢，每次电机运行反转方向的误差会累计。万案二优势42byg250a电机反应快，电机运行反转方向时延时小，误差可以忽略，对应算法控制编写较容易，结构简单。劣势底板靠四吊绳悬挂,容易产生晃动，抗干扰能力较差。22.滚球位置采集方案的选择与论证采集滚球外设有两种选择，一是触摸屏，二是摄像头。由于使用触摸屏有功耗大，灵敏度较低，易损坏，价格高、滚球轨迹不直观等缺点。我们决定用摄像头作为滚球位置的测量外设。使用摄像头有两种方案：0V7620,0V7670。滚球和底板颜色差距大，我们只关心图像的灰度值，并不是需要他们的彩色值所以我们选择OV7620摄像头做为滚球位置采集外设。两种方案特点如下：表2OV7620，OV7670特点特点方案一：OV7620默认输出RGB彩色图像。方案二：OV7670输出的是灰度值Y3.控制算法的选择方案一：采用模糊控制算法模糊控制是通过计算机完成人们用自然语言所描述的控制活动。方案二：采用PID算法，按比例、积分、微分的函数关系，进行运算，将其运算结果用以输出控制。根据两种方案对比,题目要求和实际情况，我们选择PID算法作为控制算法.方案对比如表三：表3模糊算法和PID算法比较万案一优点不需要事先知道对象的数学模型,系统响应快、超调小、过渡过程时间短。缺点稳态精度不高，需要大量计算，运算复杂。万案二优点计算量小，运算简单。缺点容易产生超调。二.系统理论分析与计算1.滚球位置的测量与计算3位置采传输到单片机一提取位送往PID是否达到设"定目标-是否小球位置发生变化:底板倾斜角度改向电机传选择和底板颜色相差大的滚球，通过摄像头OV762O采集图像，0V7620把板和球的亮暗程度转化成像素的灰度值，并通过数据总线传送给单片机，处理变成二值图像，单片机开始对二值图像像素点进行扫描，在图片中寻找到滚球，并用坐标表达出滚球的位置。OV7620不断的向单片机传输灰度图像，可以时刻得到滚球位置。2.底板倾斜控制分析板球采集模块用两个42BYG250A步进电机及SH-20403做驱动系统。位置采集模块采集滚球当前位置，单片机处理滚球当前位置信息调节输出脉冲，控制两只42BYG250A步进电机，从而实现对底板倾斜控制。3.算法分析本系统采用位置式PID算法来控制步进电机转动的速度。电机开始工作后,位置采集模块不断采集当前滚球所在位置，并与之前的滚球所在位置相比较，使得底板倾斜逐渐变化°PID算法控制器由滚球位置误差比例P、滚球位置误差积分I和滚...
