【Arduino】2017年电子设计大赛B题 滚球控制系统|板球系统

今年电赛我们队伍选择的是B题，滚球控制系统。最后我们得到了省特和国一，也算是了结了我大一时的心愿吧。下面对这次比赛进行一下总结，以后回忆起来的时候也有个念想。

滚球控制系统是一个多变量、非线性控制对象，是球杆系统的二维扩展。本系统以Arduino Due为核心控制板，通过摄像头采集到球的位置信息，经过PID的控制算法来控制舵机的运行，从而控制小球的运动。其目的是让一个自由滚动的小球能够平衡在平板上特定的位置，或者沿一定的轨迹滚动。经测试，系统能够实现题目要求的各项功能，实测指标均达到或超过题设要求。
关键词：滚球控制系统；Arduino Due；位置检测；PID控制

当时网传已经有板球系统这道题了，虽然说心里没当一回事，但是还是默默地查起了一些资料。
板球系统、板球系统，最关键的就是需要检测到球的位置，然后通过板的机械运动将球保持在指定的位置上。
怎么检查球的位置呢？有两种不错的方法：一种方法是利用电阻屏，还有一种是利用摄像头。这两种方法比赛之前我都试过，电阻屏的话市场上有卖的一般就是7寸-17寸的四线、五线电阻屏，它获取小球位置比较灵敏，而且精度高、延迟低，对小球的材质、颜色没有要求，但是要求小球具备一定的重量，要不然检测不到球呀。至于摄像头检测小球的位置的话，一种方法是检测圆形，另一种方法是颜色检测，一般颜色检测的速度会快一些。如果使用摄像头检测小球位置的话，那么对处理器的运算速度要求较高，而且对光线的要求也较大，但是也可以使用开源摄像头（如OpenMV，pixy等），直接把小球位置信息等通过I2C、USART传输回单片机上。我们最后使用的就是Pixy。

最后赛题出来的时候，我们就傻眼了，居然和网传的消息那么像，但是尺寸却那么巨大。本来写好的电阻屏的程序是用不到了，只能用摄像头检测小球位置这种方法了。

当然我们想，小的我们都做好了，大的岂不是直接把原来的结构放大一些就是啦。但是后来发现我们想多了，尺寸变大许多导致的结果就是，机械结构需要重新设计。之前小板球系统的稳定性超级好，根本不会出现板子的抖动问题。但是等系统变大许多，板子变得很大很重，摄像头需要架设的很高，就带来了许多问题了。

摄像头是距离板子1m多的位置，这带来的后果就是，可能摄像头找不到那么小的球的位置了。

在比赛的那几天中，我们的机械结构换了4套。感觉一直都是在做木工活。第一套结构是纯木质的，各个部位全部用胶粘死。第二套是板子用的泡沫板，其他部分还是木质的。第三套是板子用的黑色喷漆铁板，支架是铁的，底板是木的，整套结构超级重、而且也不能拆卸。第四套结构的话，我们板子选择的是60*60*1cm的雪弗板，这个比较轻、而且也比较平，底板是PVC版，画原理图然后切割，支持部分是铝架，所有部分均可拆卸。

等机械结构做好之后，还剩一天的时间来写程序，简直奔溃，感觉比赛的大部分时间全部都在设计机械结构。但是这是非常必要的，因为机械结构如果不好，你的程序优化的再好，也是不会稳定的，尤其是这么巨大的一个装置。

前面说了一堆废话，下面说一点有用的：
①我们选用的控制器是Arduino Due。因为使用它开发简单方便快速，而且时钟频率大84Mhz，相比于普通的stm32f1一点也不逊色。本来想直接用树莓派了，但是想到用树莓派可能有违规的可能，所以还是算了。
②摄像头选择的是pixy。利用Pixy图像识别传感器检测小球位置坐标。Pixy支持多物体、多色彩的颜色识别，同时也支持多种通信方式，它搭载的图像传感器配合强大的硬件，可以将小球的位置坐标信息快速地发送给微控制器。注意！！！这可是直接把小球的坐标发到单片机里唉，所以你用性能差一点的单片机也没有关系了，这大大的简化了程序的复杂性，省去了自己写图像处理部分的事，节省了许多时间。
③舵机的话我们试了好多舵机，贵的、便宜的，最后还是选择了MG996R。具体原因我不多说，大家可以买来试试。

（待续。。。）