全国大学生电子设计竞赛：滚球控制系统设计与实现

"这篇文档是关于2017年全国大学生电子设计竞赛中，本科组的滚球控制系统（B题）的设计报告。系统采用正交摇臂支撑结构，使用彩色高清摄像头进行小球位置采集，通过树莓派处理图像信息，然后通过串口通信将数据传输给STM32F103微控制器，该控制器通过PID控制算法计算出舵机的转动角度，以调整小球在平板上的位置，形成闭合反馈回路。系统还包含了无线遥控功能，使用红外遥控模块1838实现模式选择和基本操作。程序流程图展示了按键检测、图像处理、舵机控制以及小球状态判断等步骤。测试结果显示，系统能够满足所有技术指标要求，实现小球的精准控制。" 在本次设计中，程序的设计是关键环节。首先，程序需要实现摄像头图像的采集与处理，通过摄像头的边缘截取功能获取小球的有效区域，再由树莓派进行图像信息处理，提取出小球的运动信息。然后，这些信息通过串口通信传递给STM32F103，微控制器根据接收到的信息计算出舵机的转动角度，以控制小球的运动轨迹。为了实现遥控功能，系统集成了红外遥控模块1838，允许用户通过按键选择模式，完成基本和扩展任务。 在硬件方面，电路设计包括了采集模块、主控制器模块、执行模块和电源模块。摄像头负责采集，树莓派和STM32F103作为处理和控制单元，舵机执行动作，电源模块则为所有组件提供电力。系统选择了正交摇臂支撑结构，因为它提供了稳定性且控制简单，相较于四边悬吊结构和Stewart六自由度平台结构，更适合本项目的需求。 在控制理论层面，系统运用了PID控制算法来计算小球的超调量，为精确控制提供了理论依据。在实际运行中，系统的运动时间控制在规定范围内，能够按照预设要求在平板上完成特定动作，表明了设计的成功和有效。 测试方案包括了对系统性能的各种验证，如运动轨迹的准确性和响应速度，以及遥控功能的可靠性。测试结果表明，系统能够成功完成所有测试，证明了设计的合理性与可行性。通过这样的设计，参赛者不仅实现了小球的自动化控制，还锻炼了他们在硬件设计、软件编程以及系统集成方面的能力。