基于STM32的滚球控制系统设计

"这篇文档是2017年全国大学生电子设计竞赛陕西赛区的一个设计报告，涉及的作品是一个滚球控制系统。该系统通过摄像头捕捉小球在平板上的运动图像，使用Nanopi M3进行图像处理，将图像信息转化为小球位置，并通过STM32F103RC微控制器进行PID控制，驱动舵机调整平板角度，实现小球的直线和曲线运动。系统还配备有按键和12864液晶显示屏用于模式选择和参数显示。报告指出，系统设计完整，测试效果良好，满足了所有任务需求。" 在该滚球控制系统中，主要包含了以下几个关键知识点： 1. **图像处理**：系统使用摄像头捕获小球在平板上的实时图像，这是整个控制系统的基础。Nanopi M3作为一个嵌入式计算机，运行图像处理算法，识别并追踪小球的位置。图像处理可能包括灰度化、边缘检测、模板匹配等步骤，目的是准确获取小球相对于平板的坐标。 2. **PID控制算法**：PID（比例-积分-微分）控制是一种广泛应用的自动控制算法。在这个系统中，PID算法被应用于两个相互垂直的方向上，分别控制舵机的转动，以使平板倾斜，进而引导小球沿预定路径移动。PID控制器通过调整比例、积分和微分三个参数，实现对误差的快速响应和良好的稳定性。 3. **微控制器**：STM32F103RC是一款基于ARM Cortex-M3内核的微控制器，拥有强大的处理能力和丰富的外设接口。它接收来自图像处理模块的位置信息，计算出控制信号，通过串行通信接口发送给执行机构。 4. **执行器**：在本系统中，执行机构主要是舵机，它们接收STM32F103RC的指令，调整角度以改变平板的倾斜，实现对小球运动的间接控制。舵机的精确控制对于确保小球稳定运动至关重要。 5. **人机交互界面**：系统配备了12864液晶显示屏和按键，用户可以通过按键选择工作模式和调整参数，同时液晶屏显示当前状态和设置，提高了系统的易用性和可调性。 6. **系统设计与优化**：报告中提到了对控制器的不同方案进行比较，包括CPLD、FPGA和STM32F103RC。最终选择了STM32F103RC，因为它在满足系统需求的同时，兼顾了成本和性能的平衡。 这个滚球控制系统展示了现代电子设计中的图像处理、自动控制、微处理器应用和人机交互等多个领域的技术融合，是一个综合性的电子设计项目。