2025年电赛E题简易自行瞄准装置（基础发挥全完成）

2 系统电路设计

系统电路设计采用模块化思想，将运动驱动、位置检测、视觉处理、显示、通信与激光控制等部分分离设计，既方便调试，也便于后期功能扩展。

2.1 主控模块——天猛星 MSPM0G3507 开发板

MSPM0G3507 是德州仪器推出的高性能 ARM Cortex-M0+ 内核单片机，主频高、功耗低、外设资源丰富，能够同时处理运动控制与图像数据通信任务。本系统中，主控板主要功能包括：

• 接收 5 路灰度传感器数据，实现循迹控制算法；
• 控制 AT8236 驱动模块，实现直流电机正反转与调速；
• 读取编码器反馈信号，进行速度闭环与位移计算；
• 与 OpenMV 摄像头通过 UART 通信，接收目标偏差信息；
• 控制步进电机驱动模块，实现云台二维旋转定位；
• 控制继电器实现激光笔通断。

2.2 灰度传感器模块

灰度传感器由 5 路 TCRT5000 红外反射式光电开关组成，依次排列在小车前端，负责检测赛道黑白反差。接线关系如下（从左到右）：

• VCC → 5V
• GND → GND
• PA30 → L2
• PA28 → L1
• PA1 → M0
• PA0 → R1
• PA25 → R2

该布局可实现对赛道中心线的偏离量判断，通过 PID 算法动态调整电机输出，保证小车平稳循迹。

2.3 OLED 显示模块

OLED 屏幕用于显示小车运行状态、圈数设定、速度信息等。接线方式：

• VCC → 5V 或 3.3V
• GND → GND
• SCL → PB9
• SDA → PB8

OLED 模块采用 I2C 通信方式，显示刷新快、功耗低，适合在比赛中实时提供状态信息。

2.4 电机驱动模块——AT8236 双路直流驱动

直流驱动模块负责控制小车两侧驱动轮的直流减速电机。接线方式如下：

• PWMA、PWMB → 5V
• PB12 → AIN1
• PB14 → AIN2
• PA7 → BIN1
• PA17 → BIN2
• STBY → 5V

该驱动芯片具备 PWM 调速、方向控制等功能，配合主控 PWM 输出实现平稳加减速与灵活转向。

2.5 编码器测速模块

小车两侧驱动轮各配备一组光电编码器，用于精确测量车轮转速与行驶里程。接线方式：

• PB5 → 左编码器 A 相 E1A
• PA10 → 左编码器 B 相 E1B
• PB4 → 右编码器 A 相 E2A
• PB15 → 右编码器 B 相 E2B

编码器信号输入主控后，结合定时器输入捕获功能，可实现速度闭环控制。

2.6 二位云台步进电机驱动模块

云台结构采用双步进电机驱动，分别实现激光笔的上下和左右方向调整，驱动模块为 D36A 双路步进电机驱动器，供电与直流驱动模块共用电池电源。接线方式：

• P5 → PA21
• P7 → DIR2
• P6 → ST1
• P9 → DIR1
• EN1、EN2 → 步进电机驱动 3.3V

2.7 OpenMV 摄像头模块

OpenMV 主要用于目标检测与偏差计算，将识别到的靶心位置偏差数据发送给主控，用于云台定位控制。摄像头采用独立 5V 稳压模块供电，确保图像处理稳定。

2.8 激光笔继电器控制模块

激光笔由继电器实现通断控制，继电器输入端由摄像头 P3 控制，确保仅在发射阶段开启激光。

3 程序设计

程序设计分为运动控制、视觉识别、云台控制和激光控制四大部分。系统采用模块化编程，每个功能模块独立调试，最终在主程序中统一调度。

3.1 主程序框架

主程序负责初始化各硬件模块，进入主循环后根据任务模式执行对应功能。

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();	        //系统资源配置初始化
    hard_init();               //硬件配置初始化
    OLED_Init();			    //显示屏初始化
    GPIO_Init();			    //蜂鸣器初始化
    params_init();			   //控制参数初始化
    Encoder_Init();				//编码器资源初始化
    Button_Init();				//板载按键初始化
    timer_irq_config();         //定时器中断配置
    usart_irq_config();         //串口中断配置

    while(1)
    {
            TrackControl();
    }
}

3.2 PID算法

float pid_control_dt_run(controller *ctrl,float dt)
{
  float _dt=0;
  get_systime(&ctrl->_time);
  _dt=ctrl->_time.period/1000.0f;
	if(_dt>1.05f*dt||_dt<0.95f*dt||isnan(_dt)!=0)   _dt=dt;
	if(_dt<0.0001f) return 0;

  /*******偏差计算*********************/
	for(uint16_t i=19;i>0;i--)
	{
		ctrl->error_backup[i]=ctrl->error_backup[i-1];
	}
	ctrl->error_backup[0]=ctrl->error;
	
  ctrl->last_error=ctrl->error;//保存上次偏差
  ctrl->error=ctrl->expect-ctrl->feedback;//期望减去反馈得到偏差
	ctrl->dis_error=ctrl->error-ctrl->error_backup[ctrl->dis_error_gap_cnt-1];//微分		ctrl->dis_error=ctrl->error-ctrl->last_error;//原始微分

  if(ctrl->error_limit_flag==1)//偏差限幅度标志位
  {
    if(ctrl->error>= ctrl->error_limit_max)  ctrl->error= ctrl->error_limit_max;
    if(ctrl->error<=-ctrl->error_limit_max)  ctrl->error=-ctrl->error_limit_max;
  }
  /*******积分计算*********************/
  if(ctrl->integral_separate_flag==1)//积分分离标志位
  {
		//只在偏差比较小的时候引入积分控制
    if(ABS(ctrl->error)<=ctrl->integral_separate_limit)	 ctrl->integral+=ctrl->ki*ctrl->error*_dt;
  }
  else
  {
    ctrl->integral+=ctrl->ki*ctrl->error*_dt;
  }
	/*******积分限幅*********************/
	if(ctrl->integral>=ctrl->integral_limit_max)   ctrl->integral=ctrl->integral_limit_max;
	if(ctrl->integral<=-ctrl->integral_limit_max)  ctrl->integral=-ctrl->integral_limit_max;
	
	ctrl->dis_error_lpf=LPButterworth(ctrl->dis_error,&ctrl->lpf_buffer,&ctrl->lpf_params);
		
	/*******总输出计算*********************/
  ctrl->last_output=ctrl->output;//输出值递推
  ctrl->output=ctrl->kp*ctrl->error//比例
							+ctrl->integral//积分
							+ctrl->kd*ctrl->dis_error_lpf;//微分
	
	/*******总输出限幅*********************/
  if(ctrl->output>= ctrl->output_limit_max)  ctrl->output= ctrl->output_limit_max;
  if(ctrl->output<=-ctrl->output_limit_max)  ctrl->output=-ctrl->output_limit_max;
  /*******返回总输出*********************/
  return ctrl->output;
}

3.3 OpenMV 查找图像中的矩形框，绘制中心点

            # 查找图像中的矩形
            for r in img.find_rects(threshold = rect_threshold):
                bos = 1
                bili = r[2]/r[3]
                print("bili==",bili)
                if bili >1.5-0.4 and bili <1.5+0.1:
                    if(r[2] < 110 and r[3] < 70 and r[2] > 13 and r[3] > 10 ):
                        img.draw_rectangle(r.rect(), color = (255, 0, 0))  # 绘制矩形
                        # ===== 添加画中心点 =====
                        center_x = int((r.x() + r.x() + r.w()) / 2)
                        center_y = int((r.y() + r.y() + r.h()) / 2)
                        img.draw_circle(center_x, center_y, 3, color=(0, 0, 255))  
                        i=0
                        # 获取并绘制四个顶点
                        for p in r.corners():
                            img.draw_circle(p[0], p[1], 2, color = (0, 255, 0))
                            points[3-i][0] = p[0]*2
                            points[3-i][1] = p[1]*2
                            i = i + 1

                        r_jiguang_piancha_x = int(jiguang_piancha_x/biaoding_50cm_rect_kuan*r[2])
                        r_jiguang_piancha_y = int(jiguang_piancha_y/biaoding_50cm_rect_kuan*r[2])

                        pan_error = center_x - img.width() / 2 - r_jiguang_piancha_x  # 水平误差
                        tilt_error = center_y - img.height() / 2 - r_jiguang_piancha_y # 垂直误差

                        pan_output = pid_control(pan_error, pan_pid_params, pan_state)
                        tilt_output = pid_control(tilt_error, tilt_pid_params, tilt_state)

                        speed_1 = abs(int(pan_output))
                        speed_2 = abs(int(tilt_output))
                        direction_1 = "cw"
                        direction_2 = "cw"
                        if pan_error > 3 :
                            flag_x = 0
                            direction_1 = "cw"
                            jiguang_pin.low()
                        elif pan_error < -3 :
                            flag_x = 0
                            direction_1 = "ccw"
                            jiguang_pin.low()
                        else:
                            flag_x = 1
                        if tilt_error > 4 :
                            direction_2 = "ccw"
                            flag_y = 0
                            jiguang_pin.low()
                        elif tilt_error < -4 :
                            direction_2 = "cw"
                            flag_y = 0
                            jiguang_pin.low()
                        else:
                            flag_y = 1
                        if flag_x and flag_y:
                            jiguang_pin.high()
                        motor_control(1, speed_1, direction_1)
                        motor_control(2, speed_2, direction_2)

                        print(pan_error," --  ",tilt_error," --  ","Motor1: speed =", speed_1, ", dir =", direction_1,"  Motor2: speed =", speed_2, ", dir =", direction_2)
                    else:
                        bos_num = bos_num + 1
                        if bos_num >30:
                            bos_num = 0
                            bos = 0

4、历年电赛试题解析专栏

• 点击查看：电赛试题解析汇总：https://blog.csdn.net/m0_51061483/category_10443456.html

5、资料下载

• 点击下载资料：https://download.csdn.net/download/m0_51061483/91617547
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