候选论文No.25 基于STM32图像识别的板球系统的设计

Posted 2021-04-07 机电工程技术

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DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2019. 08. 060

段凌飞，姚敏，张宏桥. 基于STM32图像识别的板球系统的设计［J］. 机电工程技术，2019，48（08）：162-164.

* 湖南省教育厅科学研究项目（编号：17C1488）；湘南学院实验室开放项目（编号：36）

基于STM32 图像识别的板球系统的设计*

段凌飞，姚敏※，张宏桥

（湘南学院电子信息与电气工程学院，湖南郴州423000）

摘要：针对板球系统结构复杂、设备昂贵的问题，设计了基于STM32F407处理器和数字CMOS摄像头的简易可靠的嵌入式板球系统。阐述了系统机械结构组成及控制系统原理详细说明，运用了嵌入式的高效小球识别图形处理算法。通过对系统特性的分析，采用模糊抗积分饱和PID控制算法进行控制。通过制作后测试，设计的机械结构稳定可靠，控制算法具有良好的鲁棒性。

关键词：板球系统；小球识别算法；拉普拉斯算子；抗积分饱和模糊PID

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009－9492 ( 2019 ) 08－0162－03

The Design of the Ball and Plate System Based on Image Recognition In STM32 Microcontroller

Duan Ling-fei，YAO Min※，ZHANG Hong-qiao

（College of Electronic Information and Electrical Engineering，Xiangnan University，Chenzhou 423000，China）

Abstract: In view of the complex structure and expensive equipment of the ball and plate system(BPS)，a simple and reliable embedded BPS was designed based on STM32F407 microcontroller and digital CMOS camera. The mechanical structure of the system and the principle of the control algorithm were discussed in detail，and a high efficient ball recognition image processing algorithm was designed. By analyzing the characteristics of the designed mechanical system，a fuzzy anti-integral saturation PID control strategy was used to test the controllability of the system，the results show the mechanical structure is stable and reliable and the control algorithm has good robustness

Key words: ball and plate system；ball recognition algorithm；Lapacian model；fuzzy anti-integral saturation PID strategy

引言

板球系统是一个复杂的机械系统和计算机控制系统，涉及机械结构设计、电机驱动、图像处理、控制算法等理论知识，对其控制原理的研究有助于检验控制算法效果，也为四轴飞行、云台等复杂对象的控制控制算法、伺服电机控制算法、图像处理算法提供研究基础。而目前多数板球控制系统采用计算机作为图形处理和控制核心，板球机械系统硬件昂贵，不便于大规模开展教学与科研[1-4]。本文就教学科研的需求，设计了一种基于STM32F407嵌入式处理器的简单可靠的板球系统，对其机械结构、控制系统结构、小球识别算法、控制算法等进行了详细的设计阐述，并通过改方法设计了板球系统模型，最后测试了系统的可靠性和算法的可行性。

【候选论文】No.25 基于STM32图像识别的板球系统的设计

结束语

根据上述方法设计了板球机构及控制系统，通过测试发现球体在运动过程中平板抖动小。图像处理过程中，使用低成本的STM32F407处理器和CMOS摄像头，处理速度能满足系统要求。对直径10～30 mm任意设定颜色的小球，系统能控制其10 s内到达完全停止指定任意位置，能够按照设定路线行走，系统稳定性、鲁棒性好。

由于采用了万向节支撑平板，z 轴方向有轻微自旋，实际测试小球控制有微弱影响。受处理器内存和速度性能限制，此种设计坐标误差为5 mm，为了增加控制精度，可以考虑减小平板面积，缩短摄像头与平板距离，也可使用更高级别处理器与摄像头。