OPENMV结合PIX飞控实现四轴定点 循迹 2017电赛
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有兴趣的可以加个STAR
自从17年国赛之后，自己做了openmv，加了很多群，也了解到很多人都在想着这个题。
第一版
第二版
第三版
我们做国赛的时候实现了全部功能，找了下题目，这篇文章就以这道题来讲吧。
题目：
看到题相信大家都送了口气，不是巡线，不用去思考怎么识别直线、曲线、直角、起点圆啊这些，因为在赛前我们队一直在想着怎么用OV7670或者OV2640来实现这些东西的识别，那段时间也确实找到了段资料：
http://blog.csdn.net/hello_world12138/article/details/51974092
这位大佬写的相当详细，大家也可以参考下来写自己的识别算法。
而我们采用的方案是OpenMV+PixHawk+STM32F4
这种方案就是最省事，不需要自己写飞控，不需要去调姿态的PID，对于玩过PIX的人来说最方便。
OPENMV负责图像的采集和处理，PIX负责飞机的基础稳定飞行和定高，STM32负责控制PIX怎么飞，也就是用32来模拟了一个遥控器，输出PWM波后经过PPM编码器转换成PPM信号给pix就能用32控制pix啦。
一、OPENMV的设计
当时我们是买的官方代理的OPENMV3，价格388呢，还好能报销哈哈，用openmv实现了对地面黑点的检测，然后通过串口3把黑点的坐标值传回给STM32。
OPENMV寻找黑点串口输出程序
# 寻找黑点串口输出程序 - By: Kevincoooool - 周四 11月 23 2017
import sensor,time,pyb,math
from pyb import Pin, Timer, LED, UART
#黑色点阈值
black_threshold = [(0, 64)]
#xy平面误差数据
err_x = 0
err_y = 0
#发送数据
uart_buf = bytearray([0x55,0xAA,0x00,0x00,0x00,0x00,0xAA])
#串口三配置
uart = UART(3, 115200)
uart.init(115200, bits=8, parity=None, stop=1)
sensor.reset()
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)#设置灰度信息
sensor.set_framesize(sensor.QQVGA)#设置图像大小
sensor.skip_frames(20)#相机自检几张图片
sensor.set_auto_whitebal(False)#关闭白平衡
clock = time.clock()#打开时钟
while(True):
clock.tick()
img = sensor.snapshot()
#寻找blob
blobs = img.find_blobs(black_threshold)
if blobs:
most_pixels = 0
largest_blob = 0
for i in range(len(blobs)):
#目标区域找到的颜色块可能不止一**重点内容**个，找到最大的一个
if blobs[i].pixels() > most_pixels:
most_pixels = blobs[i].pixels()
largest_blob = i
#位置环用到的变量
err_x = int(60 - blobs[largest_blob].cy())
err_y = int(blobs[largest_blob].cx() - 80)
img.draw_cross(blobs[largest_blob].cx(),blobs[largest_blob].cy())#调试使用
img.draw_rectangle(blobs[largest_blob].rect())
else:
err_x = 0
err_y = 0
#数组中数据写入
uart_buf = bytearray([0x55,err_x>>8,err_x,err_y>>8,err_y,0xAA])
print(err_x,err_y)
uart.write(uart_buf)
二、STM32控制端程序设计
既然我们用的是STM32模拟遥控器，那我们就要先初始化两个定时器来输出八路PWM波，电调的频率基本上都是50hz，刚刚把代码贴上来了，但是想了想大家都是有基础的，这些初始化肯定会的。
一个串口用来读取OPENMV的数据，一个串口用来读取超声波模块的高度。
两个定时器用来模拟50hz的PWM波。
恩 ，对，然后就没了，最后还需要个PID控制函数来对OPENMV传回的黑点坐标值进行PID运算，转化为PIX能识别的‘遥控器’控制量即可实现定点。
对于怎么知道模拟出来的PWM波对应的遥控器的哪个通道值，大家只有拿着遥控器一个一个对应调了，记得做好记录。
题目分析:
基础一：把飞机放在黑点上方，需要一键自动起飞到指定高度，我们采用的方法：
按键按下模式1后，先模拟遥控器对PIX解锁、然后开始起飞，油门逐渐增加，增加的同时当高度高于20cm就开启定点，当飞机高度到达指定高度后开启定高模式，因为PIX的气压计定高不是很准，所以我们人为加了定高的修正，高度大于目标值就拉低油门，低于目标值就拉高油门，定高的同时也在定点，然后开始计时，到达指定时间，大幅拉低油门，自动降落。
主函数
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200);//初始化串口波特率为115200
uart2_init(9600);
uart3_init(115200);
LED_Init();
KEY_Init();
IIC_Init(); //IIC初始化
OLED_Init();
OLED_Clear();
TIM3_PWM_Init(20000-1,84-1); //84M/84=1Mhz的计数频率,重装载值20000，所以PWM频率为 1M/20000=50hz.
TIM4_PWM_Init(20000-1,84-1); //84M/84=1Mhz的计数频率,重装载值20000，所以PWM频率为 1M/20000=50hz.
TIM2_Int_Init(10-1,8400-1);
while(1)
{
Fly_Mode = 0;
OLED_Clear();
while(!Fly_Mode)
{
Fly_Mode=KEY_Scan();
OLED_ShowNum(0, 2, Fly_Mode, 1, 16);
OLED_ShowUnNum(0, 0, hight, 3, 16);
}
OLED_ShowNum(0, 2, Fly_Mode, 1, 16);
LED = 0;
delay_ms(200);
LED = 1;
switch (Fly_Mode)
{
case 1:
Take_off();
Start_Fixed_high();
while(1)
{
if(PID_flag == 1)
{
PID_flag = 0;
PositionPID();
High_fix();
}
SStart_flag = 1;
if(S_flag == 1)
{
S_flag = 0;
i++;
}
if(i == 300)
{
i = 0;
SStart_flag = 0;
Land_down();
break;
}
}
break;
case 2:
Take_off();
Start_Fixed_high();
while(1)
{
if(PID_flag == 1)
{
PID_flag = 0;
PositionPID();
High_fix();
}
SStart_flag = 1;
//1s开始计时
if(S_flag == 1)
{
S_flag = 0;
i++;
}
//计时盲飞
if(i == 100)
{
mang_flag = 1;
}
//忙飞结束
if(i == 120)
{
mang_flag = 0;
}
//计时降落
if(i == 200)
{
i = 0;
SStart_flag = 0;
Land_down();
break;
}
}
break;
case 3:
break;
case 4:
break;
case 5:
break;
default:
Land_down();
break;
}
}
}
串口解析OPENMV数据函数
void Vision_datadeal(void)
{
int tmp, tmp1, tmp2;
USART_SendData(USART2, 0x55); //向串口2发送数据
PID_flag = 1;
if(USART3_RX_BUF[0]==0x55 && USART3_RX_BUF[5]==0xAA)
{
/*接收视觉模块发来的信息*/
if(USART3_Flage)
{
USART3_Flage=0;
tmp=((int)USART2_RX_BUF[0]<<8) + USART2_RX_BUF[1];
hight=tmp/10; //除以 1000 转化为单位 M
{
/* Target_Roll */
tmp1=((int16_t)USART3_RX_BUF[1]<<8) + USART3_RX_BUF[2];
tmp1 = Median_filer1(tmp1);
if(tmp1>=32768)
{
tmp1 = tmp1-0xffff;
}
else
{
tmp1 =tmp1;
}
pixX = tmp1;
/* Target_Pitch */
tmp2=((int16_t)USART3_RX_BUF[3]<<8) + USART3_RX_BUF[4];
tmp2 = Median_filer2(tmp2);
if(tmp2>=32768)
{
tmp2 = tmp2-0xffff;
}
else
{
tmp2 = tmp2;
}
pixY = tmp2;
if(Fly_Mode == 2 && mang_flag == 1)
{
if(pixY_last == 0 && pixY - pixY_last < -50)
{
mang_flag = 0;
}
else
{
pixY = -23;
}
TIM_SetCompare1(TIM3,1540); //Pitch CH1 PB4
TIM_SetCompare3(TIM3,1530); //Roll CH3 PB0
}
pixY_last = pixY;
}
}
}
}
PIX加锁函数
void lock(void)
{
TIM_SetCompare1(TIM3,1500); //Pitch CH1 PB4
TIM_SetCompare2(TIM3,1000); //Throttle CH2 PB5
TIM_SetCompare3(TIM3,1500); //Roll CH3 PB0
TIM_SetCompare4(TIM3,1000); //Yaw CH4 PB1
TIM_SetCompare1(TIM4,1000); // CH5 PD12
TIM_SetCompare2(TIM4,1000); // CH6 PD13
TIM_SetCompare3(TIM4,1000); // CH7 PD14
TIM_SetCompare4(TIM4,1000); // CH8 PD15
delay_ms(3000);
}
解锁函数
void Unlock(void)
{
TIM_SetCompare1(TIM3,1500); //Pitch CH1 PA6
TIM_SetCompare2(TIM3,1000); //Throttle CH2 PA7
TIM_SetCompare3(TIM3,1500); //Roll CH3 PB0
TIM_SetCompare4(TIM3,2000); //Yaw CH4 PB1
TIM_SetCompare1(TIM4,1000); // CH5 PB6
TIM_SetCompare2(TIM4,1000); // CH6 PB7
TIM_SetCompare3(TIM4,1000); // CH7 PB8
TIM_SetCompare4(TIM4,1000); // CH8 PB9
delay_ms(4000);
TIM_SetCompare4(TIM3,1500); //Yaw CH4 PB1
delay_ms(1000);
TIM_SetCompare2(TIM3,1300); //Throttle CH2 PA7
delay_ms(500);
TIM_SetCompare2(TIM3,1000); //Throttle CH2 PA7
}
起飞函数
void Take_off(void)
{
int Throttle=1000,Throttle_Increase=25,Hight_Last;
OLED_ShowString(0,4,"Start",16);
delay_ms(3000);
OLED_ShowString(0,4,"Unlock",16);
Unlock();
Hight_Last=hight;
while (hight<25)
{
TIM_SetCompare2(TIM3,Throttle);
Throttle+=Throttle_Increase;
if(Throttle>=1800)Throttle=1800;
delay_ms(100);
if (hight-Hight_Last>1)
{
Throttle_Increase=0;
Throttle-=10;
}
if(hight>25)
{
PositionPID();
}
Hight_Last=hight;
TIM_SetCompare1(TIM3,1540); //Pitch CH1 PB4
TIM_SetCompare3(TIM3,1530); //Roll CH3 PB0
}
// TIM_SetCompare1(TIM3,1500); //Pitch CH1 PB4
// TIM_SetCompare3(TIM3,1500); //Roll CH3 PB0
}
开启定高模式函数
void Start_Fixed_high(void)
{
OLED_ShowString(0,4,"Highfix",16);
TIM_SetCompare1(TIM4,1500); // CH5 PD12
delay_ms(5);
TIM_SetCompare2(TIM3,1500); //Throttle CH2 PB5
TIM_SetCompare2(TIM3,1300);
delay_ms(15);
TIM_SetCompare2(TIM3,1500);
}
降落函数
void Land_down(void)
{
OLED_ShowString(0,4,"Land_down",16);
int j = 0;
while(j <= 200)
{
j++;
TIM_SetCompare2(TIM3,1280); //Throttle CH2 PB5
delay_ms(20);
PositionPID();
}
lock();
}
PID控制函数：
/*黑点悬停控制*/
void PositionPID(void)
{
static float lastVxErro,lastVyErro;
static float pidVx_pOut,pidVx_dOut,pidVx_iOut;
static float pidVy_pOut,pidVy_dOut,pidVy_iOut;
static float pidVx_value,pidVy_value;
static unsigned char flag_Y,flag_X;
/***************X轴PID参数**ROLL************/
float Vxkp=0.086f;//
float Vxki=0.0004f;//0.001f;
float Vxkd=0.027f;//-0.000531;
/***************Y轴PID参数*PITCH*************/
float Vykp=0.086f;
float Vyki=0.0004f;//0.001f;
float Vykd= 0.024f;
/*X轴位移速度调整*/
float vxErro=(float)(0.0f-(-pixX*hight/100));
float vxErroDelta=(vxErro-lastVxErro)/0.016f;
lastVxErro=vxErro;
/*X轴积分分离处理*/
if(vxErro <= 50.0f&&vxErro >= -50.0f)
{
flag_X = 0;
}
else
{
flag_X = 1;
}
pidVx_pOut=Vxkp * vxErro;
pidVx_dOut=Vxkd * vxErroDelta;
pidVx_iOut+=Vxki * vxErro;
if(pidVx_iOut>2.5f)//1.5
pidVx_iOut=2.5f;
if(pidVx_iOut<-2.5f)
pidVx_iOut=-2.5f;
pidVx_value=pidVx_pOut+pidVx_dOut+flag_X*pidVx_iOut;
if(pidVx_value>10)
pidVx_value=10;
if(pidVx_value<-10)
pidVx_value=-10;
pidVx_value*=22;
/***************Y轴PID调节***************/
/*X轴位移速度调整*/
float vyErro=(float)(0.0f-(-pixY*hight/100));
float vyErroDelta=(vyErro-lastVyErro)/0.016f;
lastVyErro=vyErro;
/*Y轴积分分离处理*/
if(vyErro <= 50.0f&&vyErro >= -50.0f)
{
flag_Y = 0;
}
else
{
flag_Y = 1;
}
pidVy_pOut=Vykp * vyErro;
pidVy_dOut=Vykd * vyErroDelta;
pidVy_iOut+=Vyki * vyErro;
/*Y轴积分限幅处理*/
if(pidVy_iOut>2.5f)
pidVy_iOut=2.5f;
if(pidVy_iOut<-2.5f)
pidVy_iOut=-2.5f;
pidVy_value=pidVy_pOut+pidVy_dOut+flag_Y*pidVy_iOut;
/*Y轴输出限幅处理*/
if(pidVy_value>10)
pidVy_value=10;
if(pidVy_value<-10)
pidVy_value=-10;
pidVy_value*=22;
/************PWM赋值***************/
TIM_SetCompare1(TIM3,1500+pidVx_value); //Pitch CH1 PB4
TIM_SetCompare3(TIM3,1500+pidVy_value); //Roll CH3 PB0
TIM_SetCompare4(TIM3,1505); //Yaw CH4 PB1
}
基础二：这道题是检测两个物体间的空间距离，我们用的ESP8266来做的，它可以读出附近热点的信号值，但是这种做法精度极低。最后到比赛场地时才发现居然有人用超声波测距？？而且居然没扣分，很神奇了。
基础三:对于这道题，和第一道题类似，但是需要往前飞一段时间，那么我们就可以先完成基础一，计时到了一定时间，人为的把OPENMV传回来的黑点值修改为定值，那么就可以往前飞了，但是这样掌握不好要往前飞多久才会到达小车的正上方，对于这种情况，解决办法一是去试那个时间，多试下会试出来的，二是判断坐标值的突变，也就是在往前飞的时候，OPENMV传回来的黑点的水平坐标是大致不会变的，而黑点的垂直方向的值会发生突变，一种情况是飞到小车和黑点中间丢失了黑点，这种情况是垂直坐标从最大值变成0再变为最小值。还有一种情况是飞机有点高，往前飞的时候小车也进入了摄像头视野，因为OPENMV找的是视野中面积最大的色块，那么OPENMV得到的黑点值就发生了突变，这时就可以开始取消人为给值，开始正常的定点计时到一定时间自动降落。
发挥一：这个题和基础三类似，修改一下第三阶段定点的时间就可以了。
发挥二：这个题和基础三类似，修改一下第三阶段定点的时间就可以了。
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