2023年电赛---运动目标控制与自动追踪系统（E题）OpenMV方案

前言

（1）废话少说，很多人可能无法访问GitHub，所以我直接贴出可能要用的代码。此博客还会进行更新，先贴教程和代码
（2）视频教程： https://singtown.com/learn/49603/

硬件注意事项

（1）我们这里是使用的OpenMV的P8和P7引脚。所以建议引脚如下图引出。
（2）舵机一般是5V供电，所以注意VCC是供5V的电压。而右边那两个GND和VCC是连接OpenMV的。如果右边的VCC是连接OpenMV的VIN引脚，就可以供5V电。如果是连接OpenMV的3.3V引脚，iu只能供3.3V电压。否则OpenMV会被烧掉！
（3）舵机的VCC要直接连接电池，因为如果通过OpenMV连接，OpenMV的输出电流太小，带不动舵机！

追小球云台代码

颜色阈值设置

（1）因为我们要追踪红色，所以是使用red_threshold = (13, 49, 18, 61, 6, 47) 进行设置阈值。
（2）颜色阈值设置教程：OpenMV颜色阈值设置

PID

（1）注意，因为云台是比较稳定的，不要求高反应速度，所以我猜测只使用了PI，而没有使用PID。因此我们可以看到pan_pid和tilt_pid只有P和I两个参数。
（2）I的参数不需要进行调整，如果你的云台抖动厉害，说明P过大了，需要调小。
（3）如果你感觉你云台反应太慢，就需要调高P值。
（4）最佳的P值是，你云台有抖动的前一个值。这个才是P的最优值。但是我认为，P没必要太大，因为云台还是比较稳的。

main.py

import sensor, image, time

from pid import PID
from pyb import Servo  #从内置pyb导入servo类，也就是舵机控制类

pan_servo=Servo(1)  #定义两个舵机，也就是P7P8引脚
tilt_servo=Servo(2)

pan_servo.calibration(500,2500,500)
tilt_servo.calibration(500,2500,500)

red_threshold  = (13, 49, 18, 61, 6, 47)  #设置红色阈值

pan_pid = PID(p=0.07, i=0, imax=90) #PID参数，只需要调整P量即可
tilt_pid = PID(p=0.05, i=0, imax=90) #脱机运行或者禁用图像传输，使用这个PID
#pan_pid = PID(p=0.1, i=0, imax=90)#在线调试使用这个PID
#tilt_pid = PID(p=0.1, i=0, imax=90)#在线调试使用这个PID

sensor.reset() # 初始化摄像头传感器
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) # 使用 RGB565 彩图
sensor.set_framesize(sensor.QQVGA) # 使用 QQVGA 分辨率
sensor.skip_frames(10) # 跳过几帧，让新的设置生效。
sensor.set_auto_whitebal(False) # 因为是颜色识别，所以需要把白平衡关闭
clock = time.clock() # 追踪帧率，影响不大

#__________________________________________________________________
#定义寻找最大色块的函数，因为图像中有多个色块，所以追踪最大的那个
def find_max(blobs):
    max_size=0
    for blob in blobs:
        if blob[2]*blob[3] > max_size:
            max_blob=blob
            max_size = blob[2]*blob[3]
    return max_blob

#__________________________________________________________________
while(True):
    clock.tick() # 跟踪快照()之间经过的毫秒数。
    img = sensor.snapshot() # 截取一张图片

    blobs = img.find_blobs([red_threshold]) #识别红色阈值
    if blobs:   #如果找到红色色块
        max_blob = find_max(blobs)  #调用上面自定义函数，找到最大色块
        pan_error = max_blob.cx()-img.width()/2
        tilt_error = max_blob.cy()-img.height()/2

        print("pan_error: ", pan_error)

        img.draw_rectangle(max_blob.rect()) # 在找到最大色块画一个矩形框
        img.draw_cross(max_blob.cx(), max_blob.cy()) # cx, cy

        pan_output=pan_pid.get_pid(pan_error,1)/2
        tilt_output=tilt_pid.get_pid(tilt_error,1) #上面两个都说进行PID运算
        print("pan_output",pan_output)
        pan_servo.angle(pan_servo.angle()+pan_output) #将最终值传入两个舵机中，追踪目标
        tilt_servo.angle(tilt_servo.angle()-tilt_output)# 因为两个舵机方向和摆放位置不同，所以一个是+一个是-

pid.py

from pyb import millis
from math import pi, isnan
 
class PID:
    _kp = _ki = _kd = _integrator = _imax = 0
    _last_error = _last_derivative = _last_t = 0
    _RC = 1/(2 * pi * 20)
    def __init__(self, p=0, i=0, d=0, imax=0):
        self._kp = float(p)
        self._ki = float(i)
        self._kd = float(d)
        self._imax = abs(imax)
        self._last_derivative = float('nan')
 
    def get_pid(self, error, scaler):
        tnow = millis()
        dt = tnow - self._last_t
        output = 0
        if self._last_t == 0 or dt > 1000:
            dt = 0
            self.reset_I()
        self._last_t = tnow
        delta_time = float(dt) / float(1000)
        output += error * self._kp
        if abs(self._kd) > 0 and dt > 0:
            if isnan(self._last_derivative):
                derivative = 0
                self._last_derivative = 0
            else:
                derivative = (error - self._last_error) / delta_time
            derivative = self._last_derivative + \
                                     ((delta_time / (self._RC + delta_time)) * \
                                        (derivative - self._last_derivative))
            self._last_error = error
            self._last_derivative = derivative
            output += self._kd * derivative
        output *= scaler
        if abs(self._ki) > 0 and dt > 0:
            self._integrator += (error * self._ki) * scaler * delta_time
            if self._integrator < -self._imax: self._integrator = -self._imax
            elif self._integrator > self._imax: self._integrator = self._imax
            output += self._integrator
        return output
    def reset_I(self):
        self._integrator = 0
        self._last_derivative = float('nan')