利用STM32F103单片机在直立平衡车平台上设计了一种基于树莓派摄像头的循迹控制系统。文中主要介绍了双轮循迹平衡车系统的整体设计思路、硬件的组成和软件的设计以及算法实现等内容。经测试,本文设计的双轮循迹平衡车循迹视野广、抗干扰能力强、速度快、平稳性好,可在多种复杂场合中使用。 设计的双轮小车主要由两大部分组成：第一部分为硬件设计，第二部分为软件设计。其中核心板模块、姿态检测模块、电机驱动板模块、ＲａｓｐｂｅｒｒｙＰｉ高清摄像头板模块和等组成了系统的硬件部分；姿态检测算法、ＰＩＤ算法、通信方案的程序设计、双轮循迹平衡车设计-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港液压滚圆机滚弧机倒角机小车循迹控制算法构成了系统的软件部分。小车平衡与控制系统设计过程中涉及的直立行走任务分解、车模直立控制、车模速度控制等借鉴了参考文献［９］。系统的整体框图如图１所示。图１系统整体框图３双轮平衡车硬件组成３．１平衡车车架平衡车车架由两台４２步进电机（含步进电机支架、联轴器）、橡胶轮胎、亚力克载物台、１２Ｖ锂电池等组成，１２Ｖ锂电池采用ＤＣ头作为输出接口，方便电源的插拔。３．２核心板模块核心板模块的主控制器芯片其包括板载ＭＣＵ的基本电路、晶振电路、复位电路、ＬＤＯ电路、ＭｉｃｒｏＵＳＢ接口，至少支持２路硬件ＵＡＲＴ、预留８路硬件ＰＷＭ、支持２路Ｉ２Ｃ、１路硬件ＳＰＩ、８路模拟输入 本文由全自动弯管机公司网站网站采集转载中国知网整理! http://www.wanguanji158.com ；包含８路外部中断；电平标准采用３．３Ｖ。３．３姿态检测模块姿态检测模块主控制器芯片为ＭＰＵ６０５０，包含Ｉ２Ｃ接口、板载ＬＤＯ电路，其工作电源电压为３．３Ｖ。ＭＰＵ６０５０整合了３轴陀螺仪、３轴加速计，并含可藉由第二个Ｉ２Ｃ端口连接其他厂商加速器、磁力传感器或其他传感器的数位运动处理个轮子的速度，另一个轮子的速度等于小车初始速度－数值大小×系数。４．５小车循迹控制循迹是指小车在白色的纸（地板等）上循黑线行走，本文的循迹是采用摄像头采集图像并分析实线，即用摄像头拍摄白色纸上的黑色引导线，树莓派利用最小二乘法拟合路径［１１］得到路径方向和位置，将转弯信息通过串口的方式传送给ＳＴＭ３２主控制器，将接收到的数据用于转换为轮子速度和方向的控制。以保证小车能正常沿着黑色引导线行驶。图４为行驶图，黑色为引导线，白色线条为切线，车会沿着切线方向行走如图５所示。图４小车行驶图图５摄像头拍摄的图片并作出切线树莓派运行的是基于Ｄｅｂｉａｎ的树莓派定制系统ＲａｓｐｂｉａｎＯＳ，图像处理程序使用Ｐｙｔｈｏｎ３．５编写，图像处理逻辑依赖ＯｐｅｎＣＶ２、Ｎｕｍｐｙ、Ｐｙｓｅｒｉａｌ实现。程序首先从摄像头获取图像，由于树莓派性能有限，但又要有较为精确的识别，最后采用１６０×９０的分辨率，最后得到的帧率接近６０ｆｐｓ，保证了小车具有较高的反应速度。程序再对图像进行隔行扫描，获取每行的路径边缘，取左右边界中心得到小车轨迹中心。最后以水平向右方向为ｙ轴，竖直向下为ｘ轴，建立坐标系，对得到的离散点使用最小二分法进行直线拟合，如图６所示。最小二分法拟合函数参数ｋ、ｂ的计算公式如下：图６树莓派返回数据生成的表最后得到直线斜率ｋ，双轮循迹平衡车设计-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港液压滚圆机滚弧机倒角机 本文由全自动弯管机公司网站网站采集转载中国知网整理! http://www.wanguanji158.com