#第十届立创电赛#自动激光打靶小车 - 立创电子设计大赛

主页 >

chuyumeng

赛事

第十届立创电子设计开源大赛

版本协议

GPL 3.0

视频

描述

<div> 注：* 为必填项 请在报名阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 本项目为2025年全国大学生电子设计竞赛E题自动打靶小车系统，包含三大核心子系统： 移动平台系统： 基于TI MPM0系列MCU的主控制器 八路红外寻迹传感器阵列实现精确路径跟踪 TB6612电机驱动模块控制直流减速电机 可编程圈数设定（1-5圈），单圈时间≤20秒 具备起点识别和圈数计数功能 瞄准发射系统： STM32微控制器作为核心处理器 二维云台结构，采用42步进电机精密控制 张大头步进电机驱动器提供稳定电流驱动 蓝紫色激光笔作为射击装置 具备俯仰和水平双轴运动控制能力 视觉识别系统： 树莓派5作为图像处理核心 USB高清摄像头进行实时图像采集 OpenCV视觉算法实现目标识别定位 与瞄准系统通过串口通信传输坐标数据 <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 首次公开状态：本项目为首次公开 获奖情况：无 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> 开源声明： 本项目遵循GPL-3.0开源协议 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> 4.1 系统架构设计 自动打靶小车硬件系统架构： 视觉识别系统瞄准发射系统移动平台系统 树莓派5 + UART STM32 + UART TI MPM0 + USB摄像头 ◄───► 步进电机驱动 ◄───► TB6612驱动 4.2 移动平台硬件设计 主控制器模块： 采用TI MPM0系列MCU，具备丰富外设接口 8路ADC通道用于红外传感器信号采集 2路PWM输出控制电机速度 4路GPIO用于电机方向控制 传感器模块： 八路TCRT5000红外反射传感器阵列 传感器间距25mm，覆盖检测宽度180mm 比较器电路输出数字信号，抗干扰性强 供电电压：5V DC 电机驱动模块： TB6612FNG双通道电机驱动芯片 最大输出电流：1.2A（连续） 驱动电压：2.5-13.5V PWM频率：10kHz 具备正反转控制和制动功能 电源管理： 12V锂电池为电机系统供电 5V稳压模块为控制电路供电 3.3V LDO为MCU核心供电 4.3 瞄准系统硬件设计 云台机械结构： 水平旋转范围：±90° 俯仰调节范围：-15°至+45° 42步进电机，1.8°步距角 减速比1:5，提高扭矩和精度 步进电机驱动： 张大头DM542步进电机驱动器 支持16细分模式 输出电流可调（0.5-4.2A） 具备过流、过热保护 激光发射模块： 蓝紫色激光笔，波长405nm 光斑直径：2mm@10m 由STM32 GPIO控制开关 4.4 视觉系统硬件设计 图像采集： 树莓派5主控，4GB内存 Logitech C920 USB摄像头 分辨率：1920×1080 @ 30fps 自动白平衡和曝光控制 通信接口： UART串口与STM32通信 数据传输格式：目标坐标(x,y)+置信度 通信波特率：115200bps 注：请前往<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件，文件完成后，相关文稿将自动生成至项目详情；这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> 5.1 STM32瞄准控制系统 ┌────────────────────── │ STM32主控制器 │ ├───────────────────────── │ 1. 串口通信模块 │ 2. PID控制模块 │ │ - 数据接收 │ - 位置PID计算 │ │ - 协议解析 │ - 死区处理 │ ├───────────────────────── │ 3. 步进电机控制 │ 4. 定时器中断 │ │ - 脉冲生成 │ - 10ms控制周期 │ │ - 方向控制 │ - 50ms辅助周期 │ ├──────────────────────── │ 5. OLED显示模块 │ 6. 按键输入模块 │ │ - 状态显示 │ - 参数设置 │ └───────────────────────── PID位置控制算法： float PID_x(float Target_x, float True_x) { err_x = Target_x - True_x; // 计算误差 err_difference_x = err_x - last_err_x; // 计算误差变化率 last_err_x = err_x; // 更新上次误差 return Kp_x * err_x + Kd_x * err_difference_x; // PD控制器输出 } 5.2 树莓派视觉系统 核心算法说明: 双方法矩形检测： python # 方法1：颜色阈值法 mask_black = cv.inRange(hsv_black, np.array([0,0,0]), np.array([180,255,60])) contours_black, _ = cv.findContours(mask_black, cv.RETR_EXTERNAL, cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE) # 方法2：边缘轮廓法 edges = cv.Canny(blurred, 0, 120) contours_all, _ = cv.findContours(closed, cv.RETR_LIST, cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE) # 综合决策逻辑 if frame_rect is not None and rect_edge is not None: center_color = np.mean(frame_rect[:, 0, :], axis=0) center_edge = np.mean(rect_edge[:, 0, :], axis=0) dist = np.linalg.norm(center_color - center_edge) if dist selected_rect = frame_rect 白色区域比例验证： python def white_ratio_in_rect(approx, hsv_img): mask_roi = np.zeros(hsv_img.shape[:2], dtype=np.uint8) cv.fillPoly(mask_roi, [approx.reshape(-1, 1, 2)], 255) lower_white = np.array([28, 0, WHITE_V_MIN]) upper_white = np.array([180, WHITE_S_MAX, 255]) mask_white = cv.inRange(hsv_img, lower_white, upper_white) white_in_roi = cv.bitwise_and(mask_white, mask_white, mask=mask_roi) roi_area = cv.countNonZero(mask_roi) ratio = cv.countNonZero(white_in_roi) / roi_area return ratio, white_in_roi 系统要求： 操作系统: Raspberry Pi OS (64-bit) Python版本: 3.9+ OpenCV版本: 4.5+ 程序运行方法 bash # 进入项目目录 cd RaspberryPi_Vision # 运行主程序 python main.py # 调试模式运行 python main.py --debug 5.3 MPM0 // 定时器中断中读取编码器计数 void TIMER_ms_INST_IRQHandler(void) { if(DL_TimerG_getPendingInterrupt(TIMER_ms_INST)==DL_TIMER_IIDX_ZERO) { num++; Encode_MotorL_Count_Temp = -Read_Speed(1); // 左电机编码器 Encode_MotorR_Count_Temp = Read_Speed(2); // 右电机编码器 if(num % 50 == 0) { DL_GPIO_togglePins(LED_PORT, LED_PIN_PIN); // 状态指示 } } } 5.4 通信协议设计 树莓派→STM32协议格式 帧格式: [0x12, 0x2C, 数据段, 0x5B] 数据段: 符号位+X坐标(3位)+符号位+Y坐标(3位) 示例: '1' '025' '0' '150' 表示坐标(25, -150) STM32→树莓派协议格式 控制命令: - 'd1': 请求矩形顶点数据 - 'd2': 请求中心坐标数据 <h3>*6、BOM清单</h3> <hr> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/lVtRpS5zGS6PuMXvGJaFXMcbVqbqbFnjGWr1S4oK.png" width="1200" height="414" alt="lVtRpS5zGS6PuMXvGJaFXMcbVqbqbFnjGWr1S4oK.png"> 注：项目涉及的BOM清单。在<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3>*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/457aq20DmBL4sH0eQoALpZ0cpAs8vmXtBSvY3P9v.jpeg" width="270" height="360" alt="457aq20DmBL4sH0eQoALpZ0cpAs8vmXtBSvY3P9v.jpeg"> <h3>* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 </div>