准备

在比赛开始之前，我们团队对往年的国赛题目进行了分析比较，由于博主是计算机系（之前是电子信息）的小菜鸟，所以会尽量选择控制类题目。于是在此之前我们尝试做出一个往年的国赛题目，我们做的是‘平衡车跷跷板’，这里简单提一下：

所以在题目下来之前，我们还买了大量有关于控制类的元器件，比如说：各种传感器、小车底座等等（后来发现很多用不上，肉疼！）……

选题

2019年8月7日，题目出来
题目链接

我的内心是崩溃的~

很显然，对于计算机的我这个小菜鸟来说这很不友好啊——不对！B题的巡线机器人貌似还不错，而且还是控制类，满怀欣喜的打开发现……

纳尼？要我做飞控，emmmm……我一点经验都没有啊~
但是，此时有一个队友似乎很喜欢玩这个，然后，我们就抱着“搏一搏，单车变摩托”的良好心态毅然选择了B题，然后我们就开始各种找资料，最后发现貌似没有想象中那么难，然鹅，一个玩飞控的师兄过来实验室说“这个没有几年时间是啃不下来的……”
一阵讨论……
最后小组一致决定——换题！选H题：模拟电磁炮

准备材料

题目选好了，现在开始准备各种缺少的耗材（博主死死捂住钱包）
我们参考了B站和YouTube等大神的电磁炮作品后发现需要：炮管，漆包线，云台（舵机），摄像头，强磁铁（炮弹），等等……

原理设计及仿真

终于，在高中学的斜抛运动公式，自由落体运动要在这里用上了，因为笔记本没带回来，所以这一块就先欠着哈~~

代码部分

以下代码都不是完整版，不可直接使用

摄像头模块

我们使用的摄像头是OpenMV,主要是它可以用python写机器视觉，其丰富的内置库以及优质的算法可以让你事半功倍！

OpenMV简介：

——上代码——

# By Cooper_David_H# 导入内置库
import sensor, image, time
from pid import PID
from pyb import Servo, UART, LED# 定义灯光，作用：显示摄像头工作状态，
# 这里是openmv封装好的写法，红灯-1，绿灯-2，蓝灯-3
red_led = LED(1)
green_led = LED(2)
blue_led = LED(3)# 定义摄像头舵机
up_down = Servo(1)
L_R = Servo(2)# 设置颜色识别的阈值，双阈值增强容错性，同时准确率率可能会降低
target_color  = [(45, 66, 24, 73, 0, 56), (50, 12, 12, 93, -21, 98)]# 设置PID，P,I值经过多次检验后得出
up_pid = PID(p=0.15, i=0.035 , imax=200)
LR_pid = PID(p=0.15, i=0.035 , imax=200)# 定于测距常数K值
K=24700# 重置传感器
sensor.reset()
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_framesize(sensor.QQVGA)
sensor.skip_frames(10)
sensor.set_auto_whitebal(False)
clock = time.clock()#让蓝灯亮起1秒
blue_led.on()
time.sleep(1000)
blue_led.off()# 绿灯亮起：表示摄像头开始巡视四周环境
def look():print("looking")for i in range(-40,40):L_R.angle(i)green_led.on()time.sleep(20)green_led.off()look()#所有舵机复位
L_R.angle(0)
up_down.angle(0)
time.sleep(1000)# 寻找最大色块
def find_max(blobs):max_size=0for blob in blobs:if blob[2]*blob[3] > max_size:max_b=blobmax_size = blob[2]*blob[3]return max_b# 敲黑板，重点来了~
while(True):try:clock.tick()img = sensor.snapshot()blobs = img.find_blobs(target_color)# 当找到最大色块，用矩形框画出if blobs:max_b = find_max(blobs)LR_error = max_b.cx()-img.width()/2up_error = max_b.cy()-img.height()/2img.draw_cross(max_b.cx(), max_b.cy())# 将画面切分为四个区域img.draw_line(img.width()//2,0,img.width()//2,img.height(), color = (0, 0, 255))img.draw_line(0, img.height()//2, img.width(), img.height()//2, color = (0,0,255))LR_output = LR_pid.get_pid(LR_error,1)/2up_output = up_pid.get_pid(up_error,1)/2L_R.angle(L_R.angle() - LR_output)up_down.angle(up_down.angle() - up_output)x = max_b.cx()y = max_b.cy()# 判断色块是否位于画面正中间，如果是红灯亮1秒if (77 <= x <= 81):red_led.on()time.sleep(5)red_led.off()b = blobs[0]Lm = (b[2]+b[3])/2length = int(K/Lm)print(length)# 高速测距，并进入点火状态while (3000 >= length >= 2800):up_down.angle(35)from fire import firebreakwhile (2800 > length >= 2500):up_down.angle(30)from fire import firebreakwhile (2500 > length >= 2000):up_down.angle(25)from fire import firebreak# 当找到最大色块，但是色块不位于画面正中间，绿灯亮else:green_led.on()time.sleep(5)green_led.off()except IOError:print "Error: some wrongs happended! "

Arduino模块

用arduino进行手动发射炮弹，以及调节炮弹射程，输入角度和位置坐标自动定到那个角度然后发射打到那个位置
by the way :这里也是有删改的代码,需要用来学习参考的请留言

// By Cooper_Havid_H#include <Keypad.h>
#include <Servo.h>
#include "MPU6050.h"
//实例化舵机
Servo myservo1;     //控制旋转角
Servo myservo2;     //控制仰角
MPU6050 accelgyro;int pin1 = 10;    //舵机
int pin2 = 11;    //舵机
int pin3 = 12;    //充电
int pin4 = 13;    //放电const byte ROWS = 4; //four rows
const byte COLS = 3; //three columns
char keys[ROWS][COLS] = {{'1', '2', '3'},{'4', '5', '6'},{'7', '8', '9'},{'#', '0', '*'}
};
byte rowPins[ROWS] = {5, 4, 3, 2}; //connect to the row pinouts of the keypad
byte colPins[COLS] = {8, 7, 6}; //connect to the column pinouts of the keypadKeypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );
/*************************************************************************************/
unsigned long now, lastTime = 0;
float dt;                                   //微分时间int16_t ax, ay, az, gx, gy, gz;             //加速度计陀螺仪原始数据
float aax = 0, aay = 0, aaz = 0, agx = 0, agy = 0, agz = 0; //角度变量
long axo = 0, ayo = 0, azo = 0;             //加速度计偏移量
long gxo = 0, gyo = 0, gzo = 0;             //陀螺仪偏移量float pi = 3.1415926;
float AcceRatio = 16384.0;                  //加速度计比例系数
float GyroRatio = 131.0;                    //陀螺仪比例系数uint8_t n_sample = 8;                       //加速度计滤波算法采样个数
float aaxs[8] = {0}, aays[8] = {0}, aazs[8] = {0};         //x,y轴采样队列
long aax_sum, aay_sum, aaz_sum;                     //x,y轴采样和float a_x[10] = {0}, a_y[10] = {0}, a_z[10] = {0} , g_x[10] = {0} , g_y[10] = {0}, g_z[10] = {0}; //加速度计协方差计算队列
float Px = 1, Rx, Kx, Sx, Vx, Qx;           //x轴卡尔曼变量
float Py = 1, Ry, Ky, Sy, Vy, Qy;           //y轴卡尔曼变量
float Pz = 1, Rz, Kz, Sz, Vz, Qz;           //z轴卡尔曼变量/*********************************************************************************************************************************/void setup() {Serial.begin(9600);myservo1.attach(10);myservo2.attach(11);//开机归中指令myservo1.write(95);myservo2.write(95);pinMode(pin3, OUTPUT);pinMode(pin4, OUTPUT);/*************************/accelgyro.initialize();                 //初始化unsigned short times = 200;             //采样次数for (int i = 0; i < times; i++){accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz); //读取六轴原始数值axo += ax; ayo += ay; azo += az;      //采样和gxo += gx; gyo += gy; gzo += gz;}axo /= times; ayo /= times; azo /= times; //计算加速度计偏移gxo /= times; gyo /= times; gzo /= times; //计算陀螺仪偏移
}/***************************************************************************/
void loop() {unsigned long now = millis();             //当前时间(ms)dt = (now - lastTime) / 1000.0;           //微分时间(s)lastTime = now;                           //上一次采样时间(ms)accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz); //读取六轴原始数值float accx = ax / AcceRatio;              //x轴加速度float accy = ay / AcceRatio;              //y轴加速度float accz = az / AcceRatio;              //z轴加速度aax = atan(accy / accz) * (-180) / pi;    //y轴对于z轴的夹角aay = atan(accx / accz) * 180 / pi;       //x轴对于z轴的夹角aaz = atan(accz / accy) * 180 / pi;       //z轴对于y轴的夹角aax_sum = 0;                              // 对于加速度计原始数据的滑动加权滤波算法aay_sum = 0;aaz_sum = 0;for (int i = 1; i < n_sample; i++){aaxs[i - 1] = aaxs[i];aax_sum += aaxs[i] * i;aays[i - 1] = aays[i];aay_sum += aays[i] * i;aazs[i - 1] = aazs[i];aaz_sum += aazs[i] * i;}aaxs[n_sample - 1] = aax;aax_sum += aax * n_sample;aax = (aax_sum / (11 * n_sample / 2.0)) * 9 / 7.0; //角度调幅至0-90°aays[n_sample - 1] = aay;                      //此处应用实验法取得合适的系数aay_sum += aay * n_sample;                     //本例系数为9/7aay = (aay_sum / (11 * n_sample / 2.0)) * 9 / 7.0;aazs[n_sample - 1] = aaz;aaz_sum += aaz * n_sample;aaz = (aaz_sum / (11 * n_sample / 2.0)) * 9 / 7.0;float gyrox = - (gx - gxo) / GyroRatio * dt; //x轴角速度float gyroy = - (gy - gyo) / GyroRatio * dt; //y轴角速度float gyroz = - (gz - gzo) / GyroRatio * dt; //z轴角速度agx += gyrox;                             //x轴角速度积分agy += gyroy;                             //x轴角速度积分agz += gyroz;/* kalman start */Sx = 0; Rx = 0;Sy = 0; Ry = 0;Sz = 0; Rz = 0;for (int i = 1; i < 10; i++){ //测量值平均值运算a_x[i - 1] = a_x[i];                    //即加速度平均值Sx += a_x[i];a_y[i - 1] = a_y[i];Sy += a_y[i];a_z[i - 1] = a_z[i];Sz += a_z[i];}a_x[9] = aax;Sx += aax;Sx /= 10;                                 //x轴加速度平均值a_y[9] = aay;Sy += aay;Sy /= 10;                                 //y轴加速度平均值a_z[9] = aaz;Sz += aaz;Sz /= 10;for (int i = 0; i < 10; i++){Rx += sq(a_x[i] - Sx);Ry += sq(a_y[i] - Sy);Rz += sq(a_z[i] - Sz);}Rx = Rx / 9;                              //得到方差Ry = Ry / 9;Rz = Rz / 9;Px = Px + 0.0025;                         // 0.0025在下面有说明...Kx = Px / (Px + Rx);                      //计算卡尔曼增益agx = agx + Kx * (aax - agx);             //陀螺仪角度与加速度计速度叠加Px = (1 - Kx) * Px;                       //更新p值Py = Py + 0.0025;Ky = Py / (Py + Ry);agy = agy + Ky * (aay - agy);Py = (1 - Ky) * Py;Pz = Pz + 0.0025;Kz = Pz / (Pz + Rz);agz = agz + Kz * (aaz - agz);Pz = (1 - Kz) * Pz;Serial.println(agy);delay(200);/********************************************************/if (key == '6') {Serial.println(key);//调整仰角32°myservo2.write(122);}if (key == '7') {Serial.println(key);//控制左右旋转舵机1旋转0°myservo1.write(95);delay(100);}if (key == '8') {Serial.println(key);//控制左右旋转舵机1旋转25°myservo1.write(120);delay(100);}if (key == '9') {Serial.println(key);//控制舵机1旋转-25°myservo1.write(70);delay(100);}
}//loop()的括号

最后

先放一张成品图吧!

谨以此文，纪念2019年8月不眠不休的四天三夜

感谢每一位队友的付出：

郑璇、俊贤

You are the best !