OPENMV结合PIX飞控实现定点 循迹

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。
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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 2017import sensor,time,pyb,mathfrom pyb import Pin, Timer, LED, UART#黑色点阈值black_threshold = [(0, 64)]#xy平面误差数据err_x = 0err_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([0x55,0xAA,err_x>>8,err_x,err_y>>8,err_y,0xA1])    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;              }    }}

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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