[发明专利]一种基于摄像头位置检测的滚球控制系统

权利要求书

1.一种基于摄像头位置检测的滚球控制系统，其特征在于，包括底座、电动推杆、万向节、平板和摄像头；平板为方形的平板；平板上设有平板姿态检测传感器；平板作为滚球的支撑平台；

电动推杆为2个，2个电动推杆和万向节呈三角形布置在底座上对平板形成支撑；2个电动推杆由独立的2个推杆电机驱动；

底座上设有用于固定所述摄像头的支撑杆，摄像头固定在支撑杆的上端部，摄像头位于平板的几何中心的正上方；摄像头用于获取滚珠的方板上的位置数据；

滚球控制系统还包括MCU，推杆电机受控于MCU；平板姿态检测传感器与摄像头均与MCU相连；MCU基于所述的位置数据确定滚珠的位置和运动速度；

MCU还连接有显示屏以及输入设备；

平板姿态检测传感器采用MPU-6050器件，MPU-6050器件为整合性6轴运动处理组件；

所述推杆电机为步进电机，推杆电机的驱动电路为基于P、N互补MOS管的H桥驱动电路；

H桥驱动电路包括4个与非门U5A~U5D和4个MOS管Q1~Q4；其中Q1和Q2为P-MOS管，Q3和Q4为N-MOS管；

4个MOS管Q1~Q4组成H桥：Q1和Q2的S极均接直流电源正端VDD；Q1和Q2的D极分别与Q3和Q4的D极相连；Q3和Q4的S极均接地；Q1和Q2的D极分别接步进电机的2个驱动端；

H桥驱动电路具有2个驱动信号，分别是来自MCU的PWM5和PWM7；

PWM5经串联的与非门U5A和U5B接Q1的G极；Q1的G极与Q2的G极短接；

PWM7经串联的与非门U5C和U5D接Q3的G极；Q3的G极与Q4的G极短接；

每一个与非门的2个输入端均短接；

方板上设有与MCU连接的电阻式触摸屏，滚珠压迫电阻式触摸屏的点为触摸点，电阻屏幕输出触摸点的位置坐标到MCU；

摄像头为openmv模块型摄像头，所述的摄像头能直接输出滚珠的位置坐标到MCU；

所述的MCU为STM32F407VGT6主控制模块；

所述的方板为正方形方板，方板的边长为65cm，滚球的直径为1-2.5cm；

采用双闭环控制系统，所述的双闭环控制系统的外环为位置控制环，所述的双闭环控制系统的内环为速度控制环；位置控制环和速度控制环均采用PID控制器；所述的位置控制环以摄像头检测滚球在方板上的位置信息作为反馈信号；速度控制环的反馈信号来自对所述位置信息的处理；单位时间内2个点的位移量除以时间即为速度，即v=△s/△t；

摄像头处设有环形LED光源和光强传感器，MCU基于光强传感器采集的信号调节光源的亮度；或者通过调节电位器调节光强，从而有利于拍摄清晰的照片，从而获得精确的滚球坐标；

可调放大倍数放大器包括运算放大器LM393和4选一选择器；光强传感器的输出端Vin为信号端，所述的信号端经电阻R0的接运算放大器LM393的反相输入端，运算放大器LM393的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器LM393的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器LM393的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；MCU的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端A和B；Vout与Vin的计算公式：

Vout=Vin*(Rx+R0）/R0;其中，Rx=R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同； R04=5*R03=25*R02=100*R01；R01=5*R0。