2023年电赛E题完整设计暨电赛全记录

说明：

输入参数：四边形顺时针顺序顶点坐标、每段等分数divide_num

巡线过程：

——得到四个顶点坐标对应的水平、数值舵机OC值

——在for循环内依次经过四个顶点，视作四个大任务

        ——内部使用for循环分解小任务，根据等分段数divide_num计算等分点横纵pwm值并移动至

——任务结束鸣叫示意

III.主函数与中断函数部分

(1)红色激光云台

//*************************主函数部分*************************
//重新重启初值还原设置
void Programme_Reset(void)
{Beep_Times(1000,1,NORMAL_MODE);Led_Times(1000,1,NORMAL_MODE);Programme_Progress=0;Main_Wait_Stop_Sign=1;JoyStick_Control_Stop_Sign=1;Follow_Track_Stop_Sign=1;Get_A4_Point_Pos_Stop_Sign=1;Get_Depend_Point_Pos_Stop_Sign=1;
}int main(void)
{	//********************初始化程序********************Timer_Init();				//定时器初始化
//	BlueToothInit(9600,USART_Parity_No,USART_StopBits_1,USART_WordLength_8b);	//蓝牙初始化OLED_Init();				//oled初始化Beep_Init();				//蜂鸣器初始化Led_Init();					//led灯初始化TIM1_PWM_Init(9999,143);	//一周期20ms，分辨率20ms/10000）TIM_SetCompare1(TIM1,750);	//对齐角度为90度(1.5ms)TIM_SetCompare4(TIM1,763);	//对齐角度为90度(1.5ms)uart_init(115200);			//uart1初始化JoyStick_Init();			//JoyStick摇杆初始化//*************************比赛程序部分*************************while(1){int i;//重新重启初值还原设置Programme_Reset();
//		Reach_Pos_CL(50,50,PID_MODE);Axes_Init();//		Follow_Track(Vertex_Peak_Pos,1);while(Main_Wait_Stop_Sign);//摇杆控制JoyStick_Control();//#ifdef OpenLoop_OL
//			Follow_Track_OL();
//#endif			
//#ifdef CloseLoop_CL
//		//等待上位机发送初始坐标
//		Get_Depend_Point_Pos();
//		//环绕正方形顺时针旋转一周
//		while(Get_Depend_Point_Pos_Stop_Sign);//Follow_Track_CL(Vertex_Peak_Pos,2,PID_MODE);//#endifPwm_Track(Peak_Pwm,1);while(Follow_Track_Stop_Sign);Get_A4_Point_Pos();Timer_delay_ms(2000);
//		Follow_Track_CL(Vertex_A4,4,MINMIZE_MODE);
//		Follow_Track(Vertex_A4,4);for(i=0;i<4;i++)Get_Pwm(Vertex_A4[i][0],Vertex_A4[i][1],&A4_Pwm[i],1);Pwm_Track(A4_Pwm,6);while(Get_A4_Point_Pos_Stop_Sign);}
}

//*********************************************中断函数部分*********************************************
//按键中断函数
void EXTI15_10_IRQHandler()
{if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line11) == SET){EXIT_LINE_Timer_delay_ms(10);										if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==0)		//软件防抖{Beep_Times(50,2,EXIT_LINE_MODE);Reach_Pos_OL(Oc_L,Oc_V);						//保持激光当前指向位置while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==0); 	//等待按键松开//再次按下才退出EXIT_LINE_Timer_delay_ms(10);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==1);		EXIT_LINE_Timer_delay_ms(10);										if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==0);		//软件防抖while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11==1)); 	//等待按键松开Beep_Times(50,2,EXIT_LINE_MODE);EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line11);}}else if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line12) == SET){EXIT_LINE_Timer_delay_ms(10);										if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)==0)		//软件防抖{Programme_Progress++;Beep_Times(500,1,EXIT_LINE_MODE);if(Programme_Progress==1){Main_Wait_Stop_Sign=0;}else if(Programme_Progress==2){JoyStick_Control_Stop_Sign=0;}else if(Programme_Progress==3){
//				Get_Depend_Point_Pos_Stop_Sign=0;Follow_Track_Stop_Sign=0;}else if(Programme_Progress==4){Get_A4_Point_Pos_Stop_Sign=0;
//				Follow_Track_Stop_Sign=0;}else if(Programme_Progress==5){
//				Get_A4_Point_Pos_Stop_Sign=0;}else if(Programme_Progress==6){;}else if(Programme_Progress==7){;}else{Programme_Reset();}while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)==0); 	//等待按键松开EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);}}else if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line13) == SET){EXIT_LINE_Timer_delay_ms(10);										if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==0)		//软件防抖{Beep_Times(50,3,EXIT_LINE_MODE);Reach_Pos_OL(Center_Pwm.level,Center_Pwm.vert);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==0); 	//等待按键松开//再次按下才退出EXIT_LINE_Timer_delay_ms(10);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==1);		EXIT_LINE_Timer_delay_ms(10);										if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)==0);		//软件防抖while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13==1)); 	//等待按键松开Beep_Times(50,3,EXIT_LINE_MODE);EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line13);}}	
}

说明：

主函数与中断函数相辅相成，程序整体使用外部中断推进以及实现一些特殊功能（立即复位）；

由于主函数内小功能函数都借助while()循环实现，设置循环标志位Stop_Sign和程序阶段标志位Programme_Progress来推进主函数；

按下GPIOB,GPIO_Pin_12的按键触发中断，Programme_Progress++以及相应的Stop_Sign=0，以控制目前运行小功能停止并进入下一阶段；

在程序开始和结束处执行Programme_Reset()函数，重置各标志位实现程序重新运行；

注意：

在中断函数内部涉及到的延时函数统统使用EXIT_LINE_Timer_delay_ms()函数，区别外部使用的Timer_delay_ms()函数，防止调用冲突程序卡死

(2)绿色激光云台

//绿车
int r_x=0,r_y=0;
void Get_RaG_Point_Pos(void)
{if(USART_RX_INFO[0]=='g'&& USART_RX_INFO[8]=='r'&& USART_RX_INFO[4]=='y'&& USART_RX_INFO[12]=='y')				//检查数据定位是否正确(上位机发送信息为：x123y456){x=(USART_RX_INFO[1]-'0')*100+(USART_RX_INFO[2]-'0')*10+USART_RX_INFO[3]-'0';y=(USART_RX_INFO[5]-'0')*100+(USART_RX_INFO[6]-'0')*10+USART_RX_INFO[7]-'0';r_x=(USART_RX_INFO[9]-'0')*100+(USART_RX_INFO[10]-'0')*10+USART_RX_INFO[11]-'0';r_y=(USART_RX_INFO[13]-'0')*100+(USART_RX_INFO[14]-'0')*10+USART_RX_INFO[15]-'0';}
}void G_Follow_R(int Reach_Pos_CL_MODE)
{int Sign(int num);void Get_RaG_Point_Pos(void);int near(int r_x,int Target_Y);int diff_x,diff_y,dis;while(Reach_Pos_CL_Stop_Sign){if(x==0&&y==0)Reach_Pos_OL(750,750);Get_RaG_Point_Pos();dis=near(r_x,r_y);if(dis<=20){Beep_Times(300,1,NORMAL_MODE);Led_Times(300,1,NORMAL_MODE);continue;}if(Reach_Pos_CL_MODE==PID_MODE && dis>60)					//用pid计算舵机单位数{Get_RaG_Point_Pos();diff_x=Pid_Control(Level_Kp,Level_Ki,Level_Kd,r_x,x,PID_REALIZE);diff_y=Pid_Control(Vert_Kp,Vert_Ki,Vert_Kd,r_y,y,PID_REALIZE);}else if(Reach_Pos_CL_MODE==MINMIZE_MODE)		//以舵机最小分辨率为单位{Get_RaG_Point_Pos();diff_x=-0.5*Sign(x-r_x);diff_y=-0.5*Sign(y-r_y);}else if(Reach_Pos_CL_MODE==PID_MODE && dis<=60)					//用pid计算舵机单位数{Get_RaG_Point_Pos();diff_x=-0.4*Sign(x-r_x);diff_y=-0.4*Sign(y-r_y);}Spinnig_Level(X_DIR*diff_x);Spinnig_Vert(Y_DIR*diff_y);Timer_delay_ms(20);}
}

说明：

上位机数据格式为：g123y123r123y123，实时传输红绿激光点两个坐标；

执行点到点的跟踪即可，在主函数中不断重复即可，即while(1)G_Follow_R(PID_MODE);

2.jetson nano上关键源码分析

文件说明：

mian_10、main_11、mian_12是测试函数，分别测试铅笔线识别效果、A4纸识别效果、红绿激光分别识别效果。设置了滑动条供调参使用，确定好参数

q_1、q_2、q_3即为三个问题对应的程序，分别实现发送铅笔线顶点和中心坐标后实时传输红色激光点坐标、发送A4纸顶点坐标后实时传输红色激光点坐标、实时传输红色和绿色激光点坐标

I.相机参数的调整

string gstreamer_pipeline(int capture_width, int capture_height, int display_width, int display_height, int framerate, int flip_method)
{return "nvarguscamerasrc exposurecompensation=1 ! video/x-raw(memory:NVMM), width=(int)" + to_string(capture_width) + ", height=(int)" +to_string(capture_height) + ", format=(string)NV12, framerate=(fraction)" + to_string(framerate) +"/1 ! nvvidconv flip-method=" + to_string(flip_method) + " ! video/x-raw, width=(int)" + to_string(display_width) + ", height=(int)" +to_string(display_height) + ", format=(string)BGRx ! videoconvert ! video/x-raw, format=(string)BGR ! appsink";
}

这里设置好管道参数，主要调整曝光和饱和度，方便之后线条的检测以及红绿激光的区分

可以参考：NVIDIA Jetson Nano 2GB 系列文章（9）：调节 CSI 图像质量

II.关键识别算法

(1)铅笔线识别及顶点的计算

变量解析：

int Find = 0, l_x = 0, l_y = 0, r_x = 0, r_y = 0;
int l[2][2],r[2][2],u[2][2],d[2][2];
int ul[2],ur[2],dl[2],dr[2],ce[2];

Find有效个数标志位，表示找到了几组有效的边上两点；

l_x、l_y、r_x、r_y寻找标志位，为1则分别表示上下左右边未找到有效值的两点值

l[2][2]、r[2][2]、u[2][2]、d[2][2]分别存储上下左右边上两点坐标

ul[2]、ur[2]、dl[2]、dr[2]、ce[2]分别存储最终的顶点和中心点坐标

过程：

——转换成灰度图->阈值划分成二制图->霍夫直线检测得到直线并输出直线上两点坐标

        ——设计算法过滤筛选重复直线并存储两点坐标

for (size_t i = 0; i < linesPPHT.size(); i++) {x1 = linesPPHT[i][0], y1 = linesPPHT[i][1], x2 = linesPPHT[i][2], y2 = linesPPHT[i][3];line(image, Point(x1, y1), Point(x2, y2), Scalar(0), 1, 8);if (x1 < 150 && x2 < 150 && myabs(x2 - x1) < 3 && !l_x){Find++;l_x = (x2 + x1) / 2;l[0][0]=x1;l[0][1]=y1;l[1][0]=x2;l[1][1]=y2;}else if (y1 < 150 && y2 < 150 && myabs(y1 - y2) < 3 && !l_y){Find++;l_y = (y1 + y2) / 2;u[0][0]=x1;u[0][1]=y1;u[1][0]=x2;u[1][1]=y2;}else if (x1 > 570 && x2 > 570 && myabs(x2 - x1) < 3 && !r_x){Find++;r_x = (x2 + x1) / 2;r[0][0]=x1;r[0][1]=y1;r[1][0]=x2;r[1][1]=y2;}else if (y1 > 570 && y2 > 570 && myabs(y1 - y2) < 3 && !r_y){Find++;r_y = (y1 + y2) / 2;d[0][0]=x1;d[0][1]=y1;d[1][0]=x2;d[1][1]=y2;}}

linesPPHT是霍夫直线检测函数的输出，linesPPHT.size()表示检测到直线的条数；这里根据直线上两点坐标值大小判断属于四条边的那一条；属于其中一条且之前未存储（标志位为1）（见if语句中的判断）则存储并将找点标志位Find+1；Find==4时即寻找结束

——由于霍夫直线检测算法得到的并非顶点而是直线上两点，设计求两直线交点函数

void crossline(int x1,int y1,int x2,int y2,int x3,int y3,int x4,int y4,int cross[2])
{cross[0]=(y3*x4*x2-y4*x3*x2-y3*x4*x1+y4*x3*x1-y1*x2*x4+y2*x1*x4+y1*x2*x3-y2*x1*x3)/(x4*y2-x4*y1-x3*y2+x3*y1-x2*y4+x2*y3+x1*y4-x1*y3);cross[1]=(-y3*x4*y2+y4*x3*y2+y3*x4*y1-y4*x3*y1+y1*x2*y4-y1*x2*y3-y2*x1*y4+y2*x1*y3)/(y4*x2-y4*x1-y3*x2+x1*y3-y2*x4+y2*x3+y1*x4-y1*x3);
}

输入的(x1,y1)~(x4,y4)是两条直线上四点坐标，输出交点坐标并赋值给cross；

crossline(l[0][0],l[0][1],l[1][0],l[1][1],u[0][0],u[0][1],u[1][0],u[1][1],ul);
crossline(r[0][0],r[0][1],r[1][0],r[1][1],u[0][0],u[0][1],u[1][0],u[1][1],ur);
crossline(l[0][0],l[0][1],l[1][0],l[1][1],d[0][0],d[0][1],d[1][0],d[1][1],dl);
crossline(r[0][0],r[0][1],r[1][0],r[1][1],d[0][0],d[0][1],d[1][0],d[1][1],dr);crossline(ul[0],ul[1],dr[0],dr[1],ur[0],ur[1],dl[0],dl[1],ce);

输入之前得到的坐标计算四个顶点值和中心坐标

——向下位机stm32输出坐标

sprintf(m,"#a%03db%03dc%03dd%03de%03df%03dg%03dh%03d$\n",ul[0],ul[1],ur[0],ur[1],dr[0],dr[1],dl[0],dl[1]);
uart.sendUart(m);
usleep(50000);
sprintf(m,"#i%03dj%03d$\n",ce[0],ce[1]);
uart.sendUart(m);

(2)A4纸顶点识别及巡线顶点的计算

过程：

——灰度图->二值化->角点检测得到角点坐标CornerImg

        ——设计算法过滤筛选得到八个顶点P[8][2]（绝缘胶布内外边形成两个矩形）

#define MAX_DIS 20
int Is_Exit(int i, int j)
{int k = 0;for (k = 0; k < Find; k++) {if (myabs(P[k][0]-i)+ myabs(P[k][1]-j)

int P[8][2] = { 0 };
int Find = 0;for (int j = 0; j < CornerImg.rows; j++) {for (int i = 0; i < CornerImg.cols; i++) {if (CornerImg.at(j, i) > 150.0f) {if (!Is_Exit(i, j)){                            P[Find][0] = i;P[Find][1] = j;Find++;}}}
}

int Vertex[4][2] = { 0 };
int sign[8] = { 0 };
int i,j,k,dis,min = 1000;
int temp1, temp2;
for (k=0,i = 0; i < 8; i++)
{if (sign[i])continue;min = 2000;for (j = 0; j < 8; j++){if (i == j||sign[j])continue;dis = myabs(P[i][0] - P[j][0]) + myabs(P[i][1] - P[j][1]);if (dis< min){min = dis;temp1 = i;temp2 = j;}}sign[temp1] = 1;sign[temp2] = 1;Vertex[k][0] = (P[temp1][0] + P[temp2][0])/2;Vertex[k][1] = (P[temp1][1] + P[temp2][1])/2;k++;
}

int temp;
//先整体按y值大小排序
for(i=0;i<4;i++)
{for(min=Vertex[i][1],j=k=i;j<4;j++){if(Vertex[j][1]<=min)k=j;}temp=Vertex[k][0];Vertex[k][0]=Vertex[i][0];Vertex[i][0]=temp;temp=Vertex[k][1];Vertex[k][1]=Vertex[i][1];Vertex[i][1]=temp;
}
//y值中等的两点按x值排序
if(Vertex[1][0]

if(Vertex[0][0]&& Vertex[0][1]&&Vertex[1][0]&&Vertex[1][1]&&Vertex[3][0]&& Vertex[3][1]&&Vertex[2][0]&& Vertex[2][1])
{sprintf(m,"#k%03dl%03dm%03dn%03do%03dp%03dq%03dr%03d$\n", Vertex[0][0], Vertex[0][1],Vertex[1][0], Vertex[1][1],Vertex[3][0], Vertex[3][1],Vertex[2][0], Vertex[2][1]);u.sendUart(m);
}

Point color_recognite(Mat image, Scalar Low, Scalar High)
{vector> g_vContours;vector g_vHierarchy;vector hsvSplit;double maxarea = 0;int maxAreaIdx = 0;Mat g_grayImage, hsv, g_cannyMat_output;cvtColor(image, hsv, COLOR_BGR2HSV);split(hsv, hsvSplit);equalizeHist(hsvSplit[2], hsvSplit[2]);merge(hsvSplit, hsv);inRange(hsv, Low, High, g_grayImage);//二值化识别颜色//开操作 (去除一些噪点)Mat element = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(2, 2));morphologyEx(g_grayImage, g_grayImage, MORPH_OPEN, element);//闭操作 (连接一些连通域)morphologyEx(g_grayImage, g_grayImage, MORPH_CLOSE, element);//  Canny(g_grayImage, g_cannyMat_output, 80, 80 * 2, 3);// 寻找轮廓findContours(g_grayImage, g_vContours, g_vHierarchy, RETR_TREE, CHAIN_APPROX_SIMPLE, Point(0, 0));//假设contours是用findContours函数所得出的边缘点集RotatedRect box;Point centre;if (g_vContours.size() != 0){for (int index = 0; index < g_vContours.size(); index++){double tmparea = fabs(contourArea(g_vContours[index]));if (tmparea > maxarea){maxarea = tmparea;maxAreaIdx = index;//记录最大轮廓的索引号}}box = minAreaRect(g_vContours[maxAreaIdx]);rectangle(image, box.boundingRect(), Scalar(0, 0, 255), 2);centre = box.center;}return centre;
}

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