• 2019/8/7~2019/8/10在江蘇賽區參加了省電子設計競賽，這次也是省電賽和全國電賽重合的一年
• 選擇的題目是無人機題
• 先說結果吧，直接白給了，挺遺憾的
• 電賽結束挺久了，作為一個從飛行器設計轉到計算機科學的大三學生，嵌入式和自動控制相關的東西一直作為業余愛好研究，實在占精力，轉專業要好好學習，以后估計不再搞了。最后一場比賽也沒取得啥成績還是挺遺憾的， 正好替代社會實踐要交總結，這里隨便寫點回顧總結好了

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• 想做無人機題這個想法蠻久以前就有了，當時還在做RM。一直以來做了太多控制題了，從電賽的智能窗簾、智能臺燈、寫字機器人，到RM的步兵車控制，再到去年電賽搞得手勢識別裝置，再做一個類似的東西，一來控制題通常難度不高面臨的競爭壓力太大，二來也沒法學到什么東西，沒多大意思?？赡苁亲詈笠淮螀⒓与娮釉O計類的比賽了，要做就做個難的！正好還有一個和多旋翼控制解藕相關的項目在做，于是就有了做四旋翼的念頭。
• 今年七月初開始準備電賽時統計了一下前幾年的題目，根據趨勢來看，傳統控制題似乎在逐漸退出，取而代之的是一種人工智能題。比如去年的手勢識別裝置，今年的紙張檢測裝置似乎也是的。這些題偽裝成傳感器應用題，表面上看十分簡單，只要把傳感器調通就好了，但只這樣做毫無競爭力，組委會真正想要的是讓你設計一個特征，利用指定傳感器檢測它，并通過不斷測試獲取大量樣本，然后用人工智能的方法去學習這個特征，這樣做的隊如果搞好了效果拔群，比傳統方法強很多。我們去年就吃了這個虧了，印象深刻。。。?？紤]到時間緊張，現在去嘗試這個新題型不確定因素太多，所以更加堅定了做四旋翼題的想法。
• 今年是ti贊助的，考慮到以前瑞薩時期限制過飛控芯片，我們需要搞一個ti傳感器的飛控。最初是打算學習相關原理完全從底層寫的，但是因為各種原因拖到7月放假才準備，寫肯定來不及了，轉而考慮用成品飛控代碼改，還要自己制版仿造一個飛控，這樣如果限定飛控自制也不怕啦。
• 放假第二天，商討后購買了匿名的tm4c版本飛控，立即開始準備。我負責飛控改編，買了和匿名同型號的tm4c123g lunchpad，開始學習ti的庫函數。另一個隊友G負責視覺部分，他是飛設的需要實習，于是帶著openmv去西安了。還有一個隊友Z，他之前也是做RM電控的，于是也在一起看飛控，隊伍里只有他會制版，所以制版搞電路相關的工作也是他來搞。
• 時間過得很快，憑借32的基礎，很快就學了不少ti板子的使用方法（相關內容放在博客上了），但還是不夠快，想要完全學到可以從底層寫肯定來不及了，于是轉而直接研究匿名的程序。
• 不得不說匿名的代碼習慣真的8行，注釋太少，還有好多不知道是開發一半去掉了，還是版本變更沒刪的奇怪內容，看得相當費勁。不過還是基本看了大概。我是從外圍的數據存儲、上位機通信、任務調度開始看的，最后看到飛行控制任務、飛行數據這些，關于傳感器配置什么的因為底層不太會直接沒看。
• 大概7月中旬飛控看差不多了，這時候隊友G也回了，一起把飛控框架梳理了一遍。隊友Z這會去蘇州呆了幾天，于是我和G開始搞視覺聯調。
• 先做了一個水平的色塊追蹤，雖然openmv幀率低點，但是因為飛機速度慢，所以表現還不錯。（注意這里要調整一下openmv數據串口中斷優先級到1）。做通訊的時候遇到了一些問題，因為不太會Python，所以在數據類型處理這塊繞了不少彎路，好在最后也搞定了
• 之后做了個機腹俯拍的色塊追蹤，對標前年跟隨小車那個題。發現效果差了很多，肯定不是幀率的問題，可是pid調來調去都很晃。經過一番討論，認定問題出在openmv的安裝上，因為是直接粘在機腹的，當飛機移動時相機也會傾斜，這樣色塊在相機視野的位置也變了，形成了一個正反饋。找到問題后做了一個坐標變換補償，效果就很好啦。關于這個補償，詳見 ANO匿名飛控分析（3）— 姿態解算原理及代碼分析 開頭簡介部分的舉例
• 這期間匿名的飛控燒了好幾次二極管，也不知道是為什么，雖然修好了，但是影響進度影響蠻多的，最后湊錢又買了一個新飛控以求穩妥。眼看快比賽了，前幾年的題來不及搞了，最后匆匆做了一個視覺巡線，沒怎么調效果也就一般吧，做好的時候已經是比賽前一天晚上了。
• 隊友Z從蘇州回來后就不看好飛機題了，總覺得我們準備不行，系統穩定性太差，拿不了獎，經常勸我們改做控制。我和G都是早就想搞飛機了，但是看這個情況也難免有點動搖。Z回來之后就不看飛控了，主要在搞仿制的飛控轉接版（直接插lunchpad），于是讓他也搞點控制題的東西備用，到時侯看題行事。
• 在比賽前還做了一個小東西，因為聽說openmv不可以現場調閾值，擔心現場燈光影響識別，我拿stm32做了一個openmv閾值調試器。大概原理就是32和omv通信，獲取原始閾值和圖像lab信息。因為320*240的圖像lab信息有300k左右，stm32f407的RAM空間不足，直接開數組就爆棧了，所以不得已只好做成ROM暫存。ROM讀寫速度慢，存數據的時候搞了一個雙緩沖避免丟包。利用外接編碼器調整閾值，顯示的時候分段讀出圖像lab數據，按閾值判斷黑白顯示在lcd屏上，每次只刷新現實顏色變化的點。最后效果還是蠻好的，可惜32的spi通訊沒調通，不得已用了串口dma接受，讀圖速度太慢，波特率50000估計要讀個3到5秒。
• 終于到了出題的日子，看了眼題，果然又沒有控制題，四旋翼出了一個電力巡線。我心里其實還是蠻高興的，這下沒有借口了，好好做好四旋翼就好了！但是隊友Z悶悶不樂，后來一直勸我們搞電磁炮那個題。。。我們搞電基本沒搞過，真的不怎么想弄，搞得團隊士氣一直不高，天天都有不少負能量。
• 總之先做題吧，因為Z沒怎么看飛控和omv，基本沒法參加編程工作，感覺他一直不知道要干啥，無所事事的感覺，三個人不能齊心協力感覺真的很差，我和G的壓力也更大了，賊難受。
• 比賽第一天想了想方案，可是沒啥好想法。電線太細，從側面實在不好識別，難以做成閉環控制，B桿處的180度掉頭也是難點。嘗試了一下開環飛，發現飛遠了就很飄，可能會撞桿或者撞線，只能作罷。這一天下午飛機還炸了一次，損壞了自制的飛控板。炸雞原因是Z焊的xt60一轉二接頭虛焊。。。所幸沒傷到光流什么的飛控組件，到晚上才修好
• 晚上終于商量出一個差不多的方案，一個攝像頭側拍識別桿，一個攝像頭伸出去到槳護位置并且架高，這樣就可以利用較大的視野，在不把omv伸到線正上方的情況下拍到電線的俯視角度。飛行流程是：自動起飛到1m1高度，前飛直到識別到桿A，穩定一下，開環前飛50cm，慢慢左平移直到識別到線，利用線位置做閉環飛到B，利用期望速度積分推測飛行距離，快到b的時候轉為開環前飛以免識別到b桿底座，找到b之后穩定一下，掉頭按同樣的流程飛回來。拍照選用了穿越機相機小方狗，無限連拍策略，只求拍到就可以。
• 第二天上午搭好了初始結構，用一根5mm碳管做成L形支架把openmv架了出去，試飛的時候抖動很嚴重，完全沒法識別。只能改方案，把架高的部分去掉，但是還是抖，再次修改成兩個碳桿伸出來，中間用一個木片鏈接，終于不抖了。
• 搞好結構已經晚上了，趕緊開始測試掛線，效果卻不理想。分析原因是因為沒有架高，視野很窄，飛機稍微調節一下就會超出視野邊界。沒辦法重新想方案實在來不及，干脆把openmv伸遠一點，直接伸到線正上方。這樣再測試就可以穩定掛線了，手動控制前后飛行也不會脫出。架出去的一個問題是openmv會撞桿，這樣只能靠積分測算距離，在b桿前解鎖脫出，還好飛行距離較近，誤差不會大到撞桿
• 接下來的難點就在于轉180度了，本來想著鎖死yaw軸全程平移的，但因為飛機左右不對稱，這樣返航時就不能閉環了，只好選擇轉yaw軸掉頭。轉yaw軸有一個問題，就是沒法閉環，因為室內磁力計誤差太大，yaw指向反饋不準。雖然可以在線上靠線斜率調整，但是比較危險，所以還是希望盡量不要轉yaw軸。
• 總之先寫了一個原地轉動的程序試驗一下，結果飛機剛轉了一點就開始亂飄，差點撞墻。分析了一番，應該是光流消旋的問題。匿名的光流是閉源的，所以也沒法調整。最后找到了一個折衷方案，就是減小旋轉角度，加大旋轉速度，這樣飛機轉動時間短，光流失效時間也短，不會漂太多。最終的掉頭方案改為：找到b桿后，前飛50cm，左轉90度，前飛直到識別到b桿，再前飛70cm，左轉90度，這樣就接入到重復A至B的流程中了。這里還做了一個保險，轉過第一個90后的平飛段會進行積分，如果飛了很遠都沒檢測到b桿，或者飛了很近就檢測到，通通認為桿識別錯誤，這時就完全靠積分來確定轉向時機了。
• 這時比賽時間也差不多快要結束，隊友Z寫完報告后表示不玩了，于是只有我和G繼續奮戰。
  項目二的自動懸停測試過沒啥問題，因為沒仔細看規則，還以為項目二可以換程序，所以單獨做了一個自動起飛懸停的程序，這也為最后的白給埋下禍根。
• 很快比賽結束，到了測評的日子。比賽場地鋪了了灰白條紋，測試飛行時直接開始亂飛了。當時直接傻了，還以為程序不對，心中做好了白給的準備。最后向評委提議，要求換到白布的場地，這才恢復正常。想來應該是光流在灰白地面上失效了。
• 換到白布地面的第一輪飛行很成功，一路飛回了A，可惜最后自動降落不成功。第二輪試飛誤識別到場地邊上的窗戶了，沒有成功完成。這一結果可以說超出了預期，應該也是我們學校表現數一數二的隊伍了，評委老師也表示我們的方案很好。
• 接下來項目二因為程序不對直接放棄了。這個非常可惜，項目三完成得還可以，就是用時比較長。
• 出了賽場感覺還不錯，雖然項目二很可惜，但是繞桿真的完成得超出預期。聽說第一天20個隊只完成了2個隊，心里感覺還是有個交代了
• 過了兩天出成績了，很可惜啥都沒得著。因為項目一沒降落所以一分都沒有，項目二也沒分，相當于只有一個自主編程分，這樣肯定是涼涼沒跑?？戳丝雌渌?#xff0c;應該是飛個懸停就可以省二的，花了那么多精力做繞桿卻沒拿到分，又被規則坑了一波，真的是挺傷的。
• 雖然結果不好，但是這次電賽也是一次難忘的經歷了，學到了很多東西，也做到了自己滿意的程度，就寫到這里吧

以下是準備比賽期間的一些學習總結，飛控分析還有幾篇沒寫，包括pid和濾波什么的，以后有空再說吧

• TM4C123G學習記錄(1)–時鐘
• TM4C123G學習記錄(2)–GPIO
• TM4C123G學習記錄(3)–外部中斷
• TM4C123G學習記錄(4)–關于ROM前綴函數和HWREG函數
• TM4C123G學習記錄(5)–PWM輸出
• TM4C123G學習記錄(6)–UART
• TM4C123G學習記錄(7)–輸入捕獲
• ANO匿名飛控分析（1）— 遙控器解碼
• ANO匿名飛控分析（2）— 任務調度
• ANO匿名飛控分析（3）— 姿態解算原理及代碼分析

2021.9.20 update：

• 這是我們當初賽前準備時做的飛控-視覺聯調（P1）和 OpenMV 閾值調試器（P2）的測試視頻：無人機視覺追蹤
• 補上兩張飛機的照片，這樣機械結構看得比較清晰。伸出來木片上的 OpenMV 就是專門用來向下識別電線位置的，因為地面按題目要求是灰白色，識別起來沒有太多干擾。另一個 OpenMV 裝在機腹下側拍標識桿
  
  

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[随笔]2019省电赛无人机题（B题）总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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