程序员经验分享-hwhale

2020电赛D题绕组飞行器

2023-05-16

在准备电赛的过程中，做了一下去年的题，本文将介绍我的方案及部分代码，希望可以帮助到大家。

一、我的装备

由于初学飞控所以主控用的是匿名的拓空者，还有匿名的光流传感器，北醒的激光雷达，星瞳科技的OPENMV和正点原子的激光测距模块ATK-VL53L0X。

二、实现思路

1、一键起飞，然后自旋找到第一个杆。
2、找到第一个杆后，由于激光测距模块最远测距是2m，实际更短，所以还测不到距离，因此要先缓慢靠近杆，直到激光测距模块有效，再进行PID控制与杆的位置，期间始终有OPENMV的角度调节。
3、等到角度和距离都合适开始绕杆，通过航向角控制旋转角度
4、绕完第一个杆后边后退，自旋寻找第二个杆。
5、找到后重复绕第一个杆的过程
6、寻找降落点然后降落（我没有实现这个任务）

三、代码介绍

1、下面这一段代码是ATK-VL53L0X的控制程序，由正点原子的测试例程修改，具体的模块介绍可以看正点原子的使用手册。

#include "vl53l0x.h"
#include "vl53l0x_i2c.h"

VL53L0X_Dev_t vl53l0x_dev;//设备I2C数据参数
VL53L0X_DeviceInfo_t vl53l0x_dev_info;//设备ID版本信息
VL53L0X_RangingMeasurementData_t vl53l0x_data;//测距测量结构体
vu16 vl53l0x_pdata[10];
mode_data Mode_data[]=      
{
    {(FixPoint1616_t)(0.25*65536), 
	 (FixPoint1616_t)(18*65536),
	 33000,
	 14,
	 10},//默认
		
	{(FixPoint1616_t)(0.25*65536) ,
	 (FixPoint1616_t)(18*65536),
	 200000, 
	 14,
	 10},//高精度
		
    {(FixPoint1616_t)(0.1*65536) ,
	 (FixPoint1616_t)(60*65536),
	 33000,
	 18,
	 14},//长距离
	
    {(FixPoint1616_t)(0.25*65536) ,
	 (FixPoint1616_t)(32*65536),
	 20000,
	 14,
	 10},//高速
		
};   //三种模式的默认校准参数

VL53L0X_Error vl53l0x_start_single_test(VL53L0X_Dev_t *dev,VL53L0X_RangingMeasurementData_t *pdata,char *buf)
{               
	static u8 i=0;
	static vu32 sum=0;
	VL53L0X_Error status = VL53L0X_ERROR_NONE;
	VL53L0X_GetRangingMeasurementData(dev,pdata);//获取测量距离,并且显示距离
	if(pdata->RangeMilliMeter<2000)      //这里人工做一个滤波，因为测距模块超出最大距离会显示八米
	{
	  sum+=pdata->RangeMilliMeter;
	  i++;
	  if(i==5)
	  {
	    opmv_gan_ctrl.Juli=sum/5;   //取五次的平均值
	    sum=0;
	    i=0;
	  }
                }
                return status;
}

VL53L0X_Error vl53l0x_set_mode(VL53L0X_Dev_t *dev,u8 mode)  //设置测距模式，这里用的是连续高速测距
{
	
	 VL53L0X_Error status = VL53L0X_ERROR_NONE;
	 uint8_t VhvSettings;
	 uint8_t PhaseCal;
	 uint32_t refSpadCount;
	 uint8_t isApertureSpads;
	
	
	 status = VL53L0X_StaticInit(dev);
	 status = VL53L0X_PerformRefCalibration(dev, &VhvSettings, &PhaseCal);//Ref参考校准

	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_PerformRefSpadManagement(dev, &refSpadCount, &isApertureSpads);//执行参考SPAD管理
	 
                 Delay_ms(2);		 	 
	 status = VL53L0X_SetDeviceMode(dev,VL53L0X_DEVICEMODE_CONTINUOUS_RANGING);//使能连续测量模式
	 
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetInterMeasurementPeriodMilliSeconds(dev,Mode_data[mode].timingBudget);//设置内部周期测量时间
	 
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetLimitCheckEnable(dev,VL53L0X_CHECKENABLE_SIGMA_FINAL_RANGE,1);//使能SIGMA范围检查
	 
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetLimitCheckEnable(dev,VL53L0X_CHECKENABLE_SIGNAL_RATE_FINAL_RANGE,1);//使能信号速率范围检查
	 
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetLimitCheckValue(dev,VL53L0X_CHECKENABLE_SIGMA_FINAL_RANGE,Mode_data[mode].sigmaLimit);//设定SIGMA范围
	 
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetLimitCheckValue(dev,VL53L0X_CHECKENABLE_SIGNAL_RATE_FINAL_RANGE,Mode_data[mode].signalLimit);//设定信号速率范围范围
	 
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetMeasurementTimingBudgetMicroSeconds(dev,Mode_data[mode].timingBudget);//设定完整测距最长时间
	 
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetVcselPulsePeriod(dev, VL53L0X_VCSEL_PERIOD_PRE_RANGE, Mode_data[mode].preRangeVcselPeriod);//设定VCSEL脉冲周期
	 Delay_ms(2);
	 status = VL53L0X_SetVcselPulsePeriod(dev, VL53L0X_VCSEL_PERIOD_FINAL_RANGE, Mode_data[mode].finalRangeVcselPeriod);//设定VCSEL脉冲周期范围
	 VL53L0X_StartMeasurement(dev);
	 return status;
	
}	

VL53L0X_Error vl53l0x_init(VL53L0X_Dev_t *dev)    //主要是初始化IIC
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	VL53L0X_Error Status = VL53L0X_ERROR_NONE;
	VL53L0X_Dev_t *pMyDevice = dev;
	
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//先使能外设IO PORTC时钟 
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;//端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
		
	pMyDevice->I2cDevAddr = VL53L0X_Addr;//I2C地址(上电默认0x52)
	pMyDevice->comms_type = 1;           //I2C通信模式
	pMyDevice->comms_speed_khz = 400;    //I2C通信速率
	
	VL53L0X_i2c_init();//初始化IIC总线
	
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//失能VL53L0X
	Delay_ms(30);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//使能VL53L0X,让传感器处于工作
	Delay_ms(30);
	Status = VL53L0X_DataInit(pMyDevice);//设备初始化
	Delay_ms(2);
	Status = VL53L0X_GetDeviceInfo(pMyDevice,&vl53l0x_dev_info);//获取设备ID信息
	return Status;
}

void vl53l0x_Init(void)  //这个函数放到主函数的初始化那里
{                
	 while(vl53l0x_init(&vl53l0x_dev)) ; //vl53l0x初始化
	 while(vl53l0x_set_mode(&vl53l0x_dev,3));  //配置测量模式                                       
	  
}
void vl53l0x_Task(u8 dT_ms)    //这个函数放到50ms的线程中
{
   static char buf[VL53L0X_MAX_STRING_LENGTH];//测试模式字符串字符缓冲区
   vl53l0x_start_single_test(&vl53l0x_dev,&vl53l0x_data,buf);//执行一次测量
}

2、下面是主要的控制函数，结构是模仿匿名的巡线程序写的

#include "Gan_Ctrl.h"
#include "Drv_OpenMV.h"
#include "Ano_OPMV_Ctrl.h"
#include "Ano_Math.h"
#include "Ano_Filter.h"
#include "ANO_IMU.h"
#include "Ano_FlightCtrl.h"
#include "vl53l0x.h"
#include "Drv_usart.h"
#include "Ano_FlyCtrl.h"
//需要操作赋值的外部变量：
//全局变量：
_opmv_gan_ctrl_st opmv_gan_ctrl;    //控制结构体
Ldc_gan_PID  Gan_PID;   //PID结构体
//参数设定：
#define FORWARD_VEL      12    //前进速度   
#define Ganyspeed         6   //绕杆切向速度
#define Ganyawspeed       90   //绕杆角速度
static u8 step;                //在分布控制中用作标志位
float Color=1;                //标志位，可以实现正逆时针绕杆
unsigned char Uartsendbuff[7]={0xaa,0xaf,0x05,0x01,0x06,0x03,0x68};   //给OPENMV发送要寻找第二个杆
void Ldc_pid_Init(void)     //PID参数及其他参数的初始化
{
   Gan_PID.Kp=20;
   Gan_PID.Kd=5;
   Gan_PID.Expect=500;
   opmv_gan_ctrl.Ganyaw=0;
   opmv_gan_ctrl.Gannumber=0;
   opmv.gan.sta=0;
   opmv_gan_ctrl.target_loss=1;	
}
void Ldc_gan_Ctrl(void)     //PID控制函数
{
    Gan_PID.Out=0;
    Gan_PID.Now=(float)opmv_gan_ctrl.Juli;
    Gan_PID.P=Gan_PID.Now-Gan_PID.Expect;
    Gan_PID.D=Gan_PID.Old-Gan_PID.Now;
    Gan_PID.Out=Gan_PID.Kp*Gan_PID.P+Gan_PID.Kd*Gan_PID.D;
    Gan_PID.Out	=0.001f*Gan_PID.Out;
    Gan_PID.Old	=Gan_PID.Now;
}
void Ldcqiehuan(void)       //这个函数用于控制旋转角度
{
   static u8 x=0;  //杆数目标志位
   if(opmv_gan_ctrl.Gannumber==0)
    {
      opmv_gan_ctrl.Gannumber=1;	  
      opmv_gan_ctrl.Ganyaw=imu_data.yaw+200*Color;    //再旋转200度进入下个阶段
      if(opmv_gan_ctrl.Ganyaw<-180) opmv_gan_ctrl.Ganyaw+= 360;     //控制角度在+-180度
      else if(opmv_gan_ctrl.Ganyaw>180) opmv_gan_ctrl.Ganyaw -= 360;
    }
   else if((opmv_gan_ctrl.Gannumber==1)&&( (opmv_gan_ctrl.Ganyaw-imu_data.yaw<35)&&(opmv_gan_ctrl.Ganyaw-imu_data.yaw>-35)))  //判断条件比较宽泛
   {
      opmv_gan_ctrl.Gannumber=2 ;
      opmv_gan_ctrl.Ganyaw=imu_data.yaw+220*Color;      //再旋转220度
      if(opmv_gan_ctrl.Ganyaw<-180) opmv_gan_ctrl.Ganyaw+= 360;
      else if(opmv_gan_ctrl.Ganyaw>180) opmv_gan_ctrl.Ganyaw -= 360;
   }
   else if((opmv_gan_ctrl.Gannumber==2)&&( (opmv_gan_ctrl.Ganyaw-imu_data.yaw<35)&&(opmv_gan_ctrl.Ganyaw-imu_data.yaw>-35)))
   {
      opmv_gan_ctrl.Gannumber=3;
      Usart3_Send(Uartsendbuff,7);    //寻找第二个杆
   }
   else if(opmv_gan_ctrl.Gannumber==3)
   {
       if(x==0)
       {
       step=2;
       x=1;
       Color=-1;	       
       opmv_gan_ctrl.Gannumber=0;
       }
       else
       {
           MyFlyCtrl(0x02,0,0);     //降落
       }	       
	
   }
}
void Ldc_gan_StepProcedure(u8 *dT_ms)    //分步控制函数
{
	static u8 time=0;
	switch (step)
	{
		case 0:{  //什么都不做
			opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps = 0;
			opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0]=0;
			opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[1]=0;
			time=0;
			step=1;
		}break;
		case 1:{
			if(opmv.gan.sta==1)  //如果找到杆调节角度
			{
			  opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps=opmv.gan.ganx;
			  step=3;  //执行第三步
			}
                                                else
			{
			  if(opmv_gan_ctrl.Gannumber==0)  //自旋
			  {
                                                     opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps=(-15);
			  }
			  else
			  {
			     if(time<=100)   //等待然后自旋，这里是为了保证绕杆过程中丢失可以重新找到杆
			     {
                                                         time+=*dT_ms;
			     }
                                                     else
			     {
                                                       opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps =(-15)*Color;
			       time=0;
			     }				     
			  }
			}
		}break;
		case 2:{   //只有在两个杆中间转换的时候才会执行这里，内容是边自旋边后退，防止飘
			opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0]=-16;
			opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps=(-4);
                                                if(time<200)
			{
				time+=*dT_ms;
			}
			else
			{
				time=0;
				opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0]=0;
				step=0;
				opmv_gan_ctrl.Gannumber=0;
			}
		}break;
		case 3:{    //判断距离是否合适
			if(opmv_gan_ctrl.Juli<=550&&opmv_gan_ctrl.Juli>=450)
			{
			  step=4;
			  Ldcqiehuan();  //合适就开始绕杆
			  opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0]=Gan_PID.Out;
			}
			else
			{
			   if(opmv_gan_ctrl.Gannumber==0)
			   {
			     opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0] =FORWARD_VEL;
			     if(time<80)
			     {
		                         time+=*dT_ms;
			     }
			     else
			     {
			        time=0;
			     }
		                   }
                                                   else
			   {
                                                      step=4;
			   }				   
			}
		}break;
		case 4:{   //如果角度合适就y方向平移
                                                if((opmv.gan.ganx<=20)&&(opmv.gan.ganx>=-20))  
			{
			   
			   opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0]=Gan_PID.Out;
                                                   opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[1] =Ganyspeed*Color;
		                   if(time<300)  //延时
			   {
		                       time+=*dT_ms;
			   }
			   else
			   {
			      opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[1]=0;
			      step=5;   
			      time=0;
			   } 
			}
			else
			{
			   opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps =opmv.gan.ganx;			
			}
		}break;
		case 5:{        //改变航向角
			opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0]=Gan_PID.Out;
			opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps=Ganyawspeed*Color;
			    if(time<250)
			   {
		                       time+=*dT_ms;
			   }
			   else
			   {
			      opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps=0;
			      step=1;   //回到第一步
			      time=0;
			   } 
		}break;
		default:{
			
		}break;
	}
}	
					
void Gan_Ctrl(u8 *dT_ms,u8 en)   //放到线程中50ms执行一次
{
	//开启控制
	if(en)
	{
	      Ldc_gan_Ctrl();    //首先设置PID
                      if(opmv.gan.sta == 1)   //如果找到了杆
		{
			opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps =opmv.gan.ganx;  //进行角度调节
			opmv_gan_ctrl.target_loss=0;     //这个标志位可以控制灯
		}
	      else
	                {
			opmv_gan_ctrl.target_loss=1;
			opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0]=0;
			opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[1] = 0;
			opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps =0;
		}
                      if(opmv_gan_ctrl.Gannumber!=0)   //等待首次位置调节好再执行
	      {
		 Ldcqiehuan();    
	      }
	      Ldc_gan_StepProcedure(dT_ms);   //分布控制
	      opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps = LIMIT(opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps,-90,90);//限幅
	}
	else  //不动
	{
		opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[0] = 0;		
		opmv_gan_ctrl.exp_velocity_h_cmps[1] = 0;
		opmv_gan_ctrl.exp_yaw_pal_dps = 0;
		step=0;
	}

	
}

本人水平有限，此代码仅供参考，如果要做找降落点的任务可以修Ldcqiehuan（）函数，大佬们有好的方法或者认为我的代码有可以优化的地方的欢迎留言，我变量的命名实在是比较随便。
最终效果可以看我在b站的视频:https://www.bilibili.com/video/BV1o64y1y7Em

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