【E题】2023年电赛运动目标控制与自动追踪系统方案

系统的设计和制作可以按照以下步骤进行：

设计红色光斑位置控制系统：

选择合适的红色激光笔，并将其固定在一个二维电控云台上。
使用电机和编码器来控制电控云台的水平和垂直运动。
设计一个控制电路，可以通过输入控制信号来控制电机的运动，从而控制红色光斑的位置。
确保控制电路可以接收来自用户输入的目标位置信息，并将其转换为相应的电机控制信号。
设计绿色光斑位置控制系统：

选择合适的绿色激光笔，并将其固定在另一个二维电控云台上。
使用电机和编码器来控制电控云台的水平和垂直运动，与红色光斑位置控制系统相同。
设计一个控制电路，可以通过输入控制信号来控制电机的运动，从而控制绿色光斑的位置。
确保控制电路可以接收来自红色光斑位置控制系统的信号，判断目标是否在红色光斑的范围内，并相应地控制绿色光斑的位置。
系统结构和摆放位置：

将红色光斑位置控制系统和绿色光斑位置控制系统分别安装在二维电控云台上。
将红色光斑位置控制系统放置在图1（a）中的位置，并确保可以自由旋转水平和垂直方向。
将绿色光斑位置控制系统放置在图1（a）中的位置，并确保可以自由旋转水平和垂直方向。
系统控制和自动追踪：

设计一个用户界面，可以输入目标位置信息，并将其传递给红色光斑位置控制系统。
红色光斑位置控制系统接收目标位置信息后，将其转换为相应的电机控制信号，使红色光斑移动到目标位置。
绿色光斑位置控制系统接收红色光斑位置控制系统的信号，并判断目标是否在红色光斑的范围内。
如果目标在范围内，绿色光斑位置控制系统将相应的电机控制信号发送给绿色光斑，使其自动追踪目标的位置。
如果目标不在范围内，绿色光斑位置控制系统将停止发送电机控制信号，绿色光斑停止追踪。

具体方案如下：

1. 运动目标位置复位功能：

   • 算法：使用PID控制算法，通过测量红色光斑与原点的距离误差，调整电机的运动，使光斑中心距原点误差≤2cm。
   • 硬件传感器：使用光电传感器或者摄像头来检测红色光斑与原点的距离。

2. 运动目标控制系统：

   • 算法：使用速度控制算法，根据预设的运动路径和速度要求，控制电机的运动，使红色光斑沿屏幕四周边线顺时针移动一周。
   • 硬件传感器：使用光电传感器或者摄像头来检测红色光斑与边线的距离。

3. A4靶纸测试：

   • 算法：使用图像处理算法，通过图像识别技术来检测A4靶纸的位置和角度。
   • 硬件传感器：使用摄像头来捕捉A4靶纸的图像。

4. 自动追踪系统：

   • 算法：使用反馈控制算法，通过测量红色光斑和绿色光斑的距离，调整电机的运动，使绿色光斑跟随红色光斑的位置。
   • 硬件传感器：使用光电传感器或者摄像头来检测红色光斑和绿色光斑的距离。

5. 暂停键和测量功能：

   • 算法：设计一个暂停按钮，按下按钮后，停止电机的运动，并进行光斑中心距离的测量。
   • 硬件传感器：使用光电传感器或者摄像头来测量红色光斑和绿色光斑的位置。

硬件部分的传感器可以根据具体情况选择，光电传感器可以使用光电开关或者光电二极管与光敏电阻组合。摄像头可以选择高分辨率的USB摄像头或者树莓派摄像头模块。控制电路可以使用微控制器或者单片机来实现，根据传感器的输出信号进行控制算法的计算和电机控制信号的输出。同时，可以使用声音模块和LED模块来实现声光提示功能。