算法|2022年电设省赛碎碎念【省一！！】嵌入式硬件|单片机

一些备赛的时间轴

碎碎念
前期准备
为期20天的培训
- 图形获取和指示系统
- 智能小车
- 自动行驶小车
省赛
写在最后

碎碎念电赛准备主要集中在七月份，前前后后做了三道题就直接比赛了。我们的准备确实很充分，到了比赛当天早上十点我们已经解决了蓝牙通信、MSP432等基本的代码问题，然后就是小车PD算法和跑圈逻辑问题。
电赛给了我整个大学以来最充实的一个暑假。老师每次都只是点到为止，大部分时间都是自己在琢磨。非常感谢CSDN，整个电赛学的大部分东西都是CSDN上的。为表示感谢，且不甘心一个月成果仅剩一张奖状，打算将这个月学到的知识写成blog，一方面记录自己的学习以免遗忘（说不准明年还来呢），一方面和大家交流交流，希望能碰撞出更多的启发。
前期准备大约是刚开学的时候，大概三四月份，那时候跟何佬和搞智能车的浩然哥组队，这实力稳得雅痞。当时跟着b站一个阿婆主一起做，做的寻迹小车。当时买了很多模块，用的c8t6最小系统板，开始上手学习Keil。当时的学习就是一整个混沌状态，学寄存器和固件库都学不懂，看原理也不懂。后面浩然哥说直接上手hal库就行了。但是b站野火的hal库感觉讲的还是固件库，很混乱，看完还是不知道怎么写。后面搜到小蜜蜂，一种相见恨晚的感觉，讲的很清楚，很适合入门，就是外设讲的有点少。接着跟着另一个视频写了MPU6050的代码，才算真正入门。
后来课业压力比较大，大家都开始忙起来了，电赛的事情就暂时搁置了。
但是多亏了浩然哥，我们这前期看似没什么成果的准备，明里暗里为后面备赛、比赛提供了不少帮助。
为期20天的培训说是培训，倒不如说是训练。老师给题目然后我们自己摸索着做。这里主要写一写心得吧，具体的题目思路应该会另开blog写。浩然哥因为别的任务不得不离开我们队，后面邀请了博哥一起干。我们练了三个题目：图形获取和指示系统，小车循迹+视觉，小车寻迹+视觉+小车会车。
图形获取和指示系统题目意思主要是通过视觉获取图形形状，正方形或者圆形，然后激光笔在设定位置可以沿着黑线或者白线绕一圈并且停下。发挥部分是识别图形形状、图形大小并且给出图形面积，识别圆形、矩形迷宫并且实现走迷宫。

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我就是从这个题目入坑的openmv，openmv确实是一个非常强大而且好用的摄像头。三个练习题都用到了openmv，因此到比赛的时候openmv已经使用很熟练了。
做这个题目的时候，我和何佬基本已经会使用Keil了，博哥接触的比较晚，而且用的win11，安装驱动碰到了很多麻烦。
老师发过几个摄像头，包括pixy，还有ov5640，但是能找到的例程和教程都很少，ov5640更是要从底层开始编程。挣扎了大概三天，还是决定斥巨资买openmv。
另外，何佬发现hal库的例程实在太少，他之前学了一个月的固件库，知道固件库的好用。所以他花了两天封装了固件库，我们称之hel库（helao库）。后面小车题调用hel库写起来嘎嘎快。
这个阶段已经解决openmv和单片机通信模块，超声波测距模块，步进电机模块。
中间遇到了很多问题，比如步进电机和电机驱动的连线，有一天突然不动了，查了一下午发现是一根线断了；再比如摄像头看不见激光笔，一气之下发现了openmv调阈值的妙招等等。
这个阶段用的是stm32f407最小核心板，32位处理器，相对f103可以更好地处理浮点数，又引出很多引脚，很适合外设多的情况。
智能小车第二题是小车循迹，因为刚刚上手小车，没有很多花里胡哨的跑法，就是沿着黑线跑，越快越好，跑一圈停或者跑两圈停，期间需要识别地面的图形、数字，声光提示。

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这个阶段还没有接触编码器，只能数大概给的PWM波判断是否完成一圈。用的是减速直流电机，整个小车看起来比较笨重，跑的也不快。
主要视觉非常痛苦，下午和晚上光线一变颜色阈值又改变了，而且摄像头的角度影响矩形、圆形、三角形的判断。后来请教了另一个组的同学，知道了一个在官网没看到的东西，叫solidity，有机会详细写这道题的话再细讲吧。数字识别没有做出来，时间不太够。
这个题目循迹用的也是openmv，视野里面分三段识别黑线，求出偏移角度，传递给单片机，再通过PD算法给PWM波，达到循迹的目的。现在想回来，小车走的不太顺滑估计是PD的参数没有调好的缘故。
验收前两天吧，烧了一块407，烧的那天晚上，何佬抱着车，反复看电池和407，愁的看起来一晚老了好几岁。后面何佬说，可能是因为串口和编译器同时插407，烧了。
自动行驶小车做这道题的时候已经是离比赛不到一个星期了。我们换上了适合比赛大小的小车，带编码器的两辆很轻巧的车，带有编码器，自动计算车轮转动圈数，可以用作速度PD，也可以计算行驶圈数。这个题目要求小车可以顺时针逆时针寻迹，提高要求中要实现两小车在左边区域顺利会车。

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这个寻迹跟循迹不同，它是两边有线，中间都是空白。看着很像飞思卡尔的赛道，我们连夜找浩然哥。使用两边黑线规划路线会有局限，最后还是用第二次练习的循迹。篇幅有限，暂时不展开了。
这个题目调车调的有点久，还是不要三个人围着车一起调，效率低低低。跑这辆小车的时候，主要是我和何佬在调，就先让博哥去把蓝牙通信封装好，然后学一学MSP，谁能想到，这无意之举居然在省赛起到了最最最关键的作用！！尽管用MSP的小车还没有跑起来。

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我开始尝试做数字识别，前前后后买了两个K210。前面用openmv做数字识别效果并不好，我们买的是openmvh7，就是openmv4，没有4plus强大的机器学习功能。坐牢坐了两天标注了两千多张数据集，最后识别效果不尽人意。买了K210，训练了五百多张，除了帧率有点低，识别正确率还是很高的。但确实K210对色彩没有openmv那么敏感。
省赛赛题公布后的很长一段时间，我跟他们俩打趣说好像没我啥事了，我写报告吧。确实这个题目看似视觉的内容不是很多，而且他们俩一早上焦头烂额在弄MSP432和蓝牙通信，我就在旁边帮忙借借器材打打杂。这个分叉口其实挺好做的，之前循迹的基础上，视野每个部分本来是寻找一个最大色块，现在改成寻找两个最大色块，分成左边和右边分别计算偏移角，要走外圈直接取右边的偏移角，走内圈直接取左边。停止线也好做，色块面积大于一定值就认为是停止线。等待停止线我取巧了，因为会混淆停止线，我干脆不区分了，第一次停五秒，第二次直接停。

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第一天早上我们就实现蓝牙通信了。多亏博哥封装好了MSP，我们俩即使不会MSP，也能直接调用博哥封装的函数写逻辑。晚上我们调车确实是太浪费时间了，在走廊这么昏暗的环境，还要小车循迹，也太难为它了。
在大部分逻辑代码还没完成的情况下，最高效的应该是一个人调车，一个人往后写代码，一个人修改代码。当然这只是我的想法，不容易维持，因为小车一旦跑好一些了又忍不住跑过去看，再聊上几句，回来就不知道写到哪了。
我们没有用光电循迹，摄像头帧率能达到60fps，已经很够了。也没有用超声波测距，用过openmv自带的3D测距AprilTag模块，但事实上要看完整AprilTag码两小车距离已经是少于20cm了。因此比较巧妙的用了之前的色块识别，同样后面再细细讲呗。

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最后一天凌晨一点多已经跑出要求一和要求二了，结果到了七点多其中一辆跑不起来了，轮子一直打滑，拿起来在跑，放下去又不动了。换了轮子，换完轮子换电机，换完电机换电机驱动，主车的电机驱动应该是能驱动减速电机的，可是已经来不及买了。L298N好像是驱动不了减速直流电机。老师叫我们换15V电机又烧了一个L298N，后面老师送来飞思卡尔的电机驱动，已经是十点多了好像，来不及再折腾了。于是放弃第四问的速度要求，换回以前轻巧的小车。两辆车重新跑起来，已经是十二点多了。午饭已经没有心思吃了，马上重新调参，写第四问，大概在三点多，第一第二第四问基本搞定了，开始调第三问。第三问出了bug，看代码也没问题，咬咬牙重写一个开环的。那时通宵了一整天我脑袋已经不清晰了，坐在电脑前面，有思路但就是写不出来。找来何佬把代码交给他继续写。最后还是没有调出来。

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封箱前，我们的车还是会摄像头看不见到处乱跑，验收那天非常紧张。调试的时候还会看不见停止线，在弯道跑飞。及时发现是反光问题，后面还算顺利。
写在最后 【算法|2022年电设省赛碎碎念【省一！！】】本来因为暑假留校，整个人都很难过。培训的时候，整个实验室氛围极好，每个组都很认真在学习。毫不夸张地说，一个学期学的一门课程充其量也不一定比得上这个月。小车题虽然听说很卷，但要我重来，我也会选小车。我们每一点进步都能体现在小车上，它毫不掩饰表现给我们看，那种成就感和欣慰感难以言表。