Der Entwurf und die Herstellung des Systems können nach folgenden Schritten erfolgen:
Entwerfen Sie das Positionskontrollsystem für den roten Punkt:
Wählen Sie einen geeigneten roten Laserpointer und befestigen Sie ihn an einem zweidimensionalen elektronisch gesteuerten Gimbal.
Verwenden Sie Motoren und Encoder, um die horizontale und vertikale Bewegung des elektronisch gesteuerten Gimbals zu steuern.
Entwerfen Sie einen Steuerkreis, der die Bewegung des Motors durch Eingabe eines Steuersignals steuern und so die Position des roten Lichtpunkts steuern kann.
Stellen Sie sicher, dass die Steuerschaltung Zielpositionsinformationen aus Benutzereingaben empfangen und in entsprechende Motorsteuersignale umwandeln kann.
Entwerfen Sie das Positionskontrollsystem für den grünen Punkt:
Wählen Sie einen geeigneten grünen Laserpointer und befestigen Sie ihn an einem anderen elektronisch gesteuerten 2D-Gimbal.
Verwenden Sie Motoren und Encoder, um die horizontale und vertikale Bewegung des elektronisch gesteuerten Schwenkens/Neigens zu steuern, was dem Red-Spot-Positionssteuerungssystem entspricht.
Entwerfen Sie einen Steuerkreis, der die Bewegung des Motors durch Eingabe eines Steuersignals steuern und so die Position des grünen Lichtpunkts steuern kann.
Stellen Sie sicher, dass der Steuerkreis das Signal vom Positionskontrollsystem für den roten Punkt empfangen, beurteilen kann, ob sich das Ziel innerhalb der Reichweite des roten Punkts befindet, und die Position des grünen Punkts entsprechend steuern kann.
Systemstruktur und Platzierung:
Das Positionskontrollsystem für den roten Punkt und das Positionskontrollsystem für den grünen Punkt sind jeweils auf der zweidimensionalen elektrischen Steuerplattform installiert.
Platzieren Sie das Positionskontrollsystem für den roten Punkt an der Position in Abbildung 1(a) und stellen Sie sicher, dass es sich sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung frei drehen kann.
Platzieren Sie das Positionskontrollsystem für den grünen Punkt an der Position in Abb. 1(a) und stellen Sie sicher, dass es sich frei in horizontaler und vertikaler Richtung drehen kann.
Systemsteuerung und automatische Nachführung:
Entwerfen Sie eine Benutzeroberfläche, die Zielpositionsinformationen eingeben und an das Red-Spot-Positionssteuerungssystem weiterleiten kann.
Nachdem das Positionssteuerungssystem für den roten Punkt die Informationen zur Zielposition erhalten hat, wandelt es diese in das entsprechende Motorsteuersignal um, sodass sich der rote Punkt zur Zielposition bewegt.
Das Positionskontrollsystem für den grünen Lichtpunkt empfängt das Signal des Positionskontrollsystems für den roten Lichtpunkt und beurteilt, ob sich das Ziel innerhalb der Reichweite des roten Lichtpunkts befindet.
Befindet sich das Ziel innerhalb der Reichweite, sendet das Positionskontrollsystem für den grünen Punkt das entsprechende Motorsteuersignal an den grünen Punkt, damit dieser die Position des Ziels automatisch verfolgt.
Befindet sich das Ziel außerhalb der Reichweite, sendet das Positionskontrollsystem für den grünen Punkt keine Motorsteuersignale mehr und der grüne Punkt stoppt die Verfolgung.
Der konkrete Plan sieht wie folgt aus:
-
Funktion zum Zurücksetzen der Bewegungszielposition:
- Algorithmus: Verwenden Sie den PID-Steuerungsalgorithmus, um die Bewegung des Motors anzupassen, indem Sie den Abstandsfehler zwischen dem roten Lichtpunkt und dem Ursprung messen, sodass der Fehler zwischen der Mitte des Lichtpunkts und dem Ursprung ≤2 cm beträgt.
- Hardware-Sensor: Verwenden Sie einen fotoelektrischen Sensor oder eine Kamera, um den Abstand zwischen dem roten Punkt und dem Ursprung zu erkennen.
-
Bewegungszielkontrollsystem:
- Algorithmus: Verwenden Sie den Geschwindigkeitssteuerungsalgorithmus, um die Bewegung des Motors entsprechend dem voreingestellten Bewegungspfad und den Geschwindigkeitsanforderungen zu steuern, sodass sich der rote Lichtpunkt eine Woche lang im Uhrzeigersinn entlang des Bildschirmumfangs bewegt.
- Hardware-Sensor: Verwenden Sie einen fotoelektrischen Sensor oder eine Kamera, um den Abstand zwischen dem roten Punkt und der Seitenlinie zu erkennen.
-
A4-Zielpapiertest:
- Algorithmus: Verwenden Sie einen Bildverarbeitungsalgorithmus, um die Position und den Winkel des A4-Zielpapiers mithilfe der Bilderkennungstechnologie zu erkennen.
- Hardware-Sensor: Verwenden Sie eine Kamera, um Bilder von A4-Zielpapier aufzunehmen.
-
Automatisches Trackingsystem:
- Algorithmus: Verwenden Sie den Feedback-Steuerungsalgorithmus, um die Bewegung des Motors anzupassen, indem Sie den Abstand zwischen dem roten Lichtpunkt und dem grünen Lichtpunkt messen, sodass der grüne Lichtpunkt der Position des roten Lichtpunkts folgt.
- Hardware-Sensor: Verwenden Sie einen fotoelektrischen Sensor oder eine Kamera, um den Abstand zwischen dem roten Lichtpunkt und dem grünen Lichtpunkt zu erkennen.
-
Pausentaste und Messfunktionen:
- Algorithmus: Entwerfen Sie eine Pausentaste. Stoppen Sie nach dem Drücken der Taste die Bewegung des Motors und messen Sie den Mittelpunktsabstand des Lichtflecks.
- Hardware-Sensor: Verwenden Sie einen fotoelektrischen Sensor oder eine Kamera, um die Position des roten Lichtpunkts und des grünen Lichtpunkts zu messen.
Der Sensor des Hardwareteils kann je nach Situation ausgewählt werden, und der fotoelektrische Sensor kann einen fotoelektrischen Schalter oder eine Kombination aus einer Fotodiode und einem Fotowiderstand verwenden. Bei der Kamera kann zwischen einer hochauflösenden USB-Kamera oder einem Raspberry Pi-Kameramodul gewählt werden. Die Steuerschaltung kann durch einen Mikrocontroller oder einen Einzelchip-Mikrocomputer implementiert werden, und die Berechnung des Steueralgorithmus und die Ausgabe des Motorsteuersignals erfolgen entsprechend dem Ausgangssignal des Sensors. Gleichzeitig können das Soundmodul und das LED-Modul verwendet werden, um die Ton- und Lichtaufforderungsfunktion zu realisieren.