国二，2023国赛（E题），中山大学-基因拟态酶队 | 证明已开

基因***

这次国赛我为了打造亮点，全部方案都选择国产、性价比高的，同时用了STC32屠龙刀、SSD202D、ESP32这三个芯片，SSD202D移植OPENCV做图像处理，STC32控制舵机，ESP32做激光点定位。方案是没问题的，但是由于舵机精度不够，卡了两天时间调节，最终没有完全做完，只拿到国二，辜负了姚总的期望！
电赛报告、STC32程序贴在附件里~放几张电赛作品的照片（略丑）

绕框走效果

舵机调节上位机

屠龙刀

作品

作品

SSD202D控制台

硬件部分：

①硬件总体方案：（全国产低成本）

（1）红色激光器：由全球第一STC32G12K128作为主控芯片，通过串口连接SSD202D移植Opencv负责图像处理，最终通过STC32高级PWM做两轴舵机云台控制。

（2）绿色激光器：全球第一STC32G12K128作为主控芯片，连接ESP32芯片驱动OV2640进行图像处理，最终通过STC32高级PWM做两轴舵机云台控制。

②硬件原理图：

（1）红色激光器：

（2）绿色激光器：

软件部分：

①简易UART协议

由于STC32与另外两个外设芯片之间通过UART通信，为了设计方便，定义一种简单的UART通信协议：

②红色激光部分，STC32与图像识别模块的通信指令表：

（1）STC32发送给图像识别模块

	动作	指令	数据
1	自动五点校准	0x01	五个字节，第一个字节表示目前进行到第几个点（0为第一个点），第二个到第五个字节为一个坐标，表示当前校准位置在屏幕坐标系下的坐标。（浮点值乘以一千倍取整，高位在前，例：（0.25，0.2）表示为[0,250,0,200]））
2	进行矩形检测，并请求获取A4靶标的四个顶点图像坐标	0x02	无

（2）图像识别模块发送给STC32

	动作	指令	数据
1	返回校准结果的透视矩阵	0x01	透视矩阵的9个浮点数。（浮点值乘以一千倍取整，高位在前，例：（0.25，0.2）表示为[0,250,0,200]））
2	返回矩形顶点在图像中的坐标	0x02	四个坐标（每个数值用两个字节，高位在前）

③坐标处理算法

（1）寻找PWM占空比与屏幕坐标的关系

通过简单几何建模，使得红色激光点可以停留在屏幕上任意指定的坐标位置，从而实现回原点、绕着屏幕边框走的要求。简单几何建模，确定舵机角度值与激光点在屏幕上的坐标值的一一对应关系：

其中，参数ω和a33等于 1，通过透视变换后得到屏幕坐标下x，y。

④红色激光器部分工作流程与实现方法：

（1）用户按下与STC32连接的[回原点按键，STC32立刻调整PWM占空比，使得云台带动激光点落在屏幕正中央。（此时的占空比为提前手动测量并保存的定值，由于红色激光部分与屏幕之间的位置关系固定，因此可以这么做）。

（2）用户按下与STC32连接的[校准按键，STC32立即进入校准模式，动作如下：

1、STC32通过调整PWM占空比，使得云台带动激光点落在（-0.2,0.45）坐标，并通过UART向图像处理模块发送[自动五点校准命令，附带参数为：当前校准第1个点，坐标为（-0.2,0.45）

2、STC32通过调整PWM占空比，使得云台带动激光点落在（0.2,0.45）坐标，并通过UART向图像处理模块发送[自动五点校准命令，附带参数为：当前校准第2个点，坐标为（0.2,0.45）

3、STC32通过调整PWM占空比，使得云台带动激光点落在（0.2,0.05）坐标，并通过UART向图像处理模块发送[自动五点校准命令，附带参数为：当前校准第3个点，坐标为（0.2,0.05）

4、STC32通过调整PWM占空比，使得云台带动激光点落在（-0.2,0.05）坐标，并通过UART向图像处理模块发送[自动五点校准命令，附带参数为：当前校准第4个点，坐标为（-0.2,0.05）

5、STC32通过调整PWM占空比，使得云台带动激光点落在（-0.01，0.25）坐标，并通过UART向图像处理模块发送[自动五点校准命令，附带参数为：当前校准第5个点，坐标为（-0.01，0.25）

6、图像处理模块自发计算透视矩阵M[3*3]，并通过UART向STC32发送。STC32接收后将其储存。

（3）用户按下与STC32连接的[绕屏运行按键，STC32立刻调整PWM占空比，使得云台带动激光点绕着屏幕边框运动。由于红色激光部分与屏幕之间的位置关系固定，只需提前手动测量并储存屏幕边框四个点的坐标，即可通过简单插值让激光点绕着屏幕边框运动。

（4）用户按下与STC32连接的[绕靶标运行按键，STC32通过UART向图像处理模块发送[进行矩形检测，并请求获取A4靶标的四个顶点图像坐标命令，图像处理模块识别矩形并通过UART向STC32发送[返回矩形顶点在图像中的坐标命令，附带参数为：四个顶点在摄像头视角下的坐标值。STC32接收到之后，将坐标值与透视矩阵进行矩阵乘法运算，得到A4靶标的四个顶点在屏幕坐标系下的坐标，并立刻调整PWM占空比，使得云台带动激光点绕着A4靶标边框运动。

⑤图像识别模块发送给STC32的UART指令

	动作	指令	数据
1	红激光坐标	0x01	坐标（每个数值用两个字节，高位在前）
2	绿激光坐标	0x02	坐标（每个数值用两个字节，高位在前）

⑤绿色激光器部分工作流程与实现方法：

用户按下与STC32连接的[开始按键，STC32立刻进入[寻找模式，调整PWM占空比，使得云台带动绿色激光点快速在屏幕上扫描运动。图像识别模块不停地检测摄像头画面中的红色、绿色激光点并且将其坐标值通过UART向STC32汇报。一旦STC32发现画面中出现了红色激光点，则立刻转入[跟踪模式，此时STC32会通过PID算法调整PWM占空比，使得绿色激光器跟随红色激光器；同时，STC32控制有源蜂鸣器发声，控制LED亮起，做到声光提示。

番外篇:由于这次电赛成绩比较菜，没太多好分享的经验。那就讲讲我与stc的故事，放一些我从第一次接触stc开始做过的一些小玩意吧~

小白阶段:

初二的时候，我偶然(真的太偶然，毕竟谁会看QQ资讯)通过QQ资讯看到螃蟹王国的一篇文章，是一个摇摇棒的制作教学，第一次接触到单片机这个词，淘宝一搜第一个就是STC89C52开发板(当时被这个芯片吓到了，以为所有单片机都这么大，长度达到5.5cm)。然后我速速下单了开发板和单片机，晶振啥的，纯手工飞线做了一个摇摇棒，把自己乐坏了。


那个时候还不知道啥是c语言，只知道易语言，所以只能直接cv别人的程序。后来为了修改显示内容，就学了C基本语法，用易语言生成字模的C文件。再后来又用STC89c52等顺手做了旋转LED，


写字机器，

无线空中鼠标，

激光雕刻机，


红外逻辑分析仪


等等。那个时候我对STC特别好奇，因为官网很有特色，特别是那个大火炉，好像说是每个芯片出厂前都烤够8小时(不知道是不是这个意思)。有时候官网还会悬赏20万破解芯片加密，当时我还自不量力地去学了一段时间了单片机解密。还研究了一下STC-ISP,发现了几个彩蛋，比如软件标题说这个软件售价6000元，我还以为我免费下载到了是赚了6000。有的芯片如果设置了过高的内部振荡器频率，软件会让用户输入一个电话号码作为确认，那个电话号码我怀疑是姚总的。

进阶阶段:
2020年高三疫情居家，偶然看到淘宝推送2块多一个的全新热敏打印机芯，很好奇为啥这么便宜，可能是倒闭工厂的余料之类的。


虽然便宜，但是没有任何资料，于是我花了五天时间全网搜资料，但是只搜到一个原厂类似产品的data sheet。在确认的引脚定义后就尝试用STC15W408AS，结果真的成功了，于是就做了一个错题打印机(网课时截屏直接打印知识点，真的太方便)。


之后就一发不可收拾，每天我都会在淘宝找这种廉价全新的零件，然后疯狂找资料去用STC驱动。后面又陆续做了20块钱成本的针式打印机，


成本2块钱的加湿器，成本25块钱的可以打电话的计时器


，成本5块钱的疝气强光灯等等。大学后我才知道原来这种人群被定义为垃圾佬。

大学后，我开始意识到8051的局限性，就开始用全志、星宸、瑞芯微、ESP32等较为高端的方案了，但是只要涉及到串口调试，我都习惯使用STC-ISP，因为STC ISP能够自动显示有效的串口号和设备名，而其他几乎所有串口软件都不支持显示设备名。大二的时候参加了广东省电赛，第一次用到屠龙刀，用于破解宿舍空调码，最终整个作品获得省一，拿到了姚总的1K赞助，从此爱上STC32，放个省赛作品视频


总之，STC真的帮我实现了很多想法，直到现在我还拖着五十多片STC15L104W和STC15W408AS，只要有一些比较简单的控制我都会想到它们两个(可惜STC15L104W没有UART，但是奈何体积小，很多时候还是用的它)。
最后的最后的最后，期待宏晶的175℃大火炉越烧越旺，薪火相传，蒸蒸日上！更期待STC推出可以跑linux(uCLinux)的soc！

神***

开心，中山大学 来报道了 ！
当年中山大学吴老师推荐，中山大学建设了 4个 STC实验室

广东省组委会也给力，证明也开了

Lvp***

卧槽，大佬，中间那个介绍互联网+PPT既视感