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从OpenMV到执行器：当PID算法开始“调教”舵机

news 2025/7/13 12:07:50

如果到现在还不会驱动舵机——朋友，电赛的元器件清单每年都在对你“明示”，二维云台都快成祖传考题了！补课？现在！立刻！（当然，如果你脸皮够厚，也可以私信骚扰作者，但建议先自罚三杯咖啡熬夜恶补）。

好了，收起你的悔恨泪水，接下来才是硬核环节：STM32如何优雅地“吃掉”OpenMV的串口数据，用PID“驯服”舵机，最后让色块追得像初恋一样死心塌地。从协议解析到算法调参，全程无废话（这句是假的，但代码是真的）。

目标：让你从“能跑就行”进化到“跑得嚣张”。现在，系好安全带，你的代码即将起飞——（如果崩溃了，记得Ctrl+S）。

文章封面

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文章目录

1. 串口数据解析：如何让STM32“听懂”OpenMV的“加密通话”
2. 舵机控制：如何让云台“指哪打哪”（或者疯狂摇头）
3. PID算法：从“帕金森”到“德芙级丝滑”的终极奥义

1. 串口数据解析：如何让STM32“听懂”OpenMV的“加密通话”

OpenMV发来的数据不是随便甩几个字节就能糊弄过去的——帧头、帧尾、校验和，少一个都算“通信事故”。（别问为什么这么严格，问就是被电赛现场的血泪史毒打过。）

为了让大家少走弯路，笔者含泪把帧解析模块解耦成独立.c/.h文件（复用性拉满，夸我！）。如果你的协议类似，直接CV大法好，省下的时间够你多调三次PID（然后发现还是调不好，笑）。

核心代码解析（附赠“人话”注释版）

/*** @brief  解析一帧数据* @param  frame: 帧数据指针* @param  len: 帧长度* @param  blob: 解析结果存储结构体* @retval 解析是否成功(0:失败, 1:成功)*/
u8 Protocol_ParseFrame (u8 *frame, u16 len, BlobData *blob)
{/* 检查最小长度 */if(len < FRAME_MIN_LEN){return 0;}/* 检查帧头 */if(frame[0] != FRAME_HEADER){return 0;}/* 检查帧尾 */if(frame[len-2] != '\r' || frame[len-1] != '\n'){return 0;}/* 提取数据部分(4字节) */u8 *data = &frame[1];if(data[0] == 0xFF && data[1] == 0xFF && data[2] == 0xFF && data[3] == 0xFF)   // 无目标情况{blob->has_target = 0;return 1;}/* 校验和检查 */u8 checksum = Protocol_CalChecksum(data, 4);if(checksum != frame[5]){return 0;}/* 解析dx和dy */blob->dx = (short)((data[0] << 8) | data[1]);blob->dy = (short)((data[2] << 8) | data[3]);blob->has_target = 1;return 1;
}

2. 舵机控制：如何让云台“指哪打哪”（或者疯狂摇头）

舵机控制，说白了就是PWM占空比的数字游戏——但如果你连定时器配置都搞不定……（电赛评委的凝视.jpg）。

笔者用的二维云台（某趣科技出品），水平270° + 垂直180°，两个舵机组成“摇头晃脑”二人组。

角度 ↔ 占空比の神秘公式

// 180°舵机：角度 → 占空比（0.5ms~2.5ms对应0°~180°）
duty = (angle * 1000) / 180 + 250;  // 250=0.5ms(基准值), 1000=2ms范围// 270°舵机：同理，但分母变成270（数学老师欣慰地笑了）
duty = (angle * 1000) / 270 + 250;  // 注意别让角度超限，否则舵机会“嘎嘣”一声

注：duty的单位是TIM的计数值，具体取决于你的时钟配置（不会算的速翻STM32参考手册第987页，假的）。

PWM操作：一句代码让舵机“扭起来”

初始化定时器（TIMx）和PWM通道后，只需调用库函数修改比较值：

TIM_SetCompare1(TIM2, duty_horizontal); // 水平舵机（TIM2通道1）
TIM_SetCompare2(TIM2, duty_vertical);   // 垂直舵机（TIM2通道2）

警告：

直接TIM_SetCompare可能会让舵机“抽风”，建议渐变角度（比如每次变化≤10°）。
270°舵机别给到angle=271°，否则它会用“齿轮打齿声”抗议你的数学能力。

下一幕：PID算法即将登场——
“当你以为调参是科学，其实全是玄学。”（手动狗头）

3. PID算法：从“帕金森”到“德芙级丝滑”的终极奥义

欢迎来到PID调参现场——这里没有科学，只有玄学、耐心和亿点点运气。你的云台要么优雅追踪，要么抽风摇头，全看这一趴！（友情提示：备好咖啡，调参前深呼吸三次。）

（一）PIDの灵魂拷问：方向别搞反！

在写代码前，先解决哲学问题：

水平舵机（dx）

dx > 0（色块偏右）→ 舵机该往右转（占空比↑还是↓？）
dx < 0（色块偏左）→ 舵机该往左转（占空比？）

垂直舵机（dy）：同理，但方向可能相反（取决于云台机械结构）。

验证方法：

手动给dx=100，观察舵机转向是否符合预期。如果反向——要么改代码符号，要么改云台安装方向（物理调参法，简单粗暴）。

（二）“稳态误差”的暴击：为什么你的舵机中途摆烂？

笔者血泪史：当误差dx=50时，舵机竟然不动了！原因：

P值太小：误差×Kp < 舵机死区阈值，输出力不足，舵机：“懒得动了。”
解决方案：加大Kp（可能引发震荡），引入Ki（积分项专治“摆烂”，用累积误差逼舵机动起来）

（三）PID代码实现（附“人话”注释）

/*** @brief  PID计算：让误差“社会性死亡”* @param  pid:   PID参数结构体（含Kp/Ki/Kd）* @param  actual: 当前误差（来自OpenMV的dx/dy）* @retval 控制量（直接喂给舵机）*/
short Pid_Calculate(PID_TypeDef *pid, short actual) 
{// 1. 计算当前误差（目标值通常是0，即对准中心）short error = pid->target - actual;  // 2. 【P项】当前误差的即时惩罚（Kp是下手狠度）float p_out = pid->kp * error;// 3. 【I项】历史误差的“秋后算账”（专治稳态误差）pid->integral += error;pid->integral = MAX(MIN(pid->integral, 1000), -1000); // 积分限幅防饱和float i_out = pid->ki * pid->integral;// 4. 【D项】预见未来：抑制过冲（Kd是刹车力度）float d_out = 0;if (pid->kd != 0) {d_out = pid->kd * (error - pid->last_error);pid->last_error = error; // 记录本次误差，下次算微分}// 5. 三路输出合体！（注意限制输出范围）return (short)(p_out + i_out + d_out);
}