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2026 年电赛(TI 杯)H 题:赛题分析与总体方案

2026 年电赛(TI 杯)H 题:赛题分析与总体方案 个人主页wengqidaifeng✨永远在路上永远向前个人专栏数据结构C语言嵌入式小白启动重要 OJ 算法题详解蓝桥杯备战C 从菜鸟到高手Python 启航AI 大模型与 Agent拥抱未来赋能自己文章目录博客系列总目录与阅读路线推荐阅读顺序全系列知识地图总览仓库资料边界开源说明第一篇赛题拆解、总体方案与往年控制类小车赛题对比1. 为什么这道题不能只当作“循迹小车”2. 把题目文字转换为可验收指标3. 与往年控制类小车题目的共性4. 总体架构为什么选择双主控5. 从准备阶段到比赛结束的里程碑6. 本篇结论7. 进一步思考如何把题目要求转成设计余量题目约束博客系列总目录与阅读路线本系列记录 MSPM0G3507 双主控小车从赛题分析、硬件搭建、底层驱动、循迹算法调试到摆杆滚球控制和最终测评复盘的完整过程。文章中的路径均为仓库相对路径代码、测试脚本和模块封装可以直接从公开仓库取得。推荐阅读顺序赛题拆解、总体方案与往年控制类小车赛题比较硬件选型、接线与上电验证软件架构、SysConfig 与模块化设计编码器速度环、差速运动学、MPU6050 航向环与直线稳定8 路灰度循迹、直线/半圆分段与 S1/S2/S3 状态机摆杆机械结构、MaxiCamPro 测量、步进执行器与三层 PIDMaxiCamPro、双主控通信、VOFA 遥测与可复现实验方法完整测评流程、失败案例复盘、比赛策略与开源交付全系列知识地图H题车载平衡滚球赛题与指标赛道圈时启停判据滚球目标点硬件系统MSPM0G3507TB6612与编码器灰度与MPU6050MaxiCamPro与步进软件控制速度环航向环灰度状态机三层滚球控制PID工程方法接线验证VOFA遥测回归测试测评复盘总览这道题不是单独写一个循迹PID而是把机械结构、电源、传感器、实时调度、速度闭环、航向辅助、视觉通信、双主控安全和赛道状态机组合成一个可测量、可恢复、可验证的系统。调试时坚持“每次只改变一个因素”并用串口遥测、上位机回归测试和实车视频记录证据。仓库资料边界小车运动主控工程公开仓库根目录smartcar_keil_diag/通用模块封装公开仓库中的ModulePackage/摆杆/滚球控制参考工程BalanceController/硬件与接线说明Hardware/主机测试与回归脚本Tests/主控、蓝牙、VOFA 和双主控协议说明仓库根目录下相应的*.md文件主控采用 LCKFB 天猛星 MSPM0G3507 开发板车体约为 30 cm × 24 cm车轮直径约 65 mm。实际使用的主要器件包括 JGB37-520 直流减速电机、TB6612 驱动器、MPU6050、8 路灰度传感器、MaxiCam Pro 和无编码器步进电机。涉及具体电气参数、安装尺寸和控制增益时应以实测记录和仓库中的配置文件为准不应直接照搬示例数值。开源说明完整工程、博客、测试脚本和模块封装均发布在 GitHubhttps://github.com/wengqidaifeng/smartcar_keil_diag建议按 01→08 的顺序阅读需要查阅代码时可从User/、Source/、ModulePackage/和Tests/目录进入。文章中的结论区分为“源码已实现”“主机测试已验证”和“必须在实车/机构上复测”三类便于后来者复现实验并继续改进。第一篇赛题拆解、总体方案与往年控制类小车赛题对比1. 为什么这道题不能只当作“循迹小车”2026 年省赛控制类 H 题的表面形式是一辆沿黑线运行的小车车上再安装一套可改变倾角的球槽使钢球在车辆静止或运动时到达指定位置。若只看小车部分它与历年常见的循迹、定点停车、路径计时题相似若只看滚球部分它又像单自由度倒置的球杆系统。但真正的难点并不是把两个已有模块装到一起而是二者会通过车体姿态、供电、电磁干扰、机械振动和实时调度发生强耦合。小车加速时球受到惯性作用半圆转弯时车体存在横向加速度和轻微侧倾急停时球会继续沿槽滚动步进电机动作又会抬高重心并给车架施加反力。如果循迹控制只追求最快滚球控制就会被持续扰动如果为了球的稳定把车速压得过低又可能无法满足整圈时间。因此这不是两个独立 PID 的简单叠加而是一个需要分层、分主控、分时间尺度设计的完整机电系统。本项目最终将功能划分为两条闭环链。第一条是小车运动链8 路灰度获得横向偏差MPU6050 获得偏航与角速度左右编码器获得车轮速度和里程MSPM0G3507 计算左右轮目标速度再由双路速度 PID 输出 TB6612 PWM。第二条是滚球链MaxiiCamPro 测量球相对中心 O 的位置球位置环产生目标球速球速度环产生目标球杆角度球杆角度环控制带编码器的步进机构。小车主控只负责“车怎么走”摆杆主控只负责“球如何稳定”两者通过模式、姿态和故障状态通信。2. 把题目文字转换为可验收指标控制类比赛中最容易出现的错误是大家讨论了很多算法却没有先定义“怎样才算通过”。本项目根据赛题资料把目标拆成四类。第一类是尺寸和结构约束。当前车体约 30 cm × 24 cm必须在安装球槽、相机、步进驱动器和支架后重新测量最大外廓。球槽支撑台距车板约 6 cm虽然名义上高于题目要求但最大倾角时槽底最低点可能下降因此需要根据转轴高度、半槽长度和实际挠度计算安全余量。万向轮位于车尾传感器、驱动器和重件的布置会改变前后载荷分布进而影响灰度传感器离地高度和驱动轮附着力。第二类是小车运动指标。正式地图包含两段直线和两个半径约 0.5 m 的半圆启停线只能覆盖部分灰度传感器通道。高速模式需要在规定时间内完成一圈并将停车误差控制在要求范围内带球模式允许更长时间但要求车体姿态平稳。这里至少要记录整圈时间、启停线检测时刻、刹车开始时刻、最终停车距离、每段丢线次数和第二段直线最大横向偏差不能只用“看起来跑完了”作为结论。第三类是静止滚球指标。钢球从 O 点向 5 cm 运动到达后折返并到 -5 cm 附近稳定总时间和最大误差均有明确限制。这个过程必须把“到达”和“稳定”分开位置第一次跨入误差带不代表完成球速度还要足够小并持续保持一定时间。否则控制器可能高速穿过目标点视觉帧恰好捕捉到一次合格位置但下一帧已经越界。第四类是运动中滚球指标。此时小车循迹与球位置控制同时工作评价不能只看球或只看车。需要同步记录小车速度、航向角、车体角速度、球位置、球速度、目标倾角和实际倾角。只有这些量同时存在才能说明球的偏差来自车辆扰动、视觉延迟、步进跟随不足还是外环参数不合适。3. 与往年控制类小车题目的共性历年电赛控制类小车题虽然任务形式不同但有几条共性。第一路径通常是已知几何图形传感器负责纠偏状态机负责阶段切换。第二评分往往同时考虑时间和精度单纯追求速度会放大停车误差和轨迹振荡。第三实车稳定性高度依赖编码器闭环、机械一致性和传感器安装而非仅由某个 PID 参数决定。第四现场调试时间有限模块化驱动、串口遥测和快速回退机制比复杂算法更有价值。传统循迹题常用灰度阵列直接输出偏差再由 P 或 PD 控制器形成左右轮差速带定点停车的题会增加里程门限和标志线识别带姿态或搬运机构的题还会增加任务阶段、执行器限位和动作互锁机制。本题继承了这些结构但新增了一个持续受车辆运动扰动的滚球对象。也就是说往年题目中“车走到位以后再动作”的串行流程在本题中变成“车辆和执行器同时闭环”的并行流程系统设计难度明显提高。与视觉导航类小车相比本题的主路径仍可由 8 路灰度可靠完成没必要把所有循迹任务都交给相机。数字灰度的优势是延迟低、确定性强、调试链短视觉更适合测量钢球和球槽中心。将两种传感器各自放到最擅长的位置比追求“一个相机解决全部问题”更可靠。与平衡车题相比本题的车体本身不需要直立平衡但滚球系统同样是欠驱动对象需要速度反馈和姿态前馈不能只用位置误差直接控制执行器。4. 总体架构为什么选择双主控单个 MSPM0G3507 从算力上可以承担两套控制但工程风险不只来自算力。小车主控需要稳定执行 10 ms 周期的循迹和速度更新UART 遥测不能阻塞编码器和灰度传感器数据必须及时处理滚球主控需要处理视觉帧、步进脉冲规划、编码器角度、回零和限位。将二者放在同一个工程里会让一次摆杆故障影响整车调度也会使调参和烧录难以独立进行。双主控的划分原则是“按闭环对象划分而不是按外设数量划分”。小车主控负责车轮、灰度传感器、车体 IMU 和小车状态机摆杆主控负责视觉球位置、球杆编码器、步进驱动和滚球任务状态机。两个主控之间只交换必要数据例如当前速度模式、车体姿态、运行状态、球控制是否就绪和故障码。任何一方通信超时都应进入预设的降级或停止状态而不是保持最后一条指令无限运行。这种架构也便于评分项目拆分。静止滚球任务可以在小车电机完全禁止时独立调试小车整圈循迹可以在不安装滚球或摆杆失能时完成最后再进行联合运行。比赛前任何一个子系统出现问题都可以快速退回已验证的得分方案而不是整车全部失效。5. 从准备阶段到比赛结束的里程碑准备阶段首先建立资料清单赛题原文、地图尺寸、扩展板引脚、电机与编码器参数、TB6612 真值表、MPU6050 地址、灰度模块极性、MaxiCamPro 协议、步进驱动器拨码与逻辑电平。第二步建立电源树和接线表明确 12 V 动力电、3.3 V 逻辑电、5 V 模块电源和共地关系。第三步才是创建 SysConfig 和驱动骨架。底层阶段按 LED/按键、OLED、UART、MPU6050、单轮电机、编码器、双轮速度、灰度位图的顺序逐项通过。任何方向不确定的电机都必须架空测试。控制阶段先调单轮速度环再调双轮直线再调低速灰度循迹然后区分直线和半圆最后加入里程和 IMU。滚球阶段先做机械回零与限位再做球杆角度闭环再做球速度和球位置闭环。联合阶段才允许同时运行两套系统。比赛前应冻结一个“保底版本”和一个“冲分版本”。保底版本只使用已经重复通过的功能参数不再大改冲分版本可尝试更高速度或更强前馈但必须能快速回退。每次实车测试保存提交号、模式、电池电压、地图版本、视频和 VOFA 数据。比赛结束后整理源码、文档、测试和失败记录使项目从一次性的赛场代码变成以后可复用的工程资产。6. 本篇结论这道题的核心不是某一个漂亮的控制公式而是从指标到架构、从驱动到闭环、从闭环到状态机、从状态机到评测证据的完整链路。往年控制类小车题积累的速度闭环、循迹、里程和停车经验仍然有效但本题要求进一步处理车体运动与滚球之间的耦合。只有先把系统拆清楚后面的 PID、视觉和步进控制才不会互相掩盖问题。7. 进一步思考如何把题目要求转成设计余量工程目标不应刚好等于评分门槛。若要求 20 s 内完成一圈设计目标可以设为稳定跑进 1718 s为电池下降、地面摩擦和起点摆放误差留余量若停车误差要求不超过 2 cm内部目标应尽量控制到约 1 cm而不是在测试中多次出现 1.9 cm 就认为足够。滚球的时间和误差同理应同时看平均值和最差值。设计余量不是盲目提高速度而是通过提升稳定性来减少因丢线、搜索和重复纠偏造成的时间浪费。针对赛题还应建立“得分依赖图”。图传任务可以独立完成小车整圈运行依赖底盘但不依赖滚球任务静止滚球依赖摆杆但不依赖循迹运动滚球则依赖全部子系统。按照依赖关系从少到多进行开发可以尽早锁定基础分数。若联合系统在最后阶段仍不稳定也能退回到独立通过的项目而不是为了追求最高项而丢掉前面已确定的得分。团队协作时每个接口都需要负责人和交付条件。机械负责人交付的不是“支架装好了”而是最大倾角、回差、限位和尺寸数据视觉负责人交付的不是“能识别球”而是帧率、延迟、坐标标定和丢帧行为控制负责人交付的不是“PID 写完了”而是目标、反馈、输出波形及最差实测嵌入式负责人交付的不是“能烧录”而是构建、版本、故障和急停路径。把交付物写清楚可以大幅减少最后联调时互相猜测。此外还应提前约定测试场地、工具和数据命名规则。地图尺寸、环境光、电池状态和钢球型号都会影响结果这些条件若没有记录同一参数在不同时间得到不同表现时就无法解释。统一实验条件本身就是系统工程的一部分。题目约束起点 A启停线第一段直线半圆 BC需要较大差速第二段直线出弯姿态恢复半圆 DA保持循迹与速度终点启停线立即清零 PWM摆杆滚球任务视觉测量 步进执行器约束控制对象验收重点设计含义圈时小车底盘S1/S2 在规定时间内完成速度控制不能只追求快还要限制姿态扰动轨迹8 路灰度直线摆动小、半圆不丢线直线与弯道采用不同增益和限幅球位置摆杆与视觉目标点误差、到达时间视觉坐标必须带单位和时间戳安全双主控通信断链、失步、越界时可停机所有执行器都有超时和急停路径
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