這是我本科階段的最後一戰，本來期待一個完美收官，但是意外頻頻，打的不盡如人意，但收穫還是有的，故在此覆盤，留下一些可供後來人參考的東西。
在此感謝我的隊友CJC,WJJ,陪我一起熬夜！
筆者才疏學淺，如有錯漏之處，還請告知於我及時更正，感激不盡！
1 國賽的備賽（賽前一個月）
我們組確定了做控制類的題目，也就是說會選擇飛行器或另一道典型控制題，所以在硬件的準備上，我主要着重於控制板的設計與調試以及飛控的調試，後來因爲聽說飛行器題目限定使用德州儀器的芯片，所以後期的重心主要在另一道控制題目上，我的隊伍準備了：
- STM32F407主控板（帶有MPU6050/9250接口,7線OLED顯示模塊,一組SPI,4個ADC通道，4個DAC通道，4個定時器通道，4個串口，6個按鍵，2個LED,1個蜂鳴器,1套SPI,1套IIC）
- 電源板（12V直流輸入，12V/5V直流輸出，2個直流電機驅動，2個步進電機驅動，4路舵機驅動）
- 圖像處理板（使用STM32H7,刷寫micropython固件，可使用OpenMV的IDE編程，攝像頭型號OV7725）
- 無線調參器（用於快速地，實時地調節參數，帶一塊4.3寸液晶屏，8個按鍵，2個電位器旋鈕，1個無源蜂鳴器，1個RGB燈，1個外置FLASH芯片）
4塊板子統一了接口，可以用防反接的端子線互連
我的隊友負責驅動代碼的維護，確保每個模塊都可以成功驅動（OLED，蜂鳴器，舵機，步進電機，直流電機，陀螺儀，串口，ADC，DAC，IIC，SPI）
反思：
- 在準備過程中，存在由於任務分配不均導致的部分隊員怠工的現象（廣泛存在於各組，不是個案，不是所有人都是爲了參賽的學習，有些人就是隻想混個經歷）。這種情況就需要多溝通，高年級學生作爲實驗室的主導者，不能無視，更不能
同流合污。否則會陷入惡性循環！ - 測試好的的代碼包，需要在必要的地方添加註釋，方便在使用時快速移植
- 飛行器題目由於涉及到機器視覺，德州儀器的MSP430/432系列很難滿足要求，DSP對於使用者的技術要求又偏高，所以在芯片限定上勢必會適當放寬，準備期間的擔心不成立（放棄飛行器的關鍵應該是實驗室不具備調試飛行器的場地條件）
2 國賽進行時
拿到題目，在注意到飛行器題目需要SD卡後果斷放棄（我的圖像處理板沒有畫SD卡），開始準備 H題-電磁曲射炮。
我把整個工作分爲以下幾個部分
- 電磁炮及其驅動
- 視覺部分（尋找靶標）
- 炮臺控制
- 論文撰寫
以下詳細介紹各部分的分析與落實情況:
（1）電磁炮及其驅動:
電磁炮通過在網上搜索資料有了初步的理解，在瞭解了射程的要求後，我們認爲單級線圈就可以滿足題目要求的出射速度（事實上也的確如此），遂開始繞制線圈，開始使用電源組的漆包線繞制線圈，漆包線很細，導致線圈內阻很大，在使用電源箱測試時，短路電流也上不去（約7A@60V,等效內阻8.6Ω，可以說是相當大了），反覆的測試還導致線圈發熱脫膠（這不就是電熱絲？），後來到電機維修的店裏買了粗的漆包線，繞制了約150匝，線圈內阻就很小了。
【完整參數：約150匝，漆包線直徑1.25mm,電阻約20mΩ】
內阻問題解決，電流可以上去了，但是通過計算可以看到，理論短路電流已經達到了3000A@60V,如此大的電流電源箱如何招架？就算存在,熱功率也達到了180kW,這是不現實的，何況我們需要的是瞬時放電，所以大電容是再好不過的選擇了，由於要求可控，需要一個開關來控制電容對線圈放電迴路，我們找了一個空氣開關來臨時實現（在後期替換爲MOS管，畢竟發射需要電控），經過測試，使用螺絲/鐵釘作爲炮彈時，繞制的線圈炮可以達到要求,（因爲發射時炮彈獲得的動能大致是固定的，動能E=1/2mv^2，只有質量m小一些，才能獲得較大的速度v,當然，質量太小的物體在飛行時受到氣流影響較爲明顯，主要表現爲彈道發飄，落點不固定，因此需要在質量m與速度v之間做取捨）。
爲確保精度，炮臺使用了步進電機（航向與俯仰，共兩個步進，使用16細分）,步進電機驅動代碼由大二隊友負責，爲了實現炮臺兩週的角度閉環，使用定時器充當了一個模擬編碼器，對輸入步進驅動器的脈衝進行計數，只要步進電機不丟相，根據脈衝數就可以確定步進電機當前的角度。
（2）視覺部分（尋找靶標）
使用了自制的攝像頭板，刷寫了micropython的固件，所以可以使用OpenMV的IDE進行編程，尋找靶標的邏輯比較簡單：先找紅色色塊的區域，在色塊附近區域使用霍夫變換的方法找指定半徑範圍內的圓，此算法相比於全圖像霍夫變換，效率奇高（78fps），ov7725在不做任何處理的情況下，也就78fps左右以至於我都誤以爲幀率刷新的代碼寫錯了。後來擔心由於光照原因導致色塊識別出錯，改成了灰度圖直接霍夫變換找圓，只不過對ROI做了一個固定的限制（上下端部分不要），測試幀率在60fps左右。最後，使用串口以115200的波特率將圓形圓心的座標發出，同時帶有固定幀頭幀尾校驗和無圓心的特殊標誌位，並且爲方便調試，識別到靶標時，亮紅色LED作爲提示。全部代碼實現後，實測幀率40-50fps左右，滿足要求。
（3）炮臺控制
炮臺航向的控制非常簡單，不再做過多敘述，在此詳細介紹炮臺俯仰的控制（俯仰角控制炮彈的垂直出射角）。
首先，根據高中物理可知，在理想情況下（無空氣阻力，炮彈出射動能恆定，出射點與着彈點在同一水平處），45°出射時射程最遠。具體公式我在比賽的時候推導過（但是現在找不到了），炮口在45°時，無論上擡還是下擡，着彈點都會向出射點靠近。但是要注意一點，很少有人的出射點是和地面水平的，也就是在炮彈發射之後，在達到與出射點同一水平高度時，還將繼續飛行一段時間。
通過計算，考慮出射點高於實際着彈點情況下，在機械結構本身產生誤差角δθ時，高射方式（大於45°出射）比低射方式（小於45°出射）產生的誤差δx要小，但是由於我們炮臺機械裝置的侷限，迫不得已採用了低射方式，不過在後續實測中，這點誤差無關緊要。
在炮臺控制中，射程主要和線圈的初始放電電壓（電容電壓）、炮彈形狀材質、線圈匝數、炮彈在炮膛中的位置和出射角有關，前4個變量都可以被控制成常量，所以只需要控制出射角這一變量即可改變射程。出射角與射程的函數關係非常重要，由於公式推導複雜，我們採用直接的實測數據來擬合出這一函數關係。擬合的方式採用分段折線擬合，（多項式擬合在最後被實踐證明爲最不靠譜的擬合方式）。
（4）論文撰寫
論文撰寫部分完全交給了組內大一學弟負責。
反思：
在這個環節我犯了不少錯誤，也反映在這個過程中，我沒有做好一個合格的領導者。以前我習慣單打獨鬥，軟硬件都是自己來，這次比賽還是沒有適應過來，雖然我主要做控制算法和視覺算法工作，但還是想每個部分都插一手，搞得其他兩個隊員很不滿意，總感覺我在否定他們的工作。
此外，我自身沒有形成比較權威的領導力也是一大問題，隊裏大二的隊員本身實力較強，在寫步進驅動代碼的時候有很多自己的想法，經常以“我覺得沒必要”駁回我的建議，當時考慮到隊伍情緒問題沒有做過多幹涉，結果在後期寫控制算法的時候才嚐到惡果，這位兄弟的變量名取的模棱兩可，他自己調用完全沒問題，我在銜接的時候暈頭轉向。因此，我的建議是，在團隊合作中，多溝通，及時消除所有拒絕合作的苗頭；對於不好的編程習慣，一定要儘早杜絕。在代碼交接的部分，一定要規範命名，多寫註釋！
在比賽過程中，我一開始在調一個激光跟隨的發揮部分，做好之後發現我們的基礎功能還沒實現（此時已經過去大半天），纔開始調基礎功能，後來時間倉促，這個發揮部分也沒有用得上。可以說白白浪費了許多時間。後來使用調參器改造成遙控，加上了預測彈道和着彈點的界面，感覺在界面花了太多時間，雖然最後這個部分得到了評委的肯定，但是如果用這個時間去打磨我們的基礎部分，效果會更好。所以，做比賽還是應該按部就班，不要好高騖遠。
在基礎部分中，要求鍵盤給定距離和角度，當時圖方便，航向角步進3°，射程步進5cm，（最後也沒有改動）。比賽現場評委指定了20°位置，航向角的初始值爲0°，我們的設置只能到18°或21°，導致總是打偏。
此外，沒想到用來判斷落點的所謂高速相機，竟然是評委的眼睛！（笑），然後是通過一個沙盤來判斷落點。我現在才意識到沙盤的高度相當於縮短了我在上文圖片中標出的ΔH,而且由於我們採用的是低射方式，距離越近，誤差就越明顯！我們在自己標定的時候，都是直接在瓷磚地面標定的（也有在厚的瑜伽墊標定的，這樣就很逼近賽場情況了），2cm的沙盤，最大可以產生6cm的射程誤差，我也總算理解了爲什麼比賽時落點總是比自己實測的時候短一點了。（很氣）
3 綜合測評備賽（賽前一週）
主要看了前幾年的真題，在Multisim仿真了一下，也把部分電路在洞洞板上搭了一下，發現有源濾波的截止頻率計算比較複雜，理論計算、仿真結果，bode圖分析以及實物實測出來的參數竟然都各不一樣。最後決定：如果遇到濾波，直接採用無源濾波的方案，幅值小就用運放放大。這部分準備較爲充分。
準備了士力架，不喫午飯以省下午餐時間。
4 綜合測評進行時
拿到題目不久，已經有了方案：
- 方波：運放正反饋出個方波，由於壓擺率問題導致波形不好看，送到與非門整形，一次整形不好看，再整一次（使用運放*1，與非門*2）
- 正弦：三階無源低通，後接反向比例放大(使用運放*1)
- 矩形波：方波通過電位器給電容充電，和方波送入與非門，調節電位器可調節電容電壓上升時間，從而在與非門輸出可調脈寬矩形波。（使用與非門*1）
- 餘弦：方案A:對正弦積分使用（運放*1）；方案B:信號過低通移相後放大（運放*1）【此想法未嘗試，不保證有效】
比賽的時候不知爲何，我的濾波器突然失效，隊友的反向比例放大始終沒有增益，就卡在這個問題直到比賽結束，大家都很絕望……
這個問題的出現是真的是沒想到，感覺這就是“不可抗力”吧。
寫在最後
比賽結束後，我的隊友都比較沮喪（我也是），這世間最難過的事不是“做不到”，而是“本可以”。
誠然，比賽的成功是對參賽者能力的肯定，比賽的失利卻絕不是對參賽者能力的否定，做學問需要不卑不亢，十年磨劍纔是做學術的正確態度。謹記：功不唐捐，玉汝於成！