【文章內(nèi)容簡介】 分析討論及經(jīng)歷才有了如下的硬件設(shè)計。 硬件設(shè)計 RPR220傳感器本小組使用的是RPR220光電傳感器。RPR220傳感器原理：RPR220傳感器是由紅外發(fā)射管和紅外接收管構(gòu)成的，其外部包裹著黑色塑料。當(dāng)搬運機器人行進時，紅外發(fā)射管會發(fā)射光，而黑線和白線反射光的強弱程度不同，白線比黑線反射能力更強，進而紅外接收管會吸收由黑線或白線反射回來的光，形成了一定的電流，電流通過18kΩ的電阻會形成一定的電壓，我們小組經(jīng)過反復(fù)實踐檢驗，設(shè)定了一個閾值，從而將電壓數(shù)值轉(zhuǎn)變成二值數(shù)值，即當(dāng)電壓值大于閾值時，我們設(shè)為值1；當(dāng)電壓值小于閾值時，我們設(shè)為值0。結(jié)合RPR220傳感器的原理，我們使用了八個RPR220傳感器。，前兩個是前瞻，能夠提前檢測到黑線；中間三個是巡線用的，其間隔是略大于黑線寬度；尾部三個是轉(zhuǎn)彎用的，同時又是輔助巡線用的，這三個中中間那個傳感器⑦對轉(zhuǎn)彎起很多的作用，而左右兩個傳感器⑥和⑧是輔助轉(zhuǎn)彎用的。我們小組所設(shè)計的傳感器有如下優(yōu)點：（1） 中間三個是巡線用的，其間隔是略大于黑線寬度，其很大的優(yōu)勢便是有效防止搬運機器人走丟或誤判。因為如果用作巡線的傳感器之間的間隔小于等于黑線寬度，一旦走偏了一點點，就會檢測不到路線了，這就造成了走偏；同樣地，若用作巡線的傳感器之間的間隔比黑線寬度大很多，就會很容易出現(xiàn)誤判，又因為它是要檢測黑白線的，所以小車在巡線過程中很有可能會歪歪扭扭前行；雖然我們小組用作巡線的傳感器之間的間隔略大于黑線寬度，但實際上在巡線過程中仍然是壓著黑線行進的，并沒有想象中的會歪歪扭扭而不穩(wěn)定的巡線。（2） 事實上，我們小組所使用的巡線傳感器一共有六個，中間的③④⑤三個RPR220光電傳感器起主要巡線的作用，尾部的⑥⑦⑧三個RPR220光電傳感器起輔助巡線的作用。這就使得我們的搬運機器人能夠穩(wěn)定地巡線，即使走偏了一點點，它也能夠及時糾正過來并繼續(xù)巡線行進。（3） 采用了三個用作轉(zhuǎn)彎的傳感器，其中位于尾部中間的傳感器⑦起主要轉(zhuǎn)彎的作用，左右兩個傳感器⑥和⑧是輔助轉(zhuǎn)彎用的。我們由一開始的用作轉(zhuǎn)彎的一個傳感器改進成了三個傳感器，這就使得我們的搬運機器人在轉(zhuǎn)彎過程中更加靈活、敏捷。而位于尾部的三個傳感器又具有輔助巡線的作用，如果在行進過程中偏了一點點，可以及時采集、反饋信息并及時糾正。 ALIENTEK MiniSTM32 ALIENTEK MiniSTM32 ：（1）小巧。整個板子尺寸為8cm*10cm*2cm（包括液晶，但不計算銅柱的高度）（2）靈活。板上除晶振外的所有的IO口全部引出，特別還有GPIOA和GPIOB的IO口是按順序引出的，可以極大的方便大家擴展及使用，另外板載獨特的一鍵下載功能，避免了頻繁設(shè)置B0、B1帶來的麻煩，直接在電腦上一鍵下載。（3）資源豐富。板載十多種外設(shè)及接口，可以充分挖掘STM32的潛質(zhì)。（4）質(zhì)量過硬。沉金PCB+全新優(yōu)質(zhì)元器件+定制全銅鍍金排針/排座+電源TVS保護，堅若磐石。（5）人性化設(shè)計。各個接口都有絲印標(biāo)注，使用起來一目了然；接口位置設(shè)計安排合理，方便順手。資源搭配合理，物盡其用。 ALIENTEK MiniSTM32硬件圖ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板資源如下：◆ CPU：STM32F103RCT6，LQFP64，F(xiàn)LASH:256K，SRAM：48K；◆ 1個標(biāo)準(zhǔn)的JTAG/SWD調(diào)試下載口◆ 1個電源指示燈（藍色）◆ 2個狀態(tài)指示燈（DS0：紅色，DS1：綠色）◆ 1個紅外接收頭，配備一款小巧的紅外遙控器◆ 1個IIC接口的EEPROM芯片，24C02，容量256字節(jié)◆ 1個SPI FLASH芯片，W25Q64，容量為8M字節(jié)（即64M bit）◆ 1個DS18B20/DS1820溫度傳感器預(yù)留接口◆ ，支持觸摸屏◆ 1個OLED模塊接口（與LCD接口部分共用）◆ 1個USB串口接口，可用于程序下載和代碼調(diào)試◆ 1個USB SLAVE接口，用于USB通信◆ 1個SD卡接口◆ 1個PS/2接口，可外接鼠標(biāo)、鍵盤◆ 1組5V電源供應(yīng)/接入口◆ ◆ 1個啟動模式選擇配置接口◆ ◆ 1個RTC后備電池座，并帶電池◆ 1個復(fù)位按鈕，可用于復(fù)位MCU和LCD◆ 3個功能按鈕，其中WK_UP兼具喚醒功能◆ 1個電源開關(guān)，控制整個板的電源◆ ，有效防止燒壞芯片?！?獨創(chuàng)的一鍵下載功能◆ 除晶振占用的IO口外，其余所有IO口全部引出，其中GPIOA和GPIOB按順序引 開發(fā)板使用注意事項為了讓大家更好的使用ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板，我們在這里總結(jié)該開發(fā)板使用的時候尤其要注意的一些問題，希望大家在使用的時候多多注意，以減少不必要的問題。（1）開發(fā)板一般情況是由USB_232口供電，在第一次上電的時候由于CH340G在和電腦建立連接的過程中，導(dǎo)致DTR/RTS信號不穩(wěn)定，會引起STM32復(fù)位2~5次左右，這個現(xiàn)象是正常的，后續(xù)按復(fù)位鍵就不會出現(xiàn)這種問題了。（2）雖說開發(fā)板有500mA自恢復(fù)保險絲，但是由于自恢復(fù)保險絲是慢動作器件，所以在給外部供電的時候，還是請大家小心一點，不要超過這個限額，以免引起不必要的問題（3）SPI1被多個SPI器件共用（SD卡/無線模塊/W25Q64），在使用的時候，必須保證同一時刻只有1個SPI器件是被選中的（CS為低），其他器件必須設(shè)置為非選中（CS為高），以免互相干擾。（4）JTAG接口有幾個信號（JTDO/JTRST/JTDI等）和LCD/KEY1等共用了，所以在使用的時候注意，一旦用到這些有沖突的引腳，就不能再用JTAG模式仿真/下載代碼了，必須使用SWD模式，所以我們極力推薦使用：SWD模式。（5）當(dāng)你想使用某個IO口用作其他用處的時候，請先看看開發(fā)板的原理圖，該IO口是否有連接在開發(fā)板的某個外設(shè)上，如果有，該外設(shè)的這個信號是否會對你的使用造成干擾，先確定無干擾，再使用這個IO。比如PA0如果和1820的跳線帽連接上了，那么WK_UP按鍵就無法正常檢測了，按鍵實驗，也就沒法做了。（6）當(dāng)液晶顯示白屏的時候，請先檢查液晶模塊是否插好（拔下來重新插試試），如還不行，可以通過串口看看LCD ID（按一次復(fù)位，輸出一次）是否正常，再做進一步分析。（7）當(dāng)使用液晶模塊（16位模式）的時候，PB0~PB15都被占用了，可以分時復(fù)用，但是在寫程序的時候要注意，這里還有連接到觸摸屏的PC0/PC1/PC2/PC3/PC13均會存在這樣的問題，在使用的時候要格外注意，看是否會產(chǎn)生干擾。 MCU ALIENTEK ，它擁有的資源包括：48KB SRAM、256KB FLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器（共12個通道）、3個SPI、2個IIC、5個串口、1個USB、1個CAN、3個12位ADC、1個12位DAC、1個SDIO接口及51個通用IO口。 BOOT0、BOOT1啟動模式表 ，一般情況下（即標(biāo)準(zhǔn)的ISP下載步驟）如果我們想用用串口下載代碼，則必須先配置BOOT0為1，BOOT1為0，然后按復(fù)位鍵，最后再通過程序下載代碼，下載完以后又需要將BOOT0設(shè)置為GND，以便每次復(fù)位后都可以運行用戶代碼?？梢钥吹?，這個標(biāo)準(zhǔn)的ISP步驟還是很繁瑣的，跳線帽跳來跳去，還要手動復(fù)位，所以ALIENTEK為STM32的串口下載專門設(shè)計了一鍵下載電路，通過串口的DTR和RTS信號，來自動控制RST(復(fù)位)和BOOT0，因此不需要用戶來手動切換狀態(tài)，直接串口下載軟件自動控制，可以非常方便的下載代碼，這是其他開發(fā)板所不具備的。P3和P1分別用于PORTA和PORTB的IO口引出，其中P1有部分用于PORTC口的引出。PORTA和PORTB都是按順序排列的，這樣設(shè)計的目的是為了讓大家更方便地與外部設(shè)備連接。P2連接了DS18B20的數(shù)據(jù)口以及紅外傳感器的數(shù)據(jù)線，它們分別對應(yīng)著PA0和PA1，只需要通過跳線帽將P2和P3連接起來就可以使用了。這里不直接連在一起的原因有二：1，防止紅外傳感器和DS18B20對這兩個IO口作為其他功能使用的時候的影響；2，DS18B20和紅外傳感器還可以用來給其他板子提供輸入，等于我們的板子為別的板子提供了紅外接口和溫度傳感器，在調(diào)試的時候，還是蠻有用的。傳感器，在調(diào)試的時候，還是蠻有用的。P4口連接了CH340G的串口輸出，對應(yīng)著STM32的串口1（PA9/PA10），在使用的時候，也是通過跳線帽將這兩處連接起來。這樣設(shè)計有兩個好處：1，使得PA9和PA10用作其他用途使用的時候（比如串口1連接其他串口設(shè)備），不受到CH340G的影響。2，USB轉(zhuǎn)串口可以用作他用，并不僅限這個板上的STM32使用，也可以連接到其他板子上，這樣ALIENEK MiniSTM32開發(fā)板就相當(dāng)于一個USB轉(zhuǎn)TTL串口。P5口是另外一組IO引出排針，將PORTC和PORTD等的剩余IO口從這里引出。在此部分原理圖中，我們還可以看到STM32F103RCT6的各個IO口與外設(shè)的連接關(guān)系，這些將在后面給大家介紹。，在有外部電源（）的時候，CR1220不給VBAT供電，而在外部電源斷開的時候，則由CR1220給VBAT供電。這樣，VBAT總是有電的，以保證RTC的走時以及后備寄存器的內(nèi)容不丟失。 電路設(shè)計方案 ALIENTEK MiniSTM32電路 ① ② ③ ALIENTEK MiniSTM32控制系統(tǒng)電路設(shè)計圖（上述圖①②③） RPR220光電傳感器電路 傳感器電路圖 電源穩(wěn)壓電路 電源穩(wěn)壓電路圖 LCD液晶顯示屏TFT_LCD是一個通用的液晶模塊接口。OLED是一個給OLED顯示模塊供電的接口，它和TFT_LCD拼接在一起。當(dāng)使用TFTLCD時，我們接到TFT_LCD上（靠右插）就可以了，而當(dāng)我們使用ALIENTEK 的OLED模塊時，則接OLED排針做電源，同時會連接到TFT_LCD上（靠左插）的部分管腳，從而實現(xiàn)OLED與MCU的連接。ALIENTEK MiniSTM32的LCD接口兼容ALIENTEK各種尺寸的TFTLCD模塊，包括：(320*240，電阻屏)、（320*240，電阻屏）、（480*320，電阻屏）、（800*480，電容屏）、7寸（800*480，電容屏）等。 LCD液晶顯示模塊圖4 軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)軟件部分主要是主程序通過調(diào)用各個模塊的子程序控制機器人的整體運作，每子程序設(shè)計一個模塊的動作，其中還包括一些公共子程序。軟件部分包含了巡線模塊、轉(zhuǎn)彎模塊、后退模塊、延時模塊、停止模塊、鉤子模塊以及算法部分等。其中，巡線模塊貫穿整個程序始終，機器人搬運是以準(zhǔn)確而穩(wěn)定的巡線完成搬運過程的，做到了不盲走、不走偏、實時糾正；轉(zhuǎn)彎模塊又包含了左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)；鉤子模塊包含了鉤子升降模塊。下面將介紹我們小組搬運機器人搬運物料流程圖，： 出發(fā)區(qū) 中心 鉤子上有無物料 Y N 選物料 判斷物料是否全搬完 Y N轉(zhuǎn)到物料所在位置 鉤住物料能否繼續(xù)行進放置在前方目標(biāo)區(qū)放置物料 Y