《物流搬运校车系统整体设计案例》3000字

物流搬运校车系统整体设计案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u7162物流搬运校车系统整体设计案例综述 186781.1系统整体设计方案 1294841.2物流小车传感器模块选型 149051.3主控芯片选型 22421.4小车结构设计 5293871.5系统编程软件选型 51.1系统整体设计方案本系统采用了STM32F103C8T6作为物流搬运小车系统的主控芯片，然后为该系统搭配电源模块、功率驱动模块、LCD显示模块、传感器模块与通信接口模块控制物流搬运小车移动，如图1.1所示。本次系统共用到了PYAI-K210开发板和stm32最小系统板及其开发板。其中传感器模块负责去检测识别AprilTAG，通信接口模块负责将识别结果通过串口发送给stm32最小系统板。电源模块负责去为PYAI-K210开发板和stm32最小系统板及其开发板供电。LCD显示模块负责去显示传感器模块所识别的结果。功率驱动模块负责接收stm32最小系统板所发出的PWM信号，通过驱动芯片控制电机运作。图1.1基于AprilTAG物流搬运小车的系统框图1.2物流小车传感器模块选型物流小车传感器模块主要的任务是检测与识别AprilTAG，在本系统中对于传感器模块的选型有两种选择：星瞳科技的Openmv和01studio的PYAI-K210。Openmv可以看作是一个能够进行编程的摄像头，并且在这个摄像头内部配置了一些图像处理算法，上手简单易学。其摄像头小巧、功耗低、成本低，Openmv的I/O引脚输出电压都是3.3V，而且能够耐受5V的电压。其摄像头模块可以拆卸下来，并且能够允许很多不同的感光元件来进行连接。它除了可以进行AprilTAG检测识别之外，还可以进行人脸检测，颜色追踪，二维码条形码的识别。PYAI-K210则是由01studio所研发，基于嘉南科技设计的芯片K210，它内部采用了RISC-V处理器的架构，及机器视觉、机器听觉于一体，可以广泛地应用于许多场景中，拥有自主的IP内核，其可编程能力强，PYAI-K210拥有双核64位的处理器，内部配置了许多硬件加速的单元如KPU、FPU等，并且其KPU可以运行现有的各种AI算法模型和自己训练的各种算法模型，而且支持各种机器视觉的功能。虽然Openmv的图像比PYAI-K210清楚，且支持的视频格式多于PYAI-K210，可以说如果是单纯的摄像，Openmv那一定是个非常不错的选择。但是本次选择PYAI-K210的主要原因是其算力强，甚至高于了树莓派和JetsonNano，而且其价格更加实惠，性价比更高。虽然两者都没有GPU的单元，但是PYAI-K210有一块KPU来为神经网络单元加速，在低功耗的情况下其内部的KPU也能够完成卷积神经网络的计算，并且能够时时刻刻地去获得被检测目标的大小、坐标等等的各种信息。总的来说如果把Openmv比作是轿车的话，那么PYAI-K210可以说是跑车了，其集高性能和高性价比于一体，所以本次系统的传感器模块选择PYAI-K210开发板。1.3主控芯片选型本系统选择了STM32F103C8T6作为主控芯片，其最小系统板如图1.2所示，该最小系统板负责接收串口发来的数据，进行处理，然后生成PWM信号。对于本系统有三种主控芯片选型方案：AT89C51、ATmega16、STM32F103C8T6。图1.2STM32最小系统板作为应用非常广泛的一个8位单片机AT89C51，它拥有近乎非常完善的总线专用寄存器，面向控制的指令系统。单片机内部拥有一个可擦可编程只读存储器和EEPROM技术相互结合产生的闪烁存储器，既拥有前者那样可编程的强大控制力，又拥有后者那样电可擦除的高操作性能，与此同时还能够快速的访问。因为这些特点使得这个单片机拥有了非常高的可靠性、实用性，并且让它在同类的芯片中因价格和性能脱颖而出。该单片机和51单片机的信息指令系统能够相互兼容，并且内部的EEPROM允许能够反复不断地进行在线编辑通过它的程序数据存储器。AT89C51芯片其自身的优越性更加展现在对于一般EEPROM的字节写入时间与字节擦除时间都是10毫秒，就实时系统而言，这是不可能在短时间内完成的任务而本芯片的EEPROM却可以很短的时间完成，并且其抗干扰能力强，能够容易地进行过静放电、群脉冲等测试。但是它的AD、EEPROM等功能需要依靠外设扩展来实现，这样既增加了硬件的负担力也加大了软件的负担力。虽说其I/O引脚使用起来相对简单方便，但是它最大的软肋高电平时无输出能力也成为一个很大的缺陷。AT89C51单片机自身运行速度并不快，特别是在数据指针方面，如果能够得到改进增强，也许能够给编程带来方便。其单片机保护能力很差容易烧毁芯片。作为高性能、高速度、低功耗的8位单片机ATmega16，它省去了关于累加器A的结构，而通过其R16-31寄存器来代替了累加器A的功能。在ATmega16中，并没有上者所说的51单片机运行速度过慢的双数据指针，ATmega16是通过16位寄存器来实现了数据指针的一系列相关功能，并且内部配置了三个16位寄存器来代替，相当于拥有了三组数据指针。在实现这些功能的同时还能够做后增量或者先减量操作，而在上者51单片机中，所有的逻辑运算都需要放在累加器A中来进行处理运算，而ATmega16却可以在随意两个寄存器之间任意进行，完全节省掉了在累加器A中的反复折腾，凭借这些就可以在上者AT89C51单片机中领先而出。ATmega16单片机拥有着大部分为单周期以字为单位的指令，它可以在执行本指令的功能的同时去完成即将到来的指令的读取动作。但是在ATmega16单片机的32个通用寄存器中，拥有了16个不能够直接进行立即数操作的通用寄存器，因此它的通用性上就不如所有寄存器都可以直接和立即数进行操作的51单片那样，所以其通用性比较差。其优点使得ATmega16在市场上一直在进行增长，但占有率还是不如51单片机。综合前两者考虑，本系统选择了第三个选择stm32系列的单片机，stm32系列单片机作为着性价比超级高的单片机占有着市场，凭借着强大的功能和性价比，让大多数系列的单片机都不能够达到。本系统选择了stm32系列中的增强型芯片STM32F103C8T6，从其核心单片机结构来看，它拥有着可以达到512KB的内设RAM和32字节的存储器，兼具着嵌入式Flash和64K的SRAM，能够及其方便地在系统中存储各种程序数据。凭借着芯片中自带的A/D转换功能，采用RS485通信方式与各个模块连接通信，直接输入采集各种的模拟量和开关量。在片内外设方面，stm32的外设丰富且功能强大，相比而言AT89C51单片机却只有两个定时器和两个外部中断，但是stm32有很多定时器，且每个定时器的功能都是十分的强大，比如自带PWM模式、输入捕获、编码器模式等等的功能，通过内部定时器甚至可以配置多到16个外部中断，另外它还支持IIC、DMA、以太网等外设，而对于51系列单片机来讲对于这些外设功能的实现只能通过CPU指令控制引脚的高低电平变化来进行模拟，多任务模式非常的占用CPU内部资源，并不适合去完成多任务高实时性的控制工作。无论是从处理速度还是外围设备或者是价格上，stm32系列的单片机都具有着很大的优势，并且其抗干扰能力不会比前两者差，综合起来说，就是速度快，外设强大，价格实惠。要说缺点的话，可能就是它暂时还没有内部集成EEPROM，但可以使用其嵌入式Flash的IAP功能去代替EEPROM的功能，并且可靠性高。1.4小车结构设计小车的车体结构设计是选择了一种差速驱动的结构模式，利用两个相互独立的电机来对小车的启动停止和方向进行控制。在小车的前方位置设置了一个万向轮来使小车保持平衡并能够自由的转向，从这样的结构来看，本次物流搬运小车结构设计简单，控制起来相对方便，只需要控制两个轮子的转动速度就可以控制小车进行左右转向。车体结构如下图1.3。图1.3小车的车体结构设计图1.5系统编程软件选型小车的传感器模块负责调用摄像头进行AprilTAG的扫描识别，PYAI-K210开发板的通信接口模块负责将识别的结果通过串口传送给stm32最小系统板，其中这两个模块的编程我选择了MaixPy，它能够将Micropython下载到K210开发板上，MaixPy不但能够支持单