广东省工科赛—智能终端配送机器人：创作心路历程，踩过的坑和解决方案

前言
- 1、配送小车的成品图
- 2、作品视频演示
一、控制方案
- 1、器件选择
- 2、总体创作历程
二、SMT32下位机控制程序和逻辑分析
- 1、电机驱动
- 2、速度环PID
- - （1）、编码器
  - （2）、增量式PID算法
  - （3）、野火上位机PID参数整定
- 3、HWT101CT单轴陀螺仪
- 4、SYN-6288语音模块
- 5、舵机
三、Jetson nano上位机程序和可视化界面
- 0、遇到的问题和解决方案
- - （1）、Serial
  - （2）、端口号问题
  - （3）、调节摄像头曝光度问题
- 1、扫码模块
- 2、可视化界面
- - （1）、视觉调试界面
  - （2）、配送小车主界面
- 3、颜色识别
- - (1)、区块识别
  - (2)、红绿灯识别
四、电路设计

前言

最近在准备广东省工科赛的智能配送组赛项，在这里记录一下我和队友的创作心路历程和踩过的坑。配送小车的运行流程及赛道如下所示：

配送小车在黄色出发区等待出发。小车扫描二维码，根据二维码信息打开对应仓门，同时语音播报，放入物料后关闭仓门，配送小车出发。
配送小车出发前往紫色等待区，识别即将进入紫色等待区时配送小车减速，识别到即将离开紫色等待区时停车，确保精准停车。
在紫色等待区配送小车抬头识别红绿灯，当绿灯亮起时小车出发，并根据二维码信息左右平移至目标收货区(棕色)。
配送小车到达指定收货地点，停车并语音播报，扫描二维码，打开对应仓门并语音播报，拿取物料侯关闭仓门，小车自转180°。
配送小车平移至回到等待区前方，停车并向前出发，直到识别到黄色出发区，减速并控制黄色出发区在视角内居中。
配送小车回到出发区，配送任务完成。

1、配送小车的成品图

2、作品视频演示

Jetson nano智能物流配送小车

一、控制方案

1、器件选择

小车构成	名称
上位机	Jetson nano
下位机	STM32F103 STM32F407
舵机	DS3120数字舵机
底盘	四麦克纳姆轮移动底盘
电机	1:30减速比带编码器减速电机
电机驱动	双路直流电机驱动
摄像头	USB工业摄像头
陀螺仪	JY901S九轴陀螺仪 HWT101CT航向角陀螺仪
语音模块	SYN-6288语音模块
扫码模块	Scanner V3.0嵌入式扫码模块

2、总体创作历程

既然是小车，那自然是从底盘开始干起，一开始我们采用的是STM32F103最小系统板作为底盘控制板，然后在实验室找了一块电源板，准备开始测试电机驱动。我们使用的电机是1:30减速比减速电机，电机驱动是韦恩斯塔克科技的双路直流电机驱动。
于是有了下面这张我们小车的雏形：

浅浅地落地试了一下，效果还不错。测试完毕后，我开始着手设计我的上位机UI界面，并编写我的上位机程序。我采用Jetson nano作为上位机，与单片机进行通信，控制单片机完成各种动作。测试上下位机通信正常后，我再加入了颜色识别和扫码模块的程序，而后搭载于车上，进行了测试。可能由于配重问题或场地不平稳问题，导致小车无法正常直行和平移，东倒西歪，于是我加上了PID算法，使得小车能够稳定行驶，这个时候整块STM32F103系统板引脚基本都被插满了，看着也很乱，于是我换成了STM32F407作为底盘控制板使用。

测试后发现小车虽然能够正常直行，但是平移的时候还是会有些许问题。经过反复测试后，发现是因场地不平稳导致麦轮悬空，从而走歪，于是我加了陀螺仪对小车进行矫正，一开始使用的是九轴陀螺仪JY901S，但是实际上路时发现效果不是很好，会有-3°至3°的误差。而且最难受的是，当你开始怀疑陀螺仪不精准是不是受到了磁场影响，于是你去掉了可能存在的磁场干扰。但是当你做完这些后准备重新校准时，你就麻烦大了，你需要将整辆车抬起来，绕两个方向旋转360°。我的这辆小车还是挺重的，转个一两次直接裂开。于是后面换了HWT101CT单轴陀螺仪解决了这个问题。后面又继续调试了一些视觉方面的程序，修改了一些bug后，也算是基本完成了。

到这里你可能会觉得总体思路挺顺畅的，其实在实现的过程中还有很多奇奇怪怪的问题和一些值得一提的坑，我会在下文一一道来。

二、SMT32下位机控制程序和逻辑分析

我的STM32下位机控制采用的是STM32F407ZGT6最小系统板，基于HAL库编写了减速电机、编码器、陀螺仪、语音模块灯模块的驱动程序，以及PID速度环的闭环系统。

1、电机驱动

首先放上一些简单的电机驱动程序，包括电机PWM设置和电机的使能设置。

/*---------------------------- 设置电机PWM ----------------------------*/
void Motor1_pwm_Set(int motor1_n)   // 电机1设置PWM
{HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_1);Motor_PWM_sConfigOC.Pulse = motor1_n;HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);//Motor1_pwm_num = (motor1_n / (float)1000)*100;
}/*---------------------------- 电机使能 ----------------------------*/
void Motor1_up_enable(void)         // 电机1正转使能
{HAL_GPIO_WritePin(Motor_INA_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(Motor_INB_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_SET);
}
void Motor1_lost_enable(void)           // 电机1反转使能
{HAL_GPIO_WritePin(Motor_INA_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(Motor_INB_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET);
}
void Motor1_disable(void)           // 电机1失能
{HAL_GPIO_WritePin(Motor_INA_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(Motor_INB_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET);
}

2、速度环PID

如上总体创作历程所述，为了解决配送小车行走偏移的问题，我先采用的是增量式PID算法，利用编码器实现配送小车4轮的速度闭环。

（1）、编码器

我们选购的编码器为AB双向增量式磁性霍尔编码器，其会将电机运转时的位移信息转变成一段连续的脉冲信号，利用脉冲个数可算得位移量。
在开始上手之前需要注意的事项：

1、首先第一步还是要把传感器搞定，确保单位时间内获取的编码器脉冲值是正确的。
2、我们购买的编码器是霍尔编码器，即为磁电转换的编码器，而且我在装车前就已经将编码器外壳拆卸掉了，因此需要确保编码器不会受到外界磁场过强的干扰。
3、给编码器供电的电源板切记要和单片机共地，我就是因为没有和单片机共地导致信号不稳定，耗费了很长时间。
4、注意好CubeMx配置的几倍频。

下面是我做的一些编码器的笔记，记录下以后方便查阅，就是字有点小丑

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