【立创开发板】梁山派瓦力机器人 - 嘉立创EDA开源硬件平台

# _项目更新_ 1. PCB由六层板更新为四层板，具体请看：改进版（四层板） 2. 更新LCD屏幕接口电路，图像显示正常 3. 更新VC-02串口接线 4. 更新眼灯接口位置 # _角色介绍_ 瓦力是电影《机器人总动员》中的一个虚构角色，亦是该片的主角。他是一台虚构的型号为 WALL-E（Waste Allocation Load Lifter Earth Class，地球版垃圾配置承载起重机）的机器人，后来一见钟情地喜欢上了新形异星植物探测女机器人**伊芙**（EVE，Extraterrestrial Vegetation Evaluator，但被瓦力叫做Eva 伊娃）。原本，“瓦力”是指影片虚构的特大型美国公司BnL（Buy n Large）生产的一系列清扫型机器人，但到了片中故事发生的年代，全世界的瓦力除了片中的这台外都已报废退役，故“瓦力”专指这最后的一台。 # _项目方案_ 项目方案是一个计划、策略或计划书，旨在指导一个项目的实现。它描述了项目的目标、范围、时间表、预算和资源分配等方面的细节。  ###### **梁山派选用的是GD32F470ZGT6，为充分利用其资源，将可用外设设置成表格形式，清晰明了。**  # _选型说明_ 选型说明是项目实施过程中非常重要的一部分，因为它直接影响项目的成本、时间和质量等方面的结果。因此，需要认真制定选型说明，全面评估各种因素，选择最佳选项，并对选项的利弊进行充分的评估和比较。 **瓦力3D外壳整体高度33CM，宽度30CM，空壳2.2kg，因此所搭载直流电机应有足够的驱动能力。选择合适的电机——>设配电机的电源，设配电机的驱动IC——>适配电源的降压电源IC。** #### **1. 24V降压DC—DC电源IC：TPS54331DDAR** >* 功能类型：降压型 >* 电压输入：3.5V 至 28V >* 电压输出： 可调节输出电压低至 0.8V  #### **2. 舵机驱动IC：PCA9685** >* 通信方式：I2C >* 工作电源电压：2.3V 至 5.5V >* 驱动数量：最多驱动16路LED（舵机）  #### **3. 电机驱动IC：AS4950** >* 宽电压供电：8V 至 40V >* 3.5A峰值驱动输出，2A持续输出能力 | IN1 | IN2 | 电机驱动状态 | | --- | --- | --- | | / | / | 空 | | 0 | 0 | 停止 | | 0 | 1 | 正转 | | 1 | 0 | 反转 | | 1 | 1 | 刹车 |  #### **4. 语音模块IC：VC-02_CN** >* 供电电压：3.6V 至 5V >* 支持接口：UART / I2C / PWM / SPI / GPIO >* 可用IO数量:10个  ###### **_安信可语音开放平台：[http://voice.ai-thinker.com/#/](http://voice.ai-thinker.com/#/)_** 通过SDK配置GPIO_B2为UART1_TX，GPIO_B3为UART1_RX，使VC-02的B2、B3脚复用为串口功能，以与GD32的USART2进行通讯。  #### **5. LCD：1.3寸ISP** [购买链接](https://m.tb.cn/h.UMNz7dR?tk=fEQsd7M9a3q) >* 分辨率：240（H）RGB * 240（V） >* 接口类型：SPI / 并口 >* 驱动芯片：ST7789V >* 工作电压：3.3V  #### **6. 电机：24V直流电机** [购买链接](https://m.tb.cn/h.UMnZ0Gn?tk=LskZd7MQA57) >* 工作电压：24V >* 空载转速：200转/分钟 >* 额定扭力：1.3kgf.cm  #### **7. LED灯珠：1W功率** [购买链接](https://m.tb.cn/h.ULWYcUr?tk=ebosd7LlHdp) ##### 普通的LED怎能配得上我的瓦力呢，我要找颗最闪耀的~  ##### **夜空中，我最闪耀 !!! (手动狗头)**  #### **8. 摄像头：Mlink-video** [购买链接](https://m.tb.cn/h.UL39Oud?tk=GVuHd7pD6Fj) >* 优点：体积小，画质高，配套APP >* 缺点：最高仅支持150米图传，价格小贵 最初打算设计个图传，集成于拓展板上，可是能参考的方案只找到了ESP32-CAM，而且加上后板子整体过于冗余，成功率不敢保证，于是便舍弃了自设图传方案，选用Mlink-video的WiFi图传模块。  # _调试过程_ ###### 费劲千辛万苦，终于把它焊完啦 ~~多么精致的板子~~  ###### 测了下板子温度，整体温度不超标。  ###### 调试语音过程中，发现咪头不起作用，万用表测量发现语音芯片的MIC+和MIC-短接在一起，猜测在芯片底部有连锡现象，在拆解过程中可谓是异常艰难，怎么拆也拆不下来，最终在社员的帮助下，终于。。。。。。  ###### 没错，把屏蔽壳拆下来了 ~~笑哭~~ （板子上的飞线是VC-02管脚的复用UART功能，原理图中没有设计） 可笑的是，拆下屏蔽壳之后，错误竟然排除了（不是底部连锡），原因竟是屏蔽壳有问题。  # _原理图设计说明_ ###### **1. 电源降压设计** TPS54331 器件的输出电压可从外部通过电阻分压器网络进行调节。如图所示，此分压器网络由 R3 和 R5 组成。方程式 4 和方程式 5 给出了输出电压与电阻分压器之间的关系。 电压基准系统通过调节具有温度稳定性的带隙电路的输出产生 ±2% 初始精度电压基准（±3.5% 过温）。典型电压 基准(Vref)设计为 0.8V。 ``` Vout = Vref ×（R3/R5+1） ``` ``` OUT_5V = 0.8 ×（4.7k/900+1）= 4.978 V ```  ###### **2. 电源指示灯设计**  **LED限流电阻公式：** ``` 限流电阻 = （供电电压 - LED压降）/ 额定电流 ``` 从以往的经验得知，设计一个3.3V的LED限流电阻大概用个4.7k的电阻，设计一个7.4V的大概用个10k的电阻，于是便想着本次24V的项目怎么也得用个几十k的电阻吧。而根据上面的公式计算出的电阻阻值最大只有2.335k，模糊的概念便促使着我继续查找了这方面的资料，于是便找到这个非常好用的工具，在这里分享给大家：**[LED限流电阻阻值计算器](https://www.eechina.com/tools/led_current_limiting_resistance.html)**  ###### **3. 电机驱动设计** 电源VIN到芯片VP应有两个滤波电容，大电容为250uF,小电容为100nF,大电容可以用体积大的电解电容，但却占了很大的面积。于是我选用四个10uF的普通贴片电容并联在一起，以达到250uF的容值，经实物验证此设计可行。  ###### **4. 眼灯设计** 众所周知，单片机IO口输出电流有限，仅有70mA，而1W的LED灯珠需要额定350mA，于是便用了一个NPN型的三极管（最大输出500mA）以输出足够大的电流驱动负载。  ###### **5. LCD设计** 此1.3寸的LCD可支持两种接口：并口 / SPI ，为充分利用MCU资源，于是采取了两种接口的连接画法，为程序实现提供了充足方式。  # _PCB设计说明_ ##### **PCB整体采用6层板设计，面积配合梁山派，一样的边框，一样的大小。** ~~好消息：沉金工艺 坏消息：只能绿色，要是配合梁山派的紫色就更好了~~~   # _3D模型说明_ ###### 3D模型零件数量高达好几百个，打印周期长，注意选好打印密度和支撑。履带的打印支撑，要用镊子一点一点地清理干净，否则会影响其他零件的安装（花了一整天才清理干净所有的支撑）。  # _蓝牙APP说明_ ###### 不需写代码的蓝牙APP制作工具，贼好用，[MIT APP INVENTOR](http://app.gzjkw.net)，推荐大家去使用  # _程序说明_ * VC-02与GD32进行串口通讯，进行语音交互控制命令。 * 语音MCU VC-02生成SDK中，只能通过串口发送十六进制数，而串口接收数据缓存的uint8_t型，因此要进行数据转换。 **HexChar函数的功能是将16进制字符由ASCII码转为相应大小的16进制数：** ``` char HexChar(char c) { if((c>='0')&&(c<='9')) return c-'0'; else if((c>='A')&&(c<='F')) return c-'A'+10; else if((c>='a')&&(c<='f')) return c-'a'+10; else return 0x10; } ``` **VC-02执行语句：** ``` if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc1)==0) BUZZER_ON; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc2)==0) BUZZER_OFF; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc3)==0) EYE_L_ON; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc4)==0) EYE_L_OFF; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc5)==0) EYE_R_ON; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc6)==0) EYE_R_OFF; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc7)==0) MOTOR_FORWARD; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc8)==0) MOTOR_BACKWARD; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc9)==0) MOTOR_LEFTWARD; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc10)==0) MOTOR_RIGHTWARD; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc11)==0) MOTOR_STOP; else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc12)==0) SERVO_WORK; ``` # _实物展示_ #### **说了那么多，快来让我们欣赏可可爱爱的瓦力吧~~**        # _任务进度_ * [ ] ~~蜂鸣器~~ * [ ] ~~眼灯~~ * [ ] ~~电机驱动~~ * [ ] ~~VC-02~~ * [ ] ~~蓝牙HC-05~~ * [ ] ~~摄像头模块~~ * [ ] ~~ADC电量检测~~ * [ ] ~~LCD~~ * [ ] 舵机 * [ ] 2.4G # _其它附件上传_ >###### 瓦力视频√ >###### 语音交互视频√ >###### LCD显示视频√ >###### 瓦力3D模型√ >###### 瓦力APP√ >###### 瓦力拓展板引脚分配表√ >###### 瓦力语音识别程序√ >###### 瓦力蓝牙遥控程序√ >###### 综合运行程序√