【立创开发板】基于梁山派的多功能语音播报车 - 嘉立创EDA开源硬件平台

做为一个电子人，怎么能没有自己的小车？（doge） 本来想做一个平衡小车车，但是看到教程这么丰富，忍不住跟着一起做了一个飞法法的4轮车。(弟弟说不喜欢两轮，哭唧唧) # 项目介绍 ##### **该项目为立创开发板寒假训练营项目，跟着学习下来，一共掌握了：** >* 对常用电机驱动有一定了解，并自己画电路实现了功能； >* 掌握循迹电路原理，并实现了小车循迹功能； >* 掌握SR04超声波模块测距原理，并完成了测距功能，实现避障； >* 整个小车的电源部分，采用3节18650电池并联，并实现充电功能； >* 使用便宜又常用的0.96IIC接口的OLED屏进行显示，认识到一个单色GUI库，并移植成功显示比较好看的界面； >* 使用蓝牙模块HC05做无线控制，实现手机APP通过蓝牙控制小车； >* 使用WIFI模块ESP8266做局域网控制，实现手机APP通过WIFI控制小车； >* 使用2.4G模块NRF24L01做摇杆控制，设计了一个遥控杆，摇杆通过NRF控制小车； >* 使用3个光敏电阻，放在3个方向，实现追光模式（就是那一边比较亮，就往哪一个开） 还加了一个语音播报功能。在开源平台上看到，非常想实现这个功能。试着按照数据手册设计，结果一次就过了，可喜可贺。就是声音太生硬成本也高。 # 硬件实现 ##### 电源部分 为了电池能够稳固的定在小车上，我选择了贴片类型的电池盒，这个有点贵。。  如果可以，我建议是使用下面这个，这个也可以固定在板子上。但是它是插件，如果电路板很紧凑，一个通孔都没有位置放还是不要用了。  **因为要用到5V和3.3V和电机的8V，并且是3.7V的电池供电。所以我的供电方式是有三种。 1、电池电压->升压->5V**  **2、电池电压->升压->8V** 我之前购买的电机是6V300转的，所以我为什么用8V供电？因为我算了一下的电阻分配，我24K电阻都没有用过多少，就搞了进去,实测确实是7.8V左右，并且电机也没有发生什么问题。   **3、5V -> 3.3V** 直接使用升压后的5V再降压到3.3V给一些模块供电。（这个方案我不太喜欢，元件太大了，但是我在学习硬件的时候，买了这个方案的物料很多）  **4、电源开关** 小车肯定要有开关功能啊，是吧？本来开关有个长按开机电路的，但是想到如果搞长按开机，调试小车估计按键都给整坏，就放弃了长按开机的想法。  **5、电池充电** 使用的是老生常谈的TC4056，通过TYPE-C充电。  电源部分完结！！ ##### 控制部分 控制部分大多是使用的模块，有蓝牙控制，WIFI控制、NRF控制。还要控制屏幕，控制语音播报这些。 **1、电机控制** 使用的是DRV8833进行驱动，挺好用，就是4个电机需要8个PWM。那个VM引脚是电机供电引脚，建议加个大电容，防止电机偷电太多。  **2、WIFI、蓝牙和屏幕控制** 这个WIFI模块也是一个吃电大户，被它坑过一次，所以我单独给WiFi模块一个1117供电。屏幕的通信方式是IIC，我使用的是软件IIC方式，所以引脚就随便放啦。我还写了关于GD32F450如何移植0.96屏幕代码，见链接：[立创梁山派GD32F450ZGT6--移植4针0.96寸OLED显示屏](https://blog.csdn.net/qq_51930953/article/details/128484797) WIFI模块使用的是ESP8266,蓝牙模块使用的是HC05（蓝牙模块这里我忘记连接一个手机连接成功指示引脚了，该打）。  **3、NRF控制** NRF模块是采购的泽耀科技的NRF24L01模块，他家的模块资料比较丰富，我买的这个只要会SPI就可以移植了。   **4、语音播报** 它是通过串口进行控制，比如发送一串字符串"嘉立创天长地久"，通过特定的帧格式，它就会播报语音"嘉立创天长地久"。 这个画的比较乱，这里在VDD上都加了100nF和10uF,说是能够让音质好点，可能是我PCB布局有问题，声音能听懂，但是很沙哑。  **5、其他控制** 蜂鸣器我模拟为汽车的喇叭； 左右转灯使用LED代替； 关于语音播报的电源门控，我的想法是，有人比较喜欢安静，所以搞了一个可以通过软件控制语音播报电路的电源，关了电源，它就不能播报啦。  ##### 采集部分 采集部分，分别有温湿度采集、电量采集、光照度采集、超声波测距采集、5路循迹采集； **1、电量采集和温湿度采集** 电量采集是以前刚学硬件时，自己想的。就欧姆定律计算出两点的电压最高3.3V，对它进行采集换算等到实际电量。 后面发现很多大佬都是使用10K这样的多路分压读取对应比例的电量（我又是一个固步自封的例子，哭唧唧） 不过我这里已经完善了这个电量方面的代码，所以无所谓了。 温湿度方面，本来想使用SHT30这种小型高精度的温湿度模块，但是看到它的价格，选了又选，看了又看，最后买了DHT11（我真的穷疯了doge） 温湿度也吃过亏，我之前以为数据口可以通过内部电阻的上拉就可以，但是实际使用发现外部最好要加一个4.7K的上拉电阻，不然读出的数据不准，其在数据手册上也有说明。   **2、超声波与光敏采集** 光敏是想用作追光设计的，把3个光敏分别放在3个方向，哪一个方向比较亮就往哪一边跑（其实是想多实践一下PID）。 超声波使用的是常用的SR04模块，原理就不说啦，在百度上都很详细了。  **3、循迹电路** 循迹是通过电压比较实现的高低电平变化，采集这些变化就知道当前是否走在特定的轨迹上了。  PCB方面我就不说了，谁教谁还不一定呢。。我只能说 我还有很大的进步空间，哈哈 # 软件实现 ##### 1、蓝牙控制 使用的是HC05蓝牙模块，使用之前需要对模块进行一下配置。（在附件有资料） 按住模块上的按键或EN脚拉高，此时灯是慢闪，HC-05进入AT命令模式，默认波特率是38400；此模式我们叫原始模式。原始模式下一直处于AT命令模式状态。记住！！每一条指令都要加上\r\n，不然是识别不到命令的，可以发送: AT 测试一下是否返回OK  最主要的是设置模式为从机控制，即等待手机去连接我们蓝牙模块的蓝牙，主要由手机控制。**发送：AT+ROLE0**  我这里还修改了波特率，改为了115200， **发送：AT+UART=115200,0,0**  还可以修改蓝牙名称， 发送： **AT+NAME=智能车**  这里如果你发现你的手机APP连接不上你的蓝牙模块的话，应该是配对密码错误的问题。大多APP的蓝牙配对密码是1234， 所以发送：**AT+PSWD=1234** 也可以发送 **AT+PSWD?** 查询密码  这样就配置完成了，给蓝牙模块断电再通电，它的名称就是智能车，通信波特率是115200。并且当手机连接成功后，模块上狂闪的灯就长亮，表示连接成功。 ###### 看一下我所实现的代码： 我手机上发送特定的指令去控制小车动作 ``` /************************************************************ * 函数名称：WIFI_control * 函数说明：根据手机发送过来的命令，进行相应的控制 * 型 参：cmd=手机发送过来的命令(具体命令见指令表) * 返 回 值：无 * 备 注：指令与蓝牙模块通用 * 指令表 【接收的数据】 【功能】 0x00 停止 0x01 前进 0X02 后退 0X03 左转 0X04 右转 0X05 左转灯亮再按灭 0X06 右转灯亮再按灭 0X07 速度加 0X08 速度减 0X09 喇叭响再按灭 *************************************************************/ void WIFI_control(unsigned char cmd) { switch( cmd ) { case 0x00://停止 MOTOR_stop(); break; case 0x01://前进 MOTOR_forward(CAR_SPEED, CAR_SPEED); break; case 0x02://后退 MOTOR_back(CAR_SPEED, CAR_SPEED); break; case 0x03://左转 MOTOR_left(CAR_SPEED, CAR_SPEED); break; case 0x04://右转 MOTOR_right(CAR_SPEED, CAR_SPEED); break; case 0x05://左转灯亮再按灭 Turn_Light_Con(LEFT_LED_FLAG=!LEFT_LED_FLAG, SET); break; case 0x06://右转灯亮再按灭 Turn_Light_Con(SET, RIGHT_LED_FLAG=!RIGHT_LED_FLAG); break; case 0x07://速度加 CAR_SPEED = CAR_SPEED + 500; if( CAR_SPEED >= 7999 ) CAR_SPEED = 7999; break; case 0x08://速度减 CAR_SPEED = CAR_SPEED - 500; if( CAR_SPEED <= 500 ) CAR_SPEED = 500; break; case 0x09://喇叭控制 BEEP_FLAG = !BEEP_FLAG; if( BEEP_FLAG == 1 ) { BEEP_ON(); } else { BEEP_OFF(); } break; default:break; } } ``` ##### 2、WIFI控制 首先要控制WIFI模块开启WIFI，让我们可以通过连接它的WIFI，去控制它。 ``` /************************************************************ * 函数名称：ESP12_Send_Cmd * 函数说明：向WIFI模块发送指令，并查看WIFI模块是否返回想要的数据 * 型 参： * 【cmd=发送的AT指令 ack=想要的应答 waitms=等待应答的时间 cnt=等待应答多少次】 * 返 回 值：1=得到了想要的应答 0=没有得到想要的应答 * 备 注：无 *************************************************************/ char ESP12_Send_Cmd(char *cmd,char *ack,unsigned int waitms,unsigned char cnt) { UART4_send_String((unsigned char*)cmd);//向WIFI模块发送AT指令 while(cnt--) { delay_1ms(waitms); //串口中断接收wifi应答 if(U4RX_FLAG) { U4RX_FLAG = 0; U4RX_LEN = 0; if(strstr((char*)U4RX_BUFF,ack)!=NULL)//接收到想要的数据 { return 1; } memset(U4RX_BUFF,0,sizeof(U4RX_BUFF));//清除接收缓存 } } U4RX_FLAG = 0;//清除有串口数据标志 U4RX_LEN = 0;//清除接收缓存数组长度 return 0; } /************************************************************ * 函数名称：ESP12_AP_Init * 函数说明：设置WIFI模块为AP模式，即开启热点让手机进行连接 * 型 参：无 * 返 回 值：无 * 备 注： IP=196.168.4.1 端口=5000 如要修改WIFI名称与密码请修改以下参数 * WIFI_SSID * WIFI_PASS *************************************************************/ void ESP12_AP_Init(void) { char buff[200]; UART4_Init(115200); //发送AT 等待它返回OK 等待10ms 没有返回OK继续等待，一共等待3次 ESP12_Send_Cmd("AT\r\n","OK",10,3); //发送AT+CWMODE=2 等待它返回OK 等待30ms 没有返回OK则继续等待，一共等待3次 ESP12_Send_Cmd("AT+CWMODE=2\r\n","OK",30,3); //配置WIFI AP模式 sprintf(buff, "AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",11,4\r\n",WIFI_SSID, WIFI_PASS); ESP12_Send_Cmd(buff,"OK",30,3); //设置wifi账号与密码 ESP12_Send_Cmd("AT+RST\r\n","ready",800,3); //重启 ESP12_Send_Cmd("AT+CIPMUX=1\r\n","OK",50,3); //开启多个连接 ESP12_Send_Cmd("AT+CIPSERVER=1,5000\r\n","OK",50,3); //开启服务器设置端口号 printf("ESP12_AP_Init succeed!\r\n"); } ``` 这里还判断了是否有手机连接，当有手机连接时，才能控制，这样大大增加了CPU的工作效率。 ``` //DISCONNECTED AP模式下 手机断开了WIFI连接 //DIST_STA_IP 开启AP模式后，有手机连接 //0,CONNECT 设备0连接成功 //+IPD,0,4:刚刚 接收到设备0发来的4个字节数据：刚刚 char WIFI_Mode(void) { char ret = 0; //没有手机连接的情况下 if( ConnectFlag == 0 ) { ret = 0; if( U4RX_FLAG == 1 )//接收到WIFI数据 { U4RX_FLAG = 0; //是否有设备连接 if( strstr((char*)U4RX_BUFF, "CONNECT") != NULL ) { printf("手机已连接\r\n"); ConnectFlag = 1; } //清除串口接收缓存 Clear_U4RX_BUFF(); } } // 有手机连接的情况下 if( ConnectFlag == 1 ) { ret = 1; if( U4RX_FLAG == 1 )//接收到WIFI数据 { U4RX_FLAG = 0; //判断手机是否断开WIFI连接 if( strstr((char*)U4RX_BUFF, "DISCONNECTED") != NULL ) { printf("断开连接\r\n"); BEEP = 0;//蜂鸣器关 Turn_Light_Con(SET, SET);//左右灯灭 ConnectFlag = 0; } //确定当前是按下什么键（确定当前手机发送过来什么数据） WIFI_control( Get_WIFIAPP_Data() ); //清除串口接收缓存 等待下一次控制命令到来 Clear_U4RX_BUFF(); } } return ret; } ``` 然后控制方面是和蓝牙一样的，就不贴出来了。 ##### 3、电机控制 电机控制方面，我为了连线方便，都是选择的离电机控制引脚最近的PWM控制引脚，分别使用到了 ``` PA15--TIM1-CH0--PWML11 JTDI 左轮 PB4 --TIM2-CH0--PWML12 NJTRST PB3 --TIM1-CH1--PWML21 JTDO PB6 --TIM3-CH0--PWML22 PC7 --TIM7-CH1 --PWMR11 右轮 PC6 --TIM7-CH0 --PWMR12 PA7 --TIM13-CH0--PWMR21 PA6 --TIM12_CH0--PWMR22 ``` 浪费的定时器比较多，但是够用了。 大致代码，见我之前写的文章，链接：[立创梁山派GD32F450ZGT6--定时器3-PWM-4通道输出](https://blog.csdn.net/qq_51930953/article/details/127473463) 虽然文章只写了4个通道并且是同一个定时器，但是具体初始化的方法是一样的，也可以去附件下载我的源码。 ##### 4、语音播报 语音播报控制，只要配置出串口，再根据数据手册要求的命令帧格式发送数据，就能实现播报功能。   具体实现 命令帧封装发送代码 * * * ``` /************************************************************ * 函数名称：SYN6288_Send_Cmd * 函数说明：向SYN6288发送命令 * 型 参： * 【CmdType=命令字】 可使用参数有： * -0x01 语音合成命令 * -0x31 设置波特率（默认9600） * -0x02 停止合成命令 * -0x03 暂停合成命令 * -0x04 恢复合成命令 * -0x21 芯片状态查询命令 * -0x88 芯片进入低功耗模式 * 【CmdPar=命令参数】 可使用参数有： * -字节高5位的十进制为0时，表示不加背景音乐 * -字节高5位的十进制为1~15时，表示所选背景音乐的编号 * -字节低3位的十进制为0~3，并且命令字为语音合成命令时，分别代表设置文本为BG2312格式、GBK格式、BIG5格式、UNICODE格式； * -字节低3位的十进制为0~2，并且命令字为设置波特率时，分别代表设置波特率为9600、19200、38400； * 【text=播报的文本】 * 返 回 值：0=发送成功 * 备 注： * 接收到控制命令帧，芯片会向上位机发送1个字节的状态回传，上位机可根据这个回传来判断芯片目前的工作状态 * 初始化成功回传 0X4A * 收到正确的命令帧回传 0x41 * 收到不能识别命令帧回传 0x45 * 芯片播音状态回传 0x4E * 芯片空闲状态回传 0x4F *************************************************************/ unsigned char SYN6288_Send_Cmd(u8 CmdType, u8 CmdPar, u8 *text) { unsigned char frame_header = 0XFD; //帧头 unsigned int Text_Len = strlen((const char*)text);//待发送文本的长度 unsigned int Data_Len = Text_Len + 3; //数据区长度；3=帧头、帧尾和异或校验 unsigned char Xor_Check = 0; //异或校验存储 unsigned char Send_Buff[210]; //待发送的命令帧，命令帧最大206个字节 u8 i = 0; Send_Buff[0] = frame_header; //帧头 Send_Buff[1] = Data_Len>>8; //高位在前 Send_Buff[2] = Data_Len&0x00ff; //低位在前 Send_Buff[3] = CmdType; //命令字 Send_Buff[4] = CmdPar; //命令数据 sprintf((char*)Send_Buff+5, "%s", text ); //发送数据 for( i = 0; i < Text_Len+5; i++ ) { Xor_Check = Xor_Check ^ Send_Buff[i];//对每一个数据进行异或校验保存 USART1_Send_Bit( Send_Buff[i] );//发送数据 } USART1_Send_Bit( Xor_Check );//发送最后一位：异或校验数据 return 0; } ``` >如果发现其播报的内容和你发送的内容不一致，请确保你发送命令的那个文件的编码格式为ANSI编码格式 >使用.txt文本打开再另存为ANSI格式  ##### 5、追光模式 追光模式使用PID，随便采用了一个大概的参数。 * * * ``` float Kp = 800, Ki=0, Kd =5;//PID参数 float P = 0, I = 0, D = 0, PID_value = 0; float error = 0, previous_error = 0; static int initial_motor_speed = 1000;//基础速度 //PID计算 void calc_pid(void) { P=error; //当前误差 I=I+error; //误差累加 D=error-previous_error; //当前误差与之前误差的误差 PID_value=(Kp*P)+(Ki*I)+(Kd*D); previous_error=error;//更新之前误差 } //电机动作 void motorsWrite(int speedL,int speedR) { if(speedR > 0) { Right_forward(speedR);//右边两个轮向前 } else { Right_Back(-speedR);//右边两个轮向后 } if(speedL > 0) { Left_Back(speedL);//左边两个轮向前 } else { Left_Back(-speedL);//左边两个轮向后 } } //数值限幅并控制 void motor_cortrol(void) { //基础速度+PID值 int left_motor_speed = initial_motor_speed+PID_value; int right_motor_speed = initial_motor_speed-PID_value; //左轮限幅 if(left_motor_speed <= -8000) { left_motor_speed = -8000; } if(left_motor_speed >= 8000) { left_motor_speed = 8000; } //右轮限幅 if(right_motor_speed <= -8000) { right_motor_speed = -8000; } if(right_motor_speed >= 8000) { right_motor_speed = 8000; } //如果不是中间的光照度最高 if( error != 0 ) { //左轮因为调试过多，目前速度已经不一致，需要手动调整 if( left_motor_speed < 0 ) { left_motor_speed = left_motor_speed - 2000; } else { left_motor_speed = left_motor_speed + 2000; } motorsWrite(left_motor_speed,right_motor_speed); } else//中间光照度最高，则停车 { motorsWrite(0,0); } } //误差获取 void error_estimate(void) { unsigned int left = Get_Liium_Val(GM_LEFT);//读取左边光敏滤波后的ADC值 unsigned int middle = Get_Liium_Val(GM_MIDDLE);//读取中间光敏滤波后的ADC值 unsigned int right = Get_Liium_Val(GM_RIGHT);//读取右边光敏滤波后的ADC值 //设置误差 if( (left > middle) && (left > right) )//左边最亮 { error = -5; } if( (middle > left) && (middle > right) )//中间最亮 { error = 0; } if( (right > left) && (right > middle) )////右边最亮 { error = 5; } } //追光模式 void follow_light(void) { //获取误差 error_estimate(); //计算PID值 calc_pid(); //控制电机 motor_cortrol(); } ```