2021电赛F题国一作品 - 嘉立创EDA开源硬件平台

1.前言

本项目为2021年电赛F题智能送药小车。

2.团队介绍

三名成员为来自电信、测控等专业三名大四学生。

3.项目分析

任务如图

基础项要求

基础项分析：首先基础项是单个小车，小车不能使用麦轮或者履带，尺寸有要求，我们的方案是两主动轮加一万向轮支撑，尺寸尽可能紧凑；循线，这里我们使用了带MCU 的红外循迹模块（从车使用的七路红外循迹模块，也可以达到要求），加入了串口陀螺仪对转向进行闭环；数字识别，尝试了openmv，最后用的k210，帧率高；由于高度限制，在主车上装了两个k210进行识别；其他外设，LCD屏，微动开关（相当于按键，检测药品），三色LED，蓝牙模块等。

发挥项：在于两车的协同，从车使用一个k210及七路红外循迹，其他与主车相同，注意的主要在软件部分。

 

4.原理图电路分析

电源部分 

使用xl4015作为为舵机供电

5V电压输出使用tps5430

3V3使用tps7333，两个芯片分别为外设和MCU供电

其他外设，基本的按键LED蜂鸣器拨码，引出了所有串口，引出了空余的IO，预留了4路电机驱动接口，接电机驱动板，电池使用两节18650供电。

电机驱动使用BTN7960方案。

 

5.PCB设计分析

电源部分比较集中，打了许多的GND过孔散热，上串口下电机接口，右侧接电机驱动板的输入。

电机驱动板

6.实物展示

7.作品装配

小车底板（电机孔少了一个，不影响）

顶板及镜头固定件，使用5mm亚克力激光切割得到。

电池使用两节18650，电池盒热熔胶固定在底部电机与万向轮之间，两块板子固定在板上面。

注意电机要使用高线速的！

8.程序设计

主车函数如上，前面为lcd刷屏以及陀螺仪初始化，后面为出发和返程的函数。

（control.c）

出发函数，任务是获得配送目标数字，区分基础或是发挥项，此处通过蓝牙串口有无接受到返回值判断，并对数组做初始化。

（control.c）

两个部分包括近中远端配送，都是边行进，行进到十字时判断是否与目标数字相匹配，并记录经过的十字以及在这个十字上前进的方向（比如前进左右转），此处记录的路径在返回时作为依据。

初始化十字记录

基础项近端配送

基础项中端和远端，具体见注释

转向的同时给从车发送信息

对k210返回信息处理，注意210可能会误判，尤其是在没有看全数字时，就要多次读取去处理。

十字判断函数，包括返回时T字 的判断。（从车使用的七路红外，检测函数不同）

左右转函数

终点检测函数

返回函数（部分）

有无加载药物检测

（isr.c）

运动的控制，串口相关的也在isr.c里

老模板了，主要函数大概在以上里面

视觉部分

数字识别的方案尝试了有以下三种：

（1） 用openmv对不同数字图像做模板匹配，这种方案最为简单，用openmv自带的例程就可以实现，缺点在于检测精度低；

（2） 用jetson nano跑yolov3网络进行识别，这种方案检测精度较高，但是有两个问题，第一是检测速度只有每秒几帧，第二是nano加上电源会加重小车的重量，不利于整车的控制；

（3） 用k210跑yolov2-tiny网络进行检测，这种方案不仅检测精度高，检测速度也高，而且有现成的解决方案；

经过三种方案的尝试，最终决定采用第三种方案，用k210做数字的识别。

1. 数据集的采集

为保证识别的准确度，先将摄像头固定在小车上，然后进行数据集的采集，由于车在实际运动过程中都是正着看数字的，可能有时候会有一定的倾斜，所以我们只要拍正对数字的图片就可以了，为方便照片的采集，参考网上教程写了一个数据采集的程序。分别在不同距离不同角度采集了差不多300张图片，后期因为6和8、4和7这几个数字容易识别错误，又基于这几个数字采集100张图片做了数据增强。

2. 数据集的标注

利用labelImg-master可视化程序进行数据集的标注。

3. 数据的划分与训练

首先是配置电脑的环境，利用Mx-yolo自带的环境配置可执行程序可以进行一键配置，安装好相应的python及其依赖库和cuda、cudnn，非常地方便，安装过程中可能会有报错，一般是网络的问题，换源之后就解决了。

配置好电脑环境之后，选择yolov2 MobileNet网络，调整Batch_size为8，Alpha为0.75，训练150次，然后用gpu训练大概20分钟，训练成功会得到yolov2.tflite的模型文件。

4. 模型部署与预测

将训练的模型yolov2.tflite文件转化为yolov2.kmodel文件，然后将其放在sd卡的根目录下，然后通过下面的k210程序调用摄像头进行数字的实时识别。再将识别的结果通过串口通信实时地传给单片机。

5. 识别效果展示

识别成功率接近100%。

9.总结

有足够的材料准备，方案要及早定下，队员多线并行提高效率。控制思路要明了，程序先写好框架再完善，多写注释。

10.附件

演示视频：【21电赛F题作品展示-哔哩哔哩】 https://b23.tv/j76tiI9

代码等见附件