【立创开发板】梁山派瓦力机器人 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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专业版 【立创开发板】梁山派瓦力机器人

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简介:基于GD32(梁山派)设计的瓦力机器人,配备蓝牙,2.4G,Lora进行遥控通信,支持8路舵机控制,板载1.3寸ISP LCD屏,协配VC-02进行语音交互,摄像头模块支持150米实时图传。

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2023-01-06 10:32:01
更新时间: 2024-01-26 10:17:51
描述
# _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。 ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/ZqwyLwwMgzLCI8rrHHJyTSucZpwoWSdJ09qssIJv.png) ###### **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。** ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/EzjQvhhKesobDLMTWWqBNJy5ZhIkXzJ51Cw0p29G.png) # _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 ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/HEy3OKzxfnls8b4LR7SvGtaF6vTpOGs0xGogviA7.png) #### **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) ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/HAZjpmKwB0oAWOEudmIoBnFhSmyZf2txZNbAjDmE.png) #### **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 | ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/37KNzsLnJCzZ95SXw7TW7QuzFy9YWcONGn92dctO.png) #### **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 ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/LFd7QbWStcMtC5fvYCwbAZPQLmm6SaTSHkDLffKW.png) ###### **_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。 ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/0onGyGTAFaw1ZRaXq8wDIVgMYyFvQLzEB6tepUzh.png) #### **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 ![tb_image_share_1677225133068_edit_4599379399818.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/bBE5w0SR05mKDxJ49k3boMkSE922qa6qv3MN0nC1.jpeg) #### **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 ![1677228079912.png](//image.lceda.cn/pullimage/gdldemPeKeSRniOXdSdUnakqjjJb5GUYvBmKbWRx.png) #### **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~ ![Screenshot_20230224_204258_com.taobao.taobao_edit.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/rl57RwclBOJ4k7X8nPsOz6NfCXJ3X8M94zcHg7BC.jpeg) ##### **夜空中,我最闪耀 !!! (手动狗头)** ![1677250463830.png](//image.lceda.cn/pullimage/ZwaqKxw2Siklc6JYGlzBt8qlo93YZTsrJzW0y643.png) #### **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。 ![tb_image_share_1677251107343_edit_20693346718195.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/ubqLh1nHQzXvfRX8IXn1RhCVJLTbPVhgX1Uqj13A.jpeg) # _调试过程_ ###### 费劲千辛万苦,终于把它焊完啦 ~~多么精致的板子~~ ![IMG_20230218_102455.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/xMW9AJ9oweI0YgiSl2xUATiEydg4seY2PDKTKocO.jpeg) ###### 测了下板子温度,整体温度不超标。 ![IMG_20230218_102139_edit_15016986987290.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/T9phWjphVfzk3sKCUNkqs0vug13NjSDPjonhZlaI.jpeg) ###### 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。。。。。。 ![IMG_20230223_142929_edit_6902985260924.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/UkjMXMCcIu0LkIfUiuyb5vISVbKOioydPWoobTLh.jpeg) ###### 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。 ![IMG_20230224_172024_edit_7038513664029.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/ZLqUitXZAgkEiiae3cTSSbc1OrdW1BvtKTVSJUL2.jpeg) # _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 ``` ![-55ec0b931489d06b_edit_7727467916007.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/KAu8acjMDdpjPK99tnWKatKtKsAhCQHSz80vywBg.jpeg) ###### **2. 电源指示灯设计** ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/Rd50WzqMyIGjsBX9GvMVzuiiyEuVszrDoOOGRL01.png) **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)** ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/DWmWbGpFD41kb3wCsEq9VUovMuCQv8aS6O3ngImj.png) ###### **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。 ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/TxFoLP1SQGzcIdHdYFhpsKLlp7D5koudvsN0YfaP.png) ###### **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。 ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/Exb42te17rIRzUTTwJvqeQIU3XBJXu6mEElOjR66.png) ###### **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。 ![image.png](//image.lceda.cn/pullimage/4kA4dO1YskyNC5xuL3Pdl8j7cnet9lmURT61CKag.png) # _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~~~ ![1677248829809.png](//image.lceda.cn/pullimage/cmodnlZRwKhnOdXVusbk5cQy13Y6XWy3g9iWbzr3.png) ![1677249161291.png](//image.lceda.cn/pullimage/1gExpw7MIvf5fVLtZs4hRtVLUDX04ntmbIYwt26S.png) # _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)。 ![1668951061244.png](//image.lceda.cn/pullimage/1ZEYwj7CZJVBrkwI0ZLOLFwBM7Yx8rKe619KqW97.png) # _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 ![Screenshot_20230225_153402_appinventor.ai_Q9180DD.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/86gj0XrByHQYslNqGTt1WovC2qOxiWuH0tDmWxAc.jpeg) # _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~~** ![1668239593084(1).png](//image.lceda.cn/pullimage/reHKR8PbyPssufp3u6MExDv56K0FxrR93OnNReQE.png) ![IMG_20221112_140727.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/3UuFNfsW7tm6szblmgpBY8gJxPJDjdtl9XPZBZHh.jpeg) ![1668921480076.png](//image.lceda.cn/pullimage/QAWCOKVKjr3ijE8jEZty2xugfuZX6XcyBVPmoJ4H.png) ![1668921528943.png](//image.lceda.cn/pullimage/hwMy1JK1RisAUmqOQKi2RKl5QiM20Ul8rROAsk7w.png) ![1668921579280.png](//image.lceda.cn/pullimage/SOtrGKrJqICMeuE1dLLY6DpOdLqLKZmS0bDKAdWC.png) ![IMG_20221111_203121.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/syULUmSyhbCMbA7LcTtXUMc6m8RsCOhQoUnRq25p.jpeg) ![IMG_20221111_202118(1).jpg](//image.lceda.cn/pullimage/17yzKNiKnglLcfE0UnlpIXMe8N8jMpROmDcoQN37.jpeg)![IMG_20221022_111630(1).jpg](//image.lceda.cn/pullimage/0GeDfzk2wHBY6ygzyzzMVDL1rKHhWfesusRgIdBm.jpeg)![IMG_20221009_151145(4).jpg](//image.lceda.cn/pullimage/n5yVFQUcNoEc6NQFuFA0SzkJ8WY6i2dXPz1nZLKX.jpeg) # _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√
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