教育机器人文件-190918

1、基于项目的多学科融合教育机器人,说明资料,三:软件说明,主要内容,四: 各接口插头说明,一:结构布局说明,二: 硬件说明,结构布局说明,上壳,轮组,前档,尘盒,底座,滚刷,外接PCBA,主PCBA,电池,边刷,风机,1.主机爆炸图,330.0,主机基本参数,主机结构布局,正面,背面,上盖布局,底座布局,底座背面布局,边刷动力系统(x2),电机驱动齿轮传动,电机型号：S.M.C RC500-KN/13500/DC SMHN247X20 齿轮传动比：（ 9/44 ）x （ 10/44 ）=0.046 转动方向：与电机方向一致 所有组件:,各组件零件分析,动力轮组件,齿轮传动,电机型号：MP5FN

2、14165WB-RC/51 NICHIBO 79ND6 齿轮传动比:(12/36)x (15/40) x (12/32) x (11/27) =23760/1244160=0.01909 转动方向：与电机方向一致,开关与电池,按键开关,锂电池： LI-ion18650 14.8 2600mAh,传感器说明,测距传感器 装配位置：缓冲防撞板 数量：3 型号： 生产厂家： 版本：,硬碰撞遮光式传感器 装配位置：主板上 数量：2 型号： 生产厂家： 版本：,触碰微距开关 装配位置：底座前进方向 数量：1 型号：未知 生产厂家：未知 版本：未知,下视测距传感器 装配位置：底座前进方向 数量：4 型号：

3、未知 生产厂家：未知 版本：未知,三:软件说明,主要内容,四: 各接口插头说明,一:结构布局说明,二: 硬件说明,线路方框图：详见文件（多传感器融合教育平台_月华教育版线路原理描述_STM32F103_V0.docx ）。 MCU部分：MCU的型号是STM32F103ZET6 LQFP144 1、MCU引脚图,硬件说明,3、MCU复位电路：,R14和C14组成MCU的复位电路：在接通电源的瞬间，RESET给出低电压，实现MCU复位。 4、Flash 电路：Flash IC是128MB的W25Q128FV,5、软件烧录、通讯数据采集接口电路：,6、电源适配器电压检测电路：本机的电源适配器是24V

4、/1A，当合适的适配器接入本机的时候，DC_Volt输出合适的电源电压给MCU。,7、电池电压检测电路：BAT_Volt会感应到电池电压的变化，送给MCU，当电池电压过低的时候，MCU会有指示低电压。,8、前后充识别电路：当机子回到充电桩的时候，BDC_DET会给出低电压到MCU，这时候MCU就知道机子已经在充电桩上了。,9、外接晶体电路：Y2 8MHz、C3、C4和Y1 32.768KHz、C8、C9、R182组成MCU的晶体振荡电路，为MCU提供外部时钟。,10、3.3V电池电路：为MCU时钟一直提供电源，由C5、BT1、D25、D26构成。,左右轮子和吸尘风扇电机驱动电路： 轮子部分：A

5、M2849为高性价比的马达驱动IC，MCU的Left_R、Left_F、Right_R、Right_F、给出左右轮子的控制信号，控制轮子的前进、后退、转弯、加速等等，同时IC的WC_DET信号接入运放U4 ICLM324，产生轮子的是否卡到的信号W_Current提供给MCU，当轮子被卡住的时候，提供给MCU的数值会变大，从而实现轮子卡死的检测。左右轮子的码盘信号经过运放U5 LM393整形、放大，形成轮子码盘信号送给MCU的LM_Out、RM_Out。,吸尘风扇部分：MCU的FAN_EN会给出高电压，于是三极管Q5导通，给功率三极管Q4提供了电流回路，三极管Q4导通，于是电源电压加到吸尘风扇

6、上，风扇工作。二极管D6在断电瞬间给风扇提供放电回路，从而保护相关元件不受损坏。,二 左右防碰撞检测电路、蜂鸣器电路、滚刷电路、左右毛刷电路： 左右防碰撞检测电路：Q5、JK1、Q9、JK2等元件组成左右左右防碰撞检测电路。当遇到有碰撞的时候，送到MCU的信号IMPACT_L或者IMPACT_R的电压会变低（平时是高电压）。,蜂鸣器电路：Q7、BZ1等元件组成蜂鸣器电路，当MCU的BEEP发出声音信号的时候，蜂鸣器就会发出相应的声音。,滚刷电路和滚刷卡死检测电路：三极管Q10、Q11、运放U4 LM324、二极管D9等元件实现滚刷的运行和卡死的检测电路。MCU的RB_EN会给出高电压，于是三极

7、管Q11导通，给功率三极管Q10提供了电流回路，三极管Q10导通，于是电源电压加到滚刷上，滚刷工作。当滚刷被卡住的时候，运放IC LM324的第一脚的数值会变大，从而送给MCU的信号BM_RM_Current也会变大，实现了滚刷卡死的检测。,左右毛刷电路和卡死检测电路：三极管Q12、Q13、运放U4 LM324等元件实现左右毛刷的运行和卡死的检测电路。MCU的BRUSH_EN会给出高电压，于是三极管Q12、Q13导通，于是电源电压加到左右毛刷上，左右毛刷工作。当左右毛刷被卡住的时候，运放ICLM324的第一脚的数值会变大，从而送给MCU的信号BM_RM_Current也会变大，实现了左右毛刷卡

8、死的检测。,机器运行状态指示灯电路：一共有3个LED（其中一个是双色LED），用来指示机器的工作状态。,三 指示灯、跌落、碰撞检测和红外遥控电路,2.跌落检测和电子红外防碰撞检测电路： 左右跌落检测电路主要由在左右底部每边各2个的红外发射LED（IR_TX1-4）和红外接收LED（IR_RX1-4）以及相应的电阻电容组成，每个红外接收LED收到的信号通过Drop_L、Drop_R、Drop_FL、Drop_FR发给MCU，这个信号是一个数值，指示机子离地面的距离，从而判断是否机子处于将要跌落的状态。,3.左中右电子红外防碰撞检测电路由在左右前部和中部的红外发射LED（IR_TX5-7）和接收L

9、ED（IR_RX5-7）以及相应的电阻电容组成，每个红外接收LED收到的信号通过IR_Impact_LF、IR_Impact_CF、IR_Impact_RF发给MCU，这个信号是一个数值，指示机子离前方物体的距离，从而判断是否机子处于将要被碰撞的状态。,4.顶部红外电路：由IR_TOP以及相应的电阻电容组成，主要完成接收遥控器的指令，完成遥控器的功能。,四 电源供电电路及WIFI陀螺仪电路： 电子开关机电路：由三极管Q16、Q17、Q18、按钮开关SW1以及相应的电阻电容等元件组成。当按下按钮开关SW1的时候，三极管Q18的C极变为低电压，同时三极管Q16导通，电源电压可以通过Q16进入到后面

10、的电源电路，从而产生各级电压。送到MCU的信号KEY_DET是低电压，MCU的POWER_KP给出高电压，使得电路保持在开机的状态。,+12V 电源电压（经由开发板供给外部需求使用）产生电路：由升压IC UTC34063以及相应的电阻电容等元件组成，输出+12V经由开发板供给外部使用。,+5V、+3.3V、+8V电源电压产生电路：电源稳压IC U6、U7、U8、U9、U14以及相应的外部元件组成供给本机用的+5V、+3.3V、+8V以及经由开发板供给外部使用的+5.5VA、+3.3VA。,WIFI供电电路：由三极管Q32、MOS管Q33、以及相应的电阻电容等元件组成。由WIFI_PWR_EN控

11、制Q32和Q33的导通，使得VCC_WIFI得到+3.3V电压。,电池接口、DC（电源适配器）以及回充站接口电路：电池的其中一个接线是电池的温度检测输出，这个信号送到MCU的BT_Temp_Pro。电池是带保护板的14.8V 2600mAh的可充电锂电池，电源适配器是24V 1A。,电池充电电路：主要由充电IC MP26124、Q23、Q22以及其他电阻电容等外围元件组成，当MCU的信号Charge_EN是高电压的时候，Q22、Q23导通，外部电源电压通过IC MP26124给电池充电，当电池充满的时候，MCU的信号Charge_EN变为低电压，电池充电结束。,Wi-Fi电路以及陀螺仪电路：W

12、i-Fi电路由Wi-Fi模组ESP-12S组成，它与MCU连接的信号是WiFi_RX、WiFi_TX。陀螺仪IC MPU-6050以及相应的外围元件电阻电容等组成陀螺仪电路，它与MCU连接的信号是G_SCL、G_SDA、G_INT。Wi-Fi电路和陀螺仪电路也可以通过开发板上的插针、插座来外挂实现。,五 开发板电路：主要由以下几个功能电路组成 双8数码管电路：由共阳的双8数码管、三极管QD2、QD3、QD4、QD5等外围元件组成。双8数码管的显示控制由MCU的信号DIG_CON_1、DIG_CON_2组成。,外挂TFT串口屏电路：TFT串口屏是2.2寸串口TFT SPI 液晶屏 彩屏模块 17

13、6X220支持Ar UNO Mega2560，可以参考如下网址：,LED指示电路：由5个贴片LED DLED1、DLED2、DLED3、DLED4、DLED5组成。,外挂超声波传感器模组电路：由4pin的插座JD2组成，MCU的控制信号是U_Sensor_Trig、U_Sensor_Echo。超声波传感器模组可以参考如下网址: ,电阻分压传感器电路和热敏电阻传感器电路：由可调电位器RVD1、热敏电阻、拨动开关SWD2等外围元件组成。当拨动开关在RV的位置时，送给MCU的信号RTH_RV是可调电位器的信号，当拨动开关在RT的位置时，送给MCU的信号RTH_RV是热敏电阻的信号。送给MCU的信号R

14、TH_RV_SW用来判断拨动开关的位置是在可调电位器的位置还是在热敏电阻的位置。,温湿度传感器电路：IC UD1和SWD3等元件组成温湿度传感器电路。当开关SWD3在TH位置的时候，温湿度传感器IC SHT20的信号TH_SCL、TH_SDA送给MCU，这个信号是温湿度的数据，可以在TFT显示屏是显示出来。当拨动开关SWD3在RE位置的时候，JD3的pin1和pin2分别作为MCU的RESERVE_2和RESERVE_1，作为MCU的预留的I/O端口。,电源电压输出接口电路：6pin插针JD1上输出了+12V、+5V、+3.3V电源，可以供给外部电路板的使用。,外挂Wi-Fi接口电路和陀螺仪接

15、口电路：插针JD4和JD7提供外挂的Wi-Fi和陀螺仪信号的接口。,烧录接口电路：5pin的插针JD6提供MCU的烧录接口。,CAN总线、UART串口、预留接口电路：8pin的插针JD3提供了CAN总线、UART串口、预留的I/O接口，作为其他用途。,复位开关电路：SWD正常复位开关。,开发板与主板的接口电路：30pin的插针COND2、和20pin的插针COND1组成开发板与主板的连接接口。,三:软件说明,主要内容,四: 各接口插头说明,一:结构布局说明,二: 硬件说明,软件说明文档：详见基于项目的多学科融合教育机器人软件说明文档.docx,三:软件说明,主要内容,四: 各接口插头说明,一:

16、结构布局说明,二: 硬件说明,CON1插座： 与开发板排针COND1相连,CON2插座： 与开发板排针COND2相连,主机图示,COND1排针： 与主板插座CON1相连,COND2排针： 与主板插座CON2相连,开发板与主板间插座与排针的连接关系,JD2：超声波插座,JD5：TFT屏插座,JD3：功能排针 (CAN、UART1/2 、IIC),JD6：开发板SWD烧录接口,JD1：电源输出接口 （12V、5V、3.3V）,已安装开发板状态图示,JD7：外置陀螺仪插座,JD4：外置WIFI插座,JD6：开发板SWD烧录接口,JD4：外置WIFI插座,JD2：超声波插座,JD3：功能排针 (CAN、UART1/2 、IIC),JD1：电源输出接口（12V、5V、3.3V）,JD7：外置陀螺仪插座,JD5：TFT屏插座,LED2：红色指示灯,RVD1：可调电阻,DIGD1：双8数码管,LED1：双色指示灯,LED3：绿色指示灯,SWD2：转换开关。 开关掷向左边：预留的热敏电阻RTD1A接入单片机。掷向右边：可调电阻RVD1接入单片机 （热敏电