1. 簡要說明

專案設計是西電通院的特色課程，自從16級首次開始做這個，到我們18級現在已經是第三代了，
這個專案是以小組為單位的，一般是5-6人小組，全院打亂隨機分組（據說是會按成績區間分配），由于作業量特別大，所以是要給每個人分配作業，然后最后再完成成品（今年是交的報告和視頻成果），

2.專案內容

2.1專案要求

要求如下

剛開始看這個專案：wdnmd，這也太難了吧，爺要掛科了，
之后趕緊聯系了學長，學長大概和我解釋了下這個專案是如何云云，我稍微對專案該如何完成稍微有一點了解了，然后又仔細看了專案設計的設計指南好幾遍，總結出了一下幾個作業：
1.電子：STM32以及傳感器編程
2.數字電路設計：verilog，主要是驅動伺服電機
3.軟體設計：java語言，做程式的主界面以及里面的操作內容
4.文案：最終報告整合、專利申請書等文案作業
5.網頁設計：做一個靜態web介紹你的公司和產品
6.組裝：應該是所有人一起做，但是今年沒有
7.機械設計：畫機械圖，一共三個，作業大不大
總的來說，前三項任務是比較重的，其他的相對壓力較輕，在第一次會議時，我主動承擔了電子設計以及經理的任務，接下來組里其他同學也確認了自己的任務，

2.2我的想法

作為經理，我當時構思的產品，如下：
1.模塊化功能：即觸摸界面顯示幾個按鍵，表示不同的功能，

2.具體功能：（中英雙語）
2.1學科：語數外物化等，分為網課學習，教材查看，習題練習等
2.1.1網課學習：視頻（快取到本地，點開可以放）
2.1.2教材查看：內容意思一下
2.1.3習題練習（重點）：全是選擇題，通過不同色塊代表選項，用RGB顏色檢測器探測，與真實答案比較，成功了發語音（互動），失敗了機械臂揮動
2.2外語：可添加口語功能（如果可實作）：用戶可跟讀單詞
2.3學習監督：設定開啟和關閉，自主設定學習時長，若在規定時長內離開（激光測距儀檢測），則機器人揮手，發出警告
2.4智能護眼：設定開啟和關閉，超過限定學習時間，亮燈，發出休息提醒
3.維護模式：
3.1驗證管理員賬號
3.2驗證機器人的各部分是否可以正常作業
3.2.1指定部位機械臂轉動
3.2.2指定部位亮燈
3.2.3讀取激光測距儀資料
3.2.4讀取顏色傳感器資料

網頁設計相關：
1.總體框架按xxx的想法，基本是把內容都填充進去就好
2.需要美工，設計logo，海報，視頻剪輯

FPGA：
主要是舵機控制，即機械臂揮動
FPGA (XC7A35T-1CSG324C)

關于非接觸驗證：
使用多個光敏傳感器和卡插，卡插帶缺口，嵌到傳感器上，缺口可以將光遮擋住，從而輸出0，反之輸出1，由0,1的組合可以確定不同玩家或管理員，0000~1111
這個東西套件里沒有，但是必要，去年不少組都采用此種方式
（我已購買）
關于答題：
選項ABC對應RGB三種色塊，我不太清楚具體如何操作啊，選某個選項肯定是在上位機的螢屏上操作，那么直接在上位機上進行結果判定并反饋不就可了么？（最后壓根沒用這個）

關于互動：
1.stm32給fpga “go”指令，控制電機運行的模式（IO口電平控制）
相當于fpga作用是驅動電機做任意角度轉動（自定），在vivado中封裝好固定的運行狀態，通過stm32電平的組合控制選擇電機運行狀態
DigitalOut（選電機，選模式）
2.stm32給上位機反饋傳感器結果
上位機給stm32輸入指令（COM串口通訊）
3.顏色、距離傳感器都接I2C（I2C通訊）
4.光敏傳感器接AO（數字信號）
DigitalIn（判斷身份）
5.串口助手（USART）

而我技術部分負責的是電子設計，下面我來詳細說明這部分

2.3電子設計

電子設計分為兩部分，一個是STM32，另一個是傳感器設計

STM32

本次專案中使用的是STM32L476單片機，是一款低功耗型的單片機
其中介面如下

1.有兩類介面，一類是arduino配套的，一類是一般的，到時候需要哪個管腳就直接用杜邦線連接
2.所有管腳都有其相對應的功能，例如串口收發/AO/DO/電源等，按照要求連接即可
接著給出微控制器總體運行流程

主函式撰寫規范：
int main(){1
中斷
while(1){2
while(1){3
插卡檢測
if 失敗：回傳檢測
if 成功：繼續執行
while(1){4
if 學習模式 ：
while（1）{5
switch（各種功能）
5}
else if 維護模式：
while（1）{6
switch（各種功能）
6}
else
4}
3}
2}
1}
呼叫函式：
顏色判斷函式
顏色回傳函式
距離回傳函式
選項判斷函式
插卡識別函式
電機控制函式

傳感器

傳感器分為三種，分別為：光敏、距離、顏色傳感器

光敏傳感器

光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導體材料制成的電阻器，其作業原理是基于內光電效應，隨著光照強度的升高，電阻值迅速降低，由于光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降，其在無光照時，幾乎呈高阻狀態,暗電阻很大，

用這個傳感器，主要是把它作為插卡來進行身份識別的

測驗結果如下：


注意：光敏傳感器輸出的是光強度數值，所以接支持模擬輸出的AO口

距離傳感器

VL6180是飛行時間測距傳感器，傳感器包含一個非常小的激光源和一個匹配的傳感器，VL6180X可以檢測飛行時間，或激光恢復傳感器所需的時間從而計算出距離，因此VL6180X的準確度高，由于傳感器模塊體積小，易于在任何機器人或互動式專案中使用，可以將它與任何3-5V電源或邏輯微控制器一起使用，

用它來檢測用戶距離機器人的距離，若距離適當且超過一定時間，則開啟身份識別界面

顏色傳感器

TCS34725芯片提供紅、綠、藍（RGB）以及明光感應的數字回傳值，TCS34725彩色傳感器有著廣泛的應用，包括RGB LED背光控制、固態照明、健康產品、工業程序控制和醫療診斷設備等，

傳感器回傳四個引數值，分別為顏色引數中的 R, G, B 以及 C 值，根據說明以及我們的測驗，由于距離，環境光線，測量物體的放反光程度等細微差異，輸出的資料會產生一定量的誤差或者偏差，因此在使用本傳感器的程序中，需要對使用環境和處理資料的程序進行一定的調整及優化，以保證最后識別的結果有較高的精度保證，

測驗結果如下：

身份識別（非接觸識別）

機器人擁有非接觸驗證身份功能，故身份識別全部采用硬體完成，

需要使用VL6180x距離傳感器、一個TCS34725顏色傳感器以及四個光敏傳感器組合完成，

我們使用專用的卡插和顏色擋板，光敏傳感器檢測到遮擋物時回傳為0，未檢測到時為1，從而不同卡插可以代表不同身份的用戶，為了驗證管理員身份，我們使用紅色擋板遮蓋顏色傳感器，否則其余時刻用藍色遮擋，

進行身份驗證時，用戶首先將代表身份的卡插和顏色擋板插入機器人指定位置，然后等待距離傳感器判斷用戶是否在機器人面前，等待3s后，微控制器根據傳感器讀取的資料進行身份驗證，從而進入應用界面（學習界面/維護界面），

下面給出微控制器布線結果：

距離傳感器和顏色傳感器連線圖

光敏傳感器連線圖

維護模式

當成功驗證管理員身份后，用戶可以進入維護模式，檢驗各傳感器、led燈、伺服電機的運轉情況，對于fpga，是由微控制提供指令驅動的，故我們給出fpga不同功能對應的電平組合，

對應指令如下：
a:顏色傳感器讀取
b:距離傳感器讀取
c:光敏傳感器讀取
d:led閃爍
e:fpga“00”控制電平
f:fpga“01”控制電平
g:fpga“10”控制電平
h:fpga“11”控制電平

該部分代碼如下：

#include "mbed.h"
#include "stdint.h"
#include <VL6180x.h>
#define VL6180X_ADDRESS 0x29
VL6180xIdentification identification;
// mbed uses 8bit addresses shift address by 1 bit left
VL6180x sensor(A4, A5, VL6180X_ADDRESS<<1);//距離傳感器

Serial pc(SERIAL_TX, SERIAL_RX);
AnalogIn switch1(PA_0); //光敏傳感器

I2C i2c(I2C_SDA, I2C_SCL); //顏色傳感器
int sensor_addr = 41 << 1;
DigitalOut green(LED1);

void ret_rgb(int r,int g,int b) //該函式用于回傳顏色值
 {
 
 if (r > g*1.3 && r > b*1.3)
 {
 pc.printf("red\n");
 }
 else if (g > r*1.3 && g > b*1.3)
 {
 pc.printf("green\n");
 }
 else if (b > r*1.3 && b > g*1.3) 
 {
 pc.printf("blue\n");
 }
 else
 pc.printf("no\n");
 wait(0.1);
 }
 
 void color_read()
 {
  //打開顏色傳感器
    int r,g,b;
    green = 1; // off
    pc.baud(9600);
    // Connect to the Color sensor and verify whether we connected to the correct sensor. 
    
    i2c.frequency(100000);
    
    char id_regval[1] = {146};
    char data[1] = {0};
    i2c.write(sensor_addr,id_regval,1, true);
    i2c.read(sensor_addr,data,1,false);
    
    if (data[0]==68) {
        green = 0;
        wait (2); 
        green = 1;
        } else {
        green = 1; 
    }
    
    // Initialize color sensor
    
    char timing_register[2] = {129,0};
    i2c.write(sensor_addr,timing_register,2,false);
    
    char control_register[2] = {143,0};
    i2c.write(sensor_addr,control_register,2,false);
    
    char enable_register[2] = {128,3};
    i2c.write(sensor_addr,enable_register,2,false);
    
    // Read data from color sensor (Clear/Red/Green/Blue)
    
    while (true) { 
        char clear_reg[1] = {148};
        char clear_data[2] = {0,0};
        i2c.write(sensor_addr,clear_reg,1, true);
        i2c.read(sensor_addr,clear_data,2, false);
        
        int clear_value = ((int)clear_data[1] << 8) | clear_data[0];
        
        char red_reg[1] = {150};
        char red_data[2] = {0,0};
        i2c.write(sensor_addr,red_reg,1, true);
        i2c.read(sensor_addr,red_data,2, false);
        
        int red_value = ((int)red_data[1] << 8) | red_data[0];
        
        char green_reg[1] = {152};
        char green_data[2] = {0,0};
        i2c.write(sensor_addr,green_reg,1, true);
        i2c.read(sensor_addr,green_data,2, false);
        
        int green_value = ((int)green_data[1] << 8) | green_data[0];
        
        char blue_reg[1] = {154};
        char blue_data[2] = {0,0};
        i2c.write(sensor_addr,blue_reg,1, true);
        i2c.read(sensor_addr,blue_data,2, false);
        
        int blue_value = ((int)blue_data[1] << 8) | blue_data[0];
        
        // print sensor readings
        
        //pc.printf("Clear (%d), Red (%d), Green (%d), Blue (%d)\n", clear_value, red_value, green_value, blue_value);
        wait(0.5);
    
         //顏色傳感器顯示資料
         r = red_value;
         g = green_value;
         b = blue_value;
         pc.printf("R %d G %d B %d\n ",r,g,b);
         //ret_rgb(r,g,b);
   }   
     }

void light_read(){
    float s1; 
    pc.baud(9600);   
    while(1) 
    {
        
        s1 = switch1.read(); 
        s1 = s1*5000;       
        pc.printf("measure = %.0f\n",s1);        
        wait(0.3);
            
    }
    }
    
void distance_read(){
  uint8_t retaddr;
  pc.baud(9600);
  wait_ms(100); // delay .1s
  sensor.getIdentification(&identification); // Retrieve manufacture info from device memory
    if(sensor.VL6180xInit() != 0) {
        printf("FAILED TO INITALIZE\n"); //Initialize device and check for errors
    };

    sensor.VL6180xDefautSettings(); //Load default settings to get started.

    wait(1);
    retaddr=sensor.changeAddress(0x29,0x27);
    sensor.getIdentification(&identification); // Retrieve manufacture info from device memory

    wait(1);
    retaddr=sensor.changeAddress(0x27,0x29);
    sensor.getIdentification(&identification); // Retrieve manufacture info from device memory

    while(1) {

 
  //Get Distance and report in mm
      printf("Distance measured (mm) = ");
      printf("%d\n", sensor.getDistance() ); 
 
      wait_ms(500); 
 
    }
    
    }

int main(){
char order = pc.getc();
    printf("welcome to the matainance system :\n");
    switch(order){
        case 'a'://顏色傳感器
        color_read();
        break;
        
        case 'b'://距離傳感器
        distance_read();
        break;
        
        case 'c'://光敏傳感器
        light_read();
        break;
        
        case 'd'://led閃爍
        for(int p=0;p<10;p++){
            green = ~green;
            }
        break;
        
        case 'e':
        pc.printf("00\n");
        break;
        
        case 'f':
        pc.printf("01\n");    
        break;
        
        case 'g':
        pc.printf("10\n");
        break;
        
        case 'h':
        pc.printf("11\n");    
        break;
        
        }
}

代碼思路比較簡單，主要是定義幾個傳感器如何讀取，并將資料顯示（print）出來，然后主函式用case呼叫即可，FPGA與的stm32互動是用電平控制的，而我們是線上完成，所以無法與FPGA連接，用輸出電平代替給的指令，

當然驅動傳感器這方面有一些麻煩的驅動函式，不過網上都有庫，如看懂函式輸入輸出，直接呼叫即可，自己寫應該不太可能，，，