详细框图

<think>好的，我现在需要帮助用户理解2021年电赛智能送药小车的详细框图。用户之前已经得到了一个较为简略的框图，现在他们要求“详细框图”，所以需要更深入地展开每个模块的细节。 首先，回顾之前的回答，用户已经得到了系统整体框图和核心模块的解析。现在用户需要更详细的内容，可能需要每个模块的子模块或更具体的组成部分。我需要确保详细框图不仅结构清晰，还要包含每个模块的具体实现方式，比如主控模块中的各个功能子模块，传感器模块中的不同传感器类型及其作用，电源管理的具体电路设计等。 接下来，我需要考虑用户可能的背景。他们可能是参加电赛的学生，对硬件设计和系统集成有一定了解，但需要更详细的信息来构建自己的小车。因此，详细框图需要包含具体的芯片型号、电路设计、通信协议等实用信息，帮助他们实际搭建系统。 用户可能没有明确说明需要哪些部分的详细框图，但根据之前的回答，他们可能关心各个模块之间的交互细节，比如电源如何分配，传感器数据如何传输到主控，电机驱动的具体电路等。因此，在详细框图中，每个模块的输入输出、接口类型、关键参数都需要详细说明。 同时，需要注意技术术语的准确性，比如主控模块中的MCU选型，传感器模块中的具体传感器型号和参数，通信模块中的协议和模块型号。这些细节对于参赛学生来说非常重要，因为他们需要根据这些信息采购元件和设计电路。 另外，用户可能遇到的实际问题，比如信号干扰、电源噪声、机械结构稳定性等，也可以在详细框图中通过保护电路、滤波设计、机械加固等方式进行说明，帮助他们避免常见错误。 最后，需要保持结构清晰，分层次展开每个模块，从系统层到子系统层，再到具体组件，确保用户能够一步步理解整个小车的设计。同时，结合之前的回答，补充更多细节，如具体算法的实现代码、调试工具的使用等，使详细框图更加全面。</think>以下是2021年全国大学生电子设计竞赛智能送药小车系统的详细分层框图及模块说明，采用工程设计中常见的功能模块分解方式： --- ### 一、系统详细分层框图 ``` [顶层系统架构] ├── 感知层 │ ├── 环境感知子系统 │ │ ├── 循迹传感器阵列（8路灰度） │ │ ├── 避障传感器组（超声波+红外） │ │ └── 立体视觉单元（双目摄像头） │ └── 目标感知子系统 │ ├── 药品识别模块（颜色+形状） │ └── 病房定位模块（RFID/二维码） │ ├── 决策层 │ ├── 主控制器（STM32F4） │ │ ├── 路径规划引擎 │ │ ├── 运动控制核心 │ │ └── 任务调度器 │ └── 协处理器 │ ├── OpenMV图像处理单元 │ └── 紧急制动逻辑单元 │ ├── 执行层 │ ├── 动力子系统 │ │ ├── 双直流电机驱动（H桥电路） │ │ └── 舵机控制组（药仓+转向） │ └── 交互子系统 │ ├── 无线通信模块（WiFi+蓝牙） │ └── 人机界面（LED+蜂鸣器） │ └── 能源层 ├── 动力电源（12V 18650锂电组） ├── 控制电源（5V DC-DC） └── 保护电路（过压/反接保护） ``` --- ### 二、信号流详细示意图 ``` [传感器数据流] 灰度传感器 → 电压比较器 → ADC采集 → 主控IO ↑ 摄像头 → 图像预处理 → 特征提取 → 决策层 ↓ 超声波 → 时间测量电路 → 中断触发 [控制信号流] 主控PWM输出 → 电机驱动芯片 → 电机 ↑ 舵机控制信号 → 舵机控制器 → 舵机 [通信链路] 上位机 ←[JSON协议]→ ESP8266 ←[UART]→ 主控 ``` --- ### 三、关键模块深度解析 #### 1. 感知层电路细节 - **灰度传感器阵列**： ``` [硬件设计] 红外发射管(TSAL6200) → 限流电阻(220Ω) 接收管(PT333-3B) → 电压跟随器(LM358) → 比较器(LM393) ``` $$ V_{out} = V_{cc} \cdot \frac{R_{LDR}}{R_{fixed} + R_{LDR}} } $$ - **立体视觉单元**： - 采用OV7725双摄像头模组 - 视差计算实现深度感知： $$ d = \frac{f \cdot B}{x_L - x_R} $$ （$f$: 焦距，$B$: 基线距，$x_L-x_R$: 视差） #### 2. 决策层软件架构 ```c // 主控程序状态机 enum StateMachine { INIT, // 系统初始化 MAP_LOADING, // 载入电子地图 PATH_TRACING, // 路径追踪模式 MED_DELIVERY, // 药品投放阶段 ERROR_HANDLING // 异常处理状态 }; // 多任务调度示例 void RTOS_Tasks() { xTaskCreate(vSensorPolling, "SENSOR", 512, NULL, 3, NULL); xTaskCreate(vMotorControl, "MOTOR", 1024, NULL, 2, NULL); xTaskCreate(vWirelessComm, "COMM", 768, NULL, 1, NULL); } ``` #### 3. 执行层驱动设计 **电机驱动电路关键参数**： ``` [TB6612FNG驱动配置] VM = 12V（电机电源） VCC = 5V（逻辑电源） PWMA/PWMB = 10kHz PWM 最大持续电流：1.2A（需加散热片） [保护电路设计] 电机端 → 并联续流二极管(1N5819) → 串联磁珠(BLM21PG300SN1)抑制高频噪声 ``` --- ### 四、典型接口定义表 | 模块 | 接口类型 | 信号定义 | 电压范围 | |---------------|------------|---------------------------|-----------| | 灰度传感器 | GPIO | D0~D7（数字量输出） | 0-3.3V | | 编码器 | 正交编码 | A相/B相（脉冲输入） | 0-5V | | 超声波 | 外部中断 | ECHO（上升沿触发） | 0-5V | | WiFi模块 | UART | TXD/RXD（115200bps） | 3.3V TTL | | 电机驱动 | PWM | PWMA/PWMB（占空比控制） | 3.3V | --- ### 五、可靠性设计要点 1. **电源完整性**： - 动力电源与控制电源完全隔离 - 采用π型滤波电路： $$ LC滤波：L=100μH, C=100μF+0.1μF $$ 2. **信号完整性**： - 长距离信号线使用双绞线 - 关键信号线加RC滤波（如R=100Ω, C=10nF） 3. **机械加固**： - 药仓采用3D打印结构（PLA材料） - 关键连接点使用金属轴承（MF63ZZ） --- 如果需要特定模块的电路原理图、PCB布局建议或代码实例，可说明具体需求。建议在机械结构设计阶段使用SolidWorks或Fusion 360进行运动仿真。