基于ESP32智能车竞赛裁判系统第二版硬件调试-6-26

Posted 2021-07-01 卓晴

简 介： 对于新版的比赛裁判系统进行硬件测试，验证了新版的硬件满足比赛的要求。对于感光板的不同区域灵敏度不同的问题，最后验证是由于LED的分布电容所引起的时间常数不同造成了。对于单条串联的LED修改成三条之后，就使得感光板的灵敏度达到了一致了。

关键词： 比赛裁判系统，硬件测试

 

§01 智能车竞赛比赛系统

---

  在 基于ESP32智能车竞赛比赛系统硬件初步调试-5-6 中对于 智能车竞赛系统 进行了调试，并给出了 修改硬件 。

  下面是LQ公司提供的修改后的主板以及目标板。本文后面对该硬件进行确认，并给出制作过程的流程。

^{▲ 图1.1 修改后的主板
▲ 图1.2 修改后的目标主板}

1、主板硬件初步调试¹

（1）焊接确认

  下面是有LQ焊接后的主板，看到主板，确认将来由于ESP32 的天线在电路板的背面，它的证明敷铜，猜测可能会对WiFi信号的强度产生影响。因此建议能够将ESP32旋转一个方向，使得WiFi的天线靠近电路板的边缘，并且对应的电路板上没有更多的敷铜和引线。

^{▲ 图1.3 由LQ焊接后的主板}

^{▲ 图1.3.1 ESP32布局的建议}

• 焊接ESP32下载程序接口：

^{▲ 图1.4 焊接VGRTNG端口}

  为了不使的主核心板的电压对于 ESP32,ESP8266下载板 电源影响，可以将VGRTNG的PIN1（3.3V）去掉。主核心板的电源有它自身的+5V接口，或者USB接口提供。

^{▲ 图1.4.1 VGRTNG的PIN1可以不用焊接}

（2）上电静态测试

  在“电池”端口施加+5V电源电压。

静态电压电流：

工作电流（mA）：100左右
3.3V稳压（V）：3.316

  测量了两块待调试的核心板，它们的起始电流、电压都是相同的。

（3）下载ESP32 MicroPython

  Ⅰ.下载固件： 从 MicroPython官方网站下载ESP32MicroPython固件 。下面是下载的固件的版本。

  Ⅱ.下载程序： 根据 两款带有WiFI的MicroPython模块：ESP32，ESP8266 使用 Thonny IDE下载ESP32的 MicroPython固件。

  下载串口本使用了 利用CH340C制作MicroPython ESP8266,ESP32的下载器-改进型 对应的下载板。

^{▲ 图1.5 成功下载MicroPython固件的ESP32模块}

  这次两块ESP32核心板均可以正常下载MicroPython程序。

（4）初步测试IO¹

【Ⅰ.端口设置】

【表1-1 Switch1234端口定义】

SW1	SW2	SW3	SW4
GPIO15	GPIO2	GPIO19	GPIO4

【表1-2 板载LED1，LED2，BZ1】

LED1	LED2	BZ1
GPIO5	GPIO18	GPIO21
高电平点亮 绿色	高电平点亮 蓝色	高电平发出声音

  注意：在 第一版本设计中 板上的蜂鸣器是无源的，驱动BZ1需要使用PWM。现在这个版本上焊接的BZ1是有源的蜂鸣器，则可以使用普通的IO来控制。

【Ⅱ.测试软件】

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TESTIO.PY                    -- by Dr. ZhuoQing 2021-06-26
#
# Note:
#============================================================

from machine                import Pin,PWM
import time

sw1 = Pin(15,   Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw2 = Pin(2,    Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw3 = Pin(19,   Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw4 = Pin(4,    Pin.IN, Pin.PULL_UP)
led1 = Pin(5, Pin.OUT)
led2 = Pin(18, Pin.OUT)
bz1 = Pin(21, Pin.OUT)

print('Test LED,BZ...')

while True:
    led1.on()
    led2.off()
    bz1.on()
    time.sleep_ms(1000)

    led1.off()
    led2.on()
    bz1.off()
    time.sleep_ms(250)

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : testio.PY
#============================================================

【Ⅲ.测试结果】

  测试LED，BEEP的结果如下图所示。

^{▲ 图1.6 测试LED，BEEP的结果}

2、目标板初步调试

（1）控制端口

【表1-3 连接目标板的LL端口定义】

PIN1	PIN2	PIN3	PIN4	PIN5	PIN6	PIN7	PIN8
+5V	GND	GPIO26	GPIO25	GPI33	GPI32	B-	A-
+5V	GND	SPK	Green	Red	NULL	边缘检测	中心检测

（2）测试LED，SPEAKER

【Ⅰ.测试程序】

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TESTIO.PY                    -- by Dr. ZhuoQing 2021-06-26
#
# Note:
#============================================================

from machine                import Pin,PWM
import time

sw1 = Pin(15,   Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw2 = Pin(2,    Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw3 = Pin(19,   Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw4 = Pin(4,    Pin.IN, Pin.PULL_UP)
led1 = Pin(5, Pin.OUT)
led2 = Pin(18, Pin.OUT)

led1.off()
led2.off()
bz1 = Pin(21, Pin.OUT)
bz1.off()

gled = Pin(25, Pin.OUT)
rled = Pin(33, Pin.OUT)
speaker = Pin(26, Pin.OUT)

print('Test LED,BZ...')

while True:
#    swdim = [s.value() for s in (sw1, sw2, sw3, sw4)]
#    print(swdim)

    gled.on()
    rled.off()
    speaker.on()
    time.sleep_ms(250)

    gled.off()
    rled.on()
    speaker.off()
    time.sleep_ms(250)

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : testio.PY
#============================================================

【Ⅱ.测试结果】

  上述程序运行后，可以看到测试版上的LED与Speaker在闪烁。符合程序的功能要求。

^{▲ 图1.7 目标板上的LED，Speaker测试}

 

§02 调试信号检测

---

  下面开始测试信号各个信号检测功能。

1、光电检测

（1）工作点测量

  测量U4的输出OUTA（PIN1），OUTB（PIN7）的电压。

● U4的工作点（将光电检测去掉）：

OUTA：0.567V
OUTB：0.565V
VREF（PIN3,PIN5）：0.574V

● U4的工作点（将光电检板连接）：

OUTA：3.3V
OUTB：3.3V
VREF（PIN3,PIN5）：0.574V

  ※ 错误： 将检测板加到核心板的时候U4的输出变成饱和了。

  上面的饱和，主要原因来自于购买到的光电管的灵敏度太大了。

^{▲ 图2.1 光电检测管的极性}

  ※ 修改方法：

• 修改U6,U8: 将R6，R8的阻值修改成10kΩ
• 使用热缩管将光电管包裹： 使用黑色热缩管将光电管的周围进行遮光。
• 只安装1,2,3位置上的检测管：这种安装只是为了能够防止车模缓慢扫描光电管作用。

^{▲ 图2.2 使用黑色热缩管对光电检测管周围进行遮光}

^{▲ 图2.2.1 只安装1,2,3位置上的光电检测管}

（2）检测测试

  使用激光发射管透射在光电管上，测量运放输出的波形。

^{▲ 图2.2.2 测量U4的输出PIN1,PIN7的波形}

^{▲ 图2.2.3 测量放大后的波形}

2、线圈检测

（1）运放静态工作点

U3输出静态电压：

OUT1(Pin1)：0.789V
OUT2(Pin7)：0.782V

^{▲ 图2.4 电磁扫描引起的输出电压波动}

3、光电检测条

  测量三个光电检测条，它们可以直接通过三芯电缆连接电路板上的对应的三芯插座。

^{▲ 图2.5.1 检测光条板}

  通过测试也发现光条在不同的位置出现的灵敏度不同。越是靠近距离接口远端，光敏的越强。距离接口端敏感越小，具体原因不详。

  通过进一步测试可以验证，不同的灵敏度应该与透射在其上的光强有关系。

^{▲ 图2.5 运放输出信号}

 

§03 软件功能测试

---

1、检测软件

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TESTALL.PY                  -- by Dr. ZhuoQing 2021-06-13
#
# Note:
#============================================================

from machine                import UART,Pin,Timer,ADC
import time
import machine

#------------------------------------------------------------
machine.freq(240000000)

#------------------------------------------------------------

adc1 = ADC(Pin(36))
adc2 = ADC(Pin(39))
adc3 = ADC(Pin(34))
adc4 = ADC(Pin(35))

adc1.atten(ADC.ATTN_6DB)
adc2.atten(ADC.ATTN_6DB)
adc3.atten(ADC.ATTN_6DB)
adc4.atten(ADC.ATTN_6DB)

SAMPLE_NUM = const(500)

ad1dim = [0] * SAMPLE_NUM
ad2dim = [0] * SAMPLE_NUM

SAMPLE_AVERAGE_LENGTH   = 40
ad3average = [0] * SAMPLE_AVERAGE_LENGTH
ad4average = [0] * SAMPLE_AVERAGE_LENGTH
ad34point = 0
ad3sigma = 0
ad4sigma = 0

#------------------------------------------------------------
AD34_BASE_ALPHA         = 0.0005
ad3baseline = 0
ad4baseline = 0

AD34_CHECK_THRESHOLD    = 500       #250
ad3checktime = 0
ad4checktime = 0

#------------------------------------------------------------
sample_mode = 0                     # 0 : sample adc3, adc4
                                    # 1 : sample adc1, adc2

sw1 = Pin(15,   Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw2 = Pin(2,    Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw3 = Pin(19,   Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw4 = Pin(4,    Pin.IN, Pin.PULL_UP)
led1 = Pin(5, Pin.OUT)
led2 = Pin(18, Pin.OUT)

led1.off()
led2.off()
bz1 = Pin(21, Pin.OUT)
bz1.off()

#------------------------------------------------------------
gled = Pin(25, Pin.OUT)
rled = Pin(33, Pin.OUT)
speaker = Pin(26, Pin.OUT)

#------------------------------------------------------------
sample_point = 0
stop_flag = 0
total_count = 0

#------------------------------------------------------------
uart1 = UART(2, baudrate=115200, rx=16, tx=17, timeout=10)

#------------------------------------------------------------
DSCMD_NONE          = 0xff
DSCMD_HELLO         = 0x00
DSCMD_INIT          = 0x01
DSCMD_STARTSEND     = 0x10
DSCMD_STOPSEND      = 0x11
DSCMD_BEEP          = 0x12
DSCMD_SENDSNAPSHOT  = 0x13
DSCMD_TURNOFFLIGHT  = 0x14
DSCMD_SETCONTINUECHECK = 0x15
DSCMD_SETBEACONSEQUENCY = 0x16
DSCMD_BEACONSTART   = 0x17
DSCMD_BEACONSTOP    = 0x18
DSCMD_GETBEACONSTATE = 0x19
DSCMD_BEACONINIT    = 0x1a

DSRET_NCHECK        = 0x80
DSRET_CHECK         = 0x81
DSRET_LAST          = 0x82
DSRET_HELLO         = 0x90
DSRET_INIT          = 0x91

SENDFLAG_LAST       = 0x82
SENDFLAG_CHECK      = 0x81
SENDFLAG_NOCHECK    = 0x80
SENDFLAG_STOP       = 0xff
SENDFLAG_SNAPSHOT   = 0x83

#------------------------------------------------------------
def receCmd():
    if uart1.any() == 0: return DSCMD_NONE,0

    framebyte = uart1.read(4)
    if len(framebyte) != 4: return DSCMD_NONE, 0

    framelist = list(framebyte)
    time = int.from_bytes(framebyte[1:3], 'big')
    sumnum = sum(framelist[0:3]) & 0xff ^ 0xff

    if sumnum != framelist[3]: return DSCMD_NONE, 0
    return framelist[0], time

#------------------------------------------------------------
def sendCmd(cmd, time):
    senddim = [0x55,cmd]
    senddim.extend(list(time.to_bytes(4, 'big')))
    sumnum = sum(senddim)&0xff^0xff
    senddim.extend([sumnum])

    sendbytes = bytes(senddim)
    uart1.write(sendbytes)

#------------------------------------------------------------
def procCmd(cmd, time):
    global count32,sendflag,delay3s,count32,sendenableflag
    global initflag,lastcount32,snapshot32,speakercount,senddelay,sendcount

    if cmd == DSCMD_NONE: return

    if cmd == DSCMD_HELLO:
        sendCmd(DSRET_HELLO, 0x0)
        return

    if cmd == DSCMD_INIT:
        sendCmd(DSRET_INIT, 0x0)
        count32 = 0x0
        delay3s = time
        count3s = time

        initflag = 1
        lastcount32 = 0
        snapshot32 = 0

        sendcount = 0
        sendenableflag = 1
        sendflag = SENDFLAG_STOP

        return

    if cmd == DSCMD_STARTSEND:
        sendCmd(SENDFLAG_LAST, lastcount32)
        count3s = delay3s
        sendflag = 0x0
        sendenableflag = 0x1
        senddelay = time
        sendcount = 0

        return

    if cmd == DSCMD_STOPSEND:
        sendCmd(SENDFLAG_CHECK, count32)
        sendenableflag = 0
        sendflag = 0
        sendcount = 0
        return

    if cmd == DSCMD_BEEP:
        speakercount = 500
        return

    if cmd in (DSCMD_SETBEACONSEQUENCY,
               DSCMD_BEACONSTART,
               DSCMD_BEACONSTOP,
               DSCMD_GETBEACONSTATE,
               DSCMD_TURNOFFLIGHT,
               DSCMD_BEACONINIT):
        return

    print(cmd, time)

#------------------------------------------------------------
speakercount = 500

def speaker1ms():
    global speakercount

    if speakercount > 0:
        speakercount -= 1
        speaker.on()
    else:
        speaker.off()

#------------------------------------------------------------
def sendTime():
    global count32,snapshot32,lastcount32,sendflag

    if sendflag == SENDFLAG_STOP:   return
    if initflag == 0:               return

    timesend = count32
    if sendflag == SENDFLAG_LAST:
        timesend = lastcount32
    elif sendflag == SENDFLAG_CHECK or sendflag == SENDFLAG_NOCHECK:
        timesend = count32
    elif sendflag == SENDFLAG_SNAPSHOT:
        timesend = snapshot32
        sendCmd(SENDFLAG_SNAPSHOT, snapshot32)
        sendflag = SENDFLAG_NOCHECK

    sendCmd(sendflag, timesend)
    sendflag = SENDFLAG_STOP

#------------------------------------------------------------
count32 = 0                         # Global 1ms counter
sendflag = SENDFLAG_STOP            # send flag
sendenableflag = 0                  # Enable send
senddelay = 100                     # Everay send period
sendcount = 0                       # count for send delay
delay3s = 3000                      # No check delay
count3s = 3000                      # count for no check delay
initflag = 0
lastcount32 = 0
snapshot32 = 0

#------------------------------------------------------------

#------------------------------------------------------------
def ADC4Sample(_):
    global count32,sendenableflag,sendflag,senddelay,sendcount
    global delay3s,count3s,initflag,lastcount32,snapshot32
    global speakercount

    #--------------------------------------------------------

    count32 += 1
    speaker1ms()

    #--------------------------------------------------------
    if count32 & 0x100:
        led1.on()
    else: led1.off()

    #--------------------------------------------------------
    if sendenableflag != 0:
        sendcount += 1
        if sendcount >= senddelay:
            sendcount = 0
            if sendflag == SENDFLAG_STOP:
                if count32 < delay3s:
                    sendflag = SENDFLAG_NOCHECK
                else: sendflag = SENDFLAG_CHECK
    else:
        sendcount += 1
        if sendcount >= senddelay:
            sendcount = 0
            if sendflag == SENDFLAG_STOP:
                sendflag = SENDFLAG_CHECK

    #--------------------------------------------------------
    global ad1dim,ad2dim
    global sample_point
    global adc1,adc2,adc3, adc4
    global ad3average, ad4average, ad34point, ad3sigma, ad4sigma

    global ad3checktime, ad4checktime,total_count
    global ad3baseline, ad4baseline

    total_count += 1

    #--------------------------------------------------------
    detectflag = 0

    if sample_mode == 1:
        ad1dim[sample_point] = adc1.read()
        ad2dim[sample_point] = adc2.read()

    if sample_mode == 0:
        adc = adc3.read()
        ad3sigma += adc
        ad3sigma -= ad3average[ad34point]
        ad3average[ad34point] = adc

        adc = adc4.read()
        ad4sigma += adc
        ad4sigma -= ad4average[ad34point]
        ad4average[ad34point] = adc
        ad34point += 1
        if ad34point >= SAMPLE_AVERAGE_LENGTH:
            ad34point = 0

        #----------------------------------------------------
        value = ad3sigma / SAMPLE_AVERAGE_LENGTH
        if ad3baseline == 0:
            if ad34point == SAMPLE_AVERAGE_LENGTH - 1:
                ad3baseline = value
        else: ad3baseline = ad3baseline * (1 - AD34_BASE_ALPHA) +AD34_BASE_ALPHA 基于ESP32的竞赛裁判系统功能调试-与微机通讯

 基于ESP32的竞赛裁判系统功能调试-硬件修改建议
 基于ESP32的竞赛裁判系统功能调试-计时线圈功能
 基于ESP32的竞赛裁判系统功能调试-激光信号调试
 基于ESP32的竞赛裁判系统功能调试-光电条检测板
 第十七届智能车竞赛比赛系统软件修改-多车组时间延迟