基于涂鴉LZ201 Cat.1和MCU SDK的自動(dòng)售貨機(jī)

描述

概述

得益于創(chuàng)新技術(shù)，我們的生活方式變得更加高效和智能。簡(jiǎn)單的自動(dòng)售貨機(jī)是現(xiàn)代的偉大發(fā)明之一。這是供應(yīng)商使用的一種高效且低成本的方法，可以 24/7 全天候向最終用戶交付產(chǎn)品。

本教程將向您展示如何基于涂鴉 LZ201 Cat.1 模塊和 MCU SDK 以低代碼方式制作自動(dòng)售貨機(jī)原型。

腳步

第 1 步：硬件設(shè)計(jì)

硬件由電源單元、單片機(jī)單元（MCU）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制單元、電機(jī)到位檢測(cè)單元、無(wú)線通信單元等外圍單元組成。框圖如下。

供電單元

三臺(tái)機(jī)組需要供電：

• 主電源：24V直流電源。將其連接到 MOSFET 為自動(dòng)售貨機(jī)的電機(jī)供電。
• 無(wú)線通訊單元：4V直流電源。使用LM2576 DC-DC穩(wěn)壓IC將24V降壓至4V。LM2576 可以驅(qū)動(dòng) 3A 負(fù)載，具有出色的線路和負(fù)載調(diào)整率。
• 單片機(jī)：3.3V供電。使用 S-1206B33-U3T1G 低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器 IC 將 4V 降壓至 3.3V。

單片機(jī)

STM32F103RET6 是一款 32 位高密度性能 MCU。它采用 ARM Cortex-M3 架構(gòu)，工作頻率為 72 MHz。它具有 11 個(gè)定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部復(fù)位電路、電壓檢測(cè)器、電壓調(diào)節(jié)器和微調(diào) RC 振蕩器。有關(guān)產(chǎn)品和數(shù)據(jù)表的更多信息，請(qǐng)分別參見STM32F103RE 概述和STM32F103RE 數(shù)據(jù)表。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制單元

元器件74HC595是一個(gè)8位串行輸入并行輸出移位寄存器，用于向電機(jī)輸出控制信號(hào)。( 74HC595 數(shù)據(jù)表)

將電機(jī)的每個(gè)端子分別連接到 FDS9945 n 溝道 MOSFET（FDS9945 數(shù)據(jù)表）和 FDS9958 p 溝道 MOSFET（FDS9958 數(shù)據(jù)表）。連接方法如下：

• 關(guān)于 FDS9945 MOSFET 的三個(gè)端子，源極接地，柵極連接信號(hào)線，漏極連接電機(jī)負(fù)極。

• 關(guān)于FDS9958 MOSFET的三個(gè)端子，源極接24V電源，柵極接信號(hào)線，漏極接電機(jī)正極。

當(dāng) FDS9945 和 FDS9958 都處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電機(jī)可以旋轉(zhuǎn)。

元件數(shù)量

• 信號(hào)線：11根。我們?cè)O(shè)計(jì)了 10 個(gè)產(chǎn)品托盤，需要 10 個(gè)電機(jī)。通常，我們需要 20 根信號(hào)線。如果我們用一根信號(hào)線將 10 個(gè)電機(jī)的負(fù)極端子連接到 FDS9945 MOSFET 的漏極。只需要 11 根電線。
• 74HC595移位寄存器：兩片串聯(lián)。我們有 11 位數(shù)據(jù)要輸入和輸出，但一個(gè)移位寄存器只支持 8 位數(shù)據(jù)。因此，我們將兩個(gè)移位寄存器串聯(lián)起來(lái)，最多支持 16 位數(shù)據(jù)。

電機(jī)到位檢測(cè)單元

74HC165是一個(gè)8位并行輸入和串行輸出移位寄存器，用于確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。( 74HC165 數(shù)據(jù)表)

當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到指定位置時(shí)，限位開關(guān)向74HC165移位寄存器上的并行輸入引腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。MCU 可以從 74HC165 上的串行輸出引腳讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到某個(gè)位的低電平時(shí)，會(huì)停止相應(yīng)的電機(jī)。

由于我們沒有足夠的 I/O，10 個(gè)電機(jī)可以共享同一個(gè)限位開關(guān)。

無(wú)線通信單元

涂鴉專有的 LZ201-CN Cat.1 蜂窩模塊可以在自動(dòng)售貨機(jī)和涂鴉 IoT Cloud 之間建立通信。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱LZ201-CN Cat.1 模塊數(shù)據(jù)表。

該模塊由高度集成的LTE Cat.1芯片UIS8910DM和外圍電路組成。它的特點(diǎn)：

• 內(nèi)置LTE Cat.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧和庫(kù)函數(shù)。
• 嵌入式 Cortex-A5 處理器和 Cat.1bis 調(diào)制解調(diào)器。
• 高達(dá) 64 MB 的閃存和高達(dá) 128 MB 的 SRAM。
• 支持的引腳包括 USB、UART、SDIO、SPI、I2C、I2S 和 ADC。
• 支持的外設(shè)包括顯示器、攝像頭、鍵盤矩陣、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、充電器、microSD 卡和 USIM 卡。

只需移植涂鴉MCU SDK，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)聯(lián)網(wǎng)云端，通過APP實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制。您還可以選擇 WB3S Wi-Fi 模塊或其他通信協(xié)議的模塊。

其他外圍設(shè)備

下面列出了一些可選外設(shè)：

• LED 指示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。
• LED 指示電源狀態(tài)。
• 溫度傳感器檢測(cè)自動(dòng)售貨機(jī)中的溫度。
• 跌落檢測(cè)器檢測(cè)產(chǎn)品跌落并返回操作結(jié)果。
• 多通道按鈕觸發(fā)特定的按鈕按下動(dòng)作。
• RS-485 接口用于在自動(dòng)售貨機(jī)和 RS-485 設(shè)備之間建立通信。
• LCD 用于人機(jī)交互。

完成硬件設(shè)計(jì)后，即可進(jìn)行 PCB 布局、焊接和測(cè)試。下圖顯示了我們完成的PCB。

第二步：在涂鴉IoT平臺(tái)上創(chuàng)建產(chǎn)品

1.登錄涂鴉物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，點(diǎn)擊創(chuàng)建。

2.找到標(biāo)準(zhǔn)品類，點(diǎn)擊戶外出行>智能電動(dòng)車。

3. 單擊自定義解決方案選項(xiàng)卡上的智能電動(dòng)汽車。

4.填寫基本信息，協(xié)議選擇LTE Cat.1 ，點(diǎn)擊創(chuàng)建。

5.根據(jù)需要添加標(biāo)準(zhǔn)功能。

6.（可選）如果沒有找到需要的功能，找到自定義功能，點(diǎn)擊+添加創(chuàng)建功能。我們創(chuàng)建兩個(gè)功能：一個(gè)是Item ，從云端獲取數(shù)據(jù)，另一個(gè)是Inventory ，發(fā)送數(shù)據(jù)到云端.

7.單擊設(shè)備面板選項(xiàng)卡并選擇一個(gè)面板。為了方便測(cè)試，您可以選擇調(diào)試面板，稍后再更改。

8.單擊硬件開發(fā)選項(xiàng)卡。選擇涂鴉標(biāo)準(zhǔn)模組MCU SDK ，然后選擇LZ201-CN LTE Cat.1 Module 。

9.向下滾動(dòng)頁(yè)面并找到下載文檔。單擊全部下載以獲取嵌入式編程的所有文件。

第 3 步：嵌入式編程

將 SDK 中的文件添加到您的項(xiàng)目中，并根據(jù)錯(cuò)誤消息更正您的代碼。

您可能會(huì)使用不同的 MCU，因此以下驅(qū)動(dòng)程序供您參考。完整示例代碼見tuya-iotos-embeded-mcu-demo-4g-vending-machine 。

配置串口

/***********************************************************
*   Function:  USART3_Init
*   Input:     uint32_t pclk2,uint32_t bound
*   Output:    none
*   Return:    none
*   Notice:    USART initialization
***********************************************************/
void USART3_Init(uint32_t pclk2,uint32_t bound)
{
float temp;
uint16_t mantissa;
uint16_t fraction;
temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);// Get USARTDIV.
mantissa=temp;  			    // Get the integer part.
fraction=(temp-mantissa)*16; // Get the decimal part.
mantissa<<=4;
mantissa+=fraction;
RCC->APB2ENR|=1<<3;   // Enable the clock for PORTB.
RCC->APB1ENR|=1<<18;  // Enable the clock for USART3.
GPIOB->CRH&=~(0xf<<8|0xf<<12);
GPIOB->CRH|=0X0B<<8|8<<12;// // Configure GPIO state.
GPIOB->ODR|=1<<11;
RCC->APB1RSTR|=1<<18;   // Reset USART3.
RCC->APB1RSTR&=~(1<<18);// Stop reset.
// Set baud rate.
USART3->BRR=mantissa; // Set baud rate.
USART3->CR1|=0X200C;  // No parity, and 1 stop bit. 			USART3->CR1|=1<<8;    // Enable PE interrupt.
USART3->CR1|=1<<5;    // Enable the RXNE interrupt.
MY_NVIC_Init(1,2,USART3_IRQn,2);// Group 2
}

接收串行數(shù)據(jù)

/***********************************************************
*   Function:  USART3_IRQHandler
*   Input:     none
*   Output:    none
*   Return:    none
*   Notice:    USART interrupt handler function. Receive one byte of data in interrupt mode.
***********************************************************/
void USART3_IRQHandler(void)
{
if(USART3->SR&(1<<5))// Received data.
{
uart_receive_input((unsigned char)(USART3->DR));
}
}

發(fā)送串口數(shù)據(jù)

/***********************************************************
*   Function:  Uart3_PutChar
*   Input:     uint8_t
*   Output:    none
*   Return:    uint8_t
*   Notice:    Send one byte of data to check whether a timeout has happened.
***********************************************************/
uint8_t Uart3_PutChar(uint8_t data)
{
uint8_t ret=1;
uint16_t timeout=0x8000;
USART3->DR = data;
while((USART3->SR&1<<6)! =1<<6)// Wait until the transmission is completed.
{
timeout--;
if( 0 == timeout )
{
ret = 1;
break;
}
}
if( 0 != timeout )
{
ret = 0;
}
return ret;
}
/**
* @brief  Send serial data
* @param[in] {value}  The one byte of data to be sent by UART.
* @return Null
*/
void uart_transmit_output(u8 value)
{
//#error "Specify the UART transmission function and delete this line"
Uart3_PutChar(value);
/*
// Example:
extern void Uart_PutChar(u8 value);
Uart_PutChar(value);                                    // UART transmission function
*/
}

通過74HC165移位寄存器讀取數(shù)據(jù)

/***********************************************************
*   Function:  HC165In
*   Input:     none
*   Output:    none
*   Return:    uint8_t
*   Notice:    Read values of the eight pins of 74HC165 and return 8-bit data.
***********************************************************/
uint8_t HC165In(void)
{
uint8_t i,dat=0;
CP_SET;
PL_RESET;
delay_us(10);
PL_SET;
delay_us(10);
for(i=0;i<8;i++)
{
dat=dat<<1;
if(ODATA==1)
{
dat=dat+1;
}
CP_RESET;
delay_us(10);
CP_SET;
delay_us(10);
}
CP_RESET;
return dat;
}

通過74HC595移位寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)

該功能用于通過74HC595向n溝道MOSFET和p溝道MOSFET輸出不同電平的信號(hào)。這樣，我們可以控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

/***********************************************************
*   Function:  HC595Send
*   Input:     uint16_t
*   Output:    none
*   Return:    none
*   Notice:    Output 16-bit data through pins of the two 74HC595 shift registers.
***********************************************************/
void HC595Send(uint16_t data)
{
uint8_t j;
LOCK_RESET;
delay_us(10);
for (j = 16; j > 0; j--)
{
SHIFT_RESET;
delay_us(10);
if(data & 0x8000)
{
INDATA_SET;
}
else
{
INDATA_RESET;
}
delay_us(10);
data <<= 1;
SHIFT_SET;
delay_us(10);
}
LOCK_SET;
delay_us(10);
}

例如，要旋轉(zhuǎn)第 X (0≤X≤9) 個(gè)電機(jī)來(lái)運(yùn)送產(chǎn)品，我們可以調(diào)用

HC595Send(1<1||<<10);

1<表示高電平信號(hào)輸出到第 X 個(gè) p 溝道 MOSFET。<>

注意：電路中的所有 n 溝道 MOSFET 使用相同的信號(hào)引腳，因此1<<10是固定的。

要停止電機(jī)旋轉(zhuǎn)，我們可以調(diào)用

HC595Send(0);

該功能的參數(shù)因電路設(shè)計(jì)而異。根據(jù)您的硬件調(diào)整它們。

處理來(lái)自云端的命令

來(lái)自云端的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 6 個(gè)字節(jié)。我們可以指定位 0 為產(chǎn)品托盤編號(hào)，位 1 為產(chǎn)品編號(hào)，位 2 至位 5 為訂單編號(hào)。

您可以根據(jù)需要指定通信協(xié)議。以下程序供您參考。

/*****************************************************************************
Function name: dp_download_m_num_handle
Feature description: a processing function for DPID_M_NUM.
Input parameters: value indicates the data source
: length: the length of the data
Return parameters: Return SUCCESS on success, and ERROR on failure
Instruction: For the send-only data point, the results must be sent to the cloud after the operation is completed.
*****************************************************************************/
static unsigned char dp_download_m_num_handle(const unsigned char value[], unsigned short length)
{
// Example: This is a data point of raw type.
unsigned char ret;
const unsigned char error[6]={"ERROR1"};
/*
// Process data of raw type.

*/
if((length==6)&&(value[0]<11)&&(value[1]<10))
{
IoT_receive[Q_U3.rear].data[0]=value[0];
IoT_receive[Q_U3.rear].data[1]=value[1];
IoT_receive[Q_U3.rear].data[2]=value[2];
IoT_receive[Q_U3.rear].data[3]=value[3];
IoT_receive[Q_U3.rear].data[4]=value[4];
IoT_receive[Q_U3.rear].data[5]=value[5];
F_TASK_MOTOR_OPEN++;
rear_inc(&Q_U3);
}
else
{
mcu_dp_raw_update(DPID_R_NUM,error,6);
}
// Return the result of the operation.
ret = mcu_dp_raw_update(DPID_M_NUM,value,length);
if(ret == SUCCESS)
return SUCCESS;
else
return ERROR;
}

編譯下載

編程完成后，如果出現(xiàn)任何錯(cuò)誤，請(qǐng)單擊構(gòu)建并更正您的代碼。

然后，將程序下載到開發(fā)板上進(jìn)行測(cè)試。

STM32 支持 ST-Link 和 J-Link 等調(diào)試器。建議使用 ST-Link。下表概述了要連接的引腳：

將 ST-Link 連接到您的開發(fā)板后，單擊下載。

第 4 步：演示

打開涂鴉智能應(yīng)用，點(diǎn)擊您為自動(dòng)售貨機(jī)選擇的面板。找到創(chuàng)建的數(shù)據(jù)點(diǎn)Item ，輸入XXYYZZZZZZZZ格式的值進(jìn)行測(cè)試。

• XX表示第 X 個(gè)產(chǎn)品托盤。
• YY表示托盤上的剩余產(chǎn)品。
• ZZZZZZZZ表示訂單號(hào)。它可以是任何值。

例如輸入0104aabbccdd，表示第一個(gè)托盤現(xiàn)在有四個(gè)產(chǎn)品，訂單號(hào)是aabbccdd。

數(shù)據(jù)發(fā)送后，您會(huì)發(fā)現(xiàn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)品掉落后停止。

注意：庫(kù)存值必須與項(xiàng)目匹配。例如，如果第一個(gè)托盤有四個(gè)產(chǎn)品，則有效值為0104。無(wú)效值如0105和0103不能使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

概括

涂鴉物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供便捷的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)工具和服務(wù)，旨在讓您的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目更輕松、更高效。查看并發(fā)現(xiàn)更多很棒的想法。

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