【2022.8.20获奖项目】智能柜设计

dwinForumAdmin

最近帮客户做了一款针对实验柜的舵机控制系统，本着完美主义，我在这里将用T5L屏设计一款高端大气时尚的智能柜管理系统。
（资料陆续更新，欢迎大家提出批评建议）
（dgus工程所用图片均来自于网络，仅供各位朋友交流参考，请勿商用）

首先说一下本智能柜的优势：

1、兼容性：

（1）液晶屏（操作面包）兼容性：在设计上采用了T5L标准屏作为主控，直接驱动串行总线舵机，传感器汇总到辅助控制器（如STC系列单片机，再将数据通过串口4发送给液晶屏，在实际开发过程中，只需要根据采用的液晶屏的分辨率改变DGUS工程就行。

（2）舵机兼容性：采用飞特的STS系列串行总线舵机作为驱动，这类舵机的力矩涵盖了4.5KG到40KG，且它们的协议通用

2、安全性：串行总线舵机具有电流、力矩、温度、电压保护功能，其使用安全性要高于常规的电机。

3、可拓展性：串行总线舵机，理论上来说，一个串口支持同时控制254个舵机，即一块液晶屏作为主控，可以带动254个舵机。

演示视频：链接: https://pan.baidu.com/s/19_-gfqtCd4SaAHN9-SsLMQ?pwd=4967 提取码: 4967 复制这段内容后打开百度网盘手机App，操作更方便哦

关于演示视频的几点说明：

1. 视频中采用的舵机为飞特SCS115型与SCS40两种型号的舵机，电源为24V开关电源，经降压至8-9V接入舵机

2. DGUS工程为800*480的，但我的80480的屏摔坏了，所以用的7寸1024*600的液晶屏

3. 由于论坛里有大神已经做了时间更新与flash操作的代码（迪文温控器代码），所以我就不做演示

4. 关于舵机动作顺序，开门：门栓舵机动作完成，开门舵机再动作；关门：开门舵机动作完成，然后门栓舵机再动作

如下图所示，为本文设计的智能柜的框架，迪文屏作为主控制器，通过串口2直接输出指令控制串行总线舵机，串口4与辅助控制器连接，用于拓展传感器，例如用于化学实验柜，可以拓展用以检测温度、气体、火焰检测等传感器。灯光系统用于智能柜内部照明使用，采用行程开关与光耦传感器共同控制，即在照明不良、柜门打开时，点亮照明灯光，电路见下文。

为了防止停电时，智能柜门处于失控状态，本设计采用了双舵机的设计，即开门舵机负责柜门的开关动作，门闩舵机负责门闩动作，停电后，由于门闩的存在，即使开门舵机卸力，智能柜也依然处于上锁状态，当然，如果用户觉得双舵机的成本太高，可以选择不加门闩舵机，对本设计的系统运行并不产生影响。机械结构如图所示：

接下来说明一下本设计的程序框架，程序是C51语言，在液晶屏中运行：

电路原理图分为三部分：主电路板（舵机驱动电路+辅助控制器+接口）、降压电路、灯光电路（安装在柜子里边）。

我在这里使用STM32F103RCT6作为辅助控制器，单片机的串口1与液晶屏的串口4相连接，液晶屏串口2直接驱动舵机，同时设计有一路输入，一路输出，用于紧急情况。

辅助控制器与传感器使用的电压多为5V，而舵机的电压直接与舵机型号相关，例如SCS115型的电压为7-8V，因此本设计采用了LM2596S-5.0输出5V电压，LM2596S-ADJ可调输出7.5V电压用于舵机，不同的电压，调节电阻R_ADJ的阻值即可。

由于使用的降压芯片为LM2596S，支持最大输入电压40V。

这里采用了光耦电阻检测亮度，行程开关与柜门相接，当柜门打开时，行程开关导通，如果光线太暗，小灯泡就可以点亮。

降压板与驱动板安装在如下图所示的小盒子里（3D图纸见附件），底层为降压板，上层为主电路板。

1.温湿度检测与刷新，时间更新（由辅助控制器驱动AHT21，将温湿度数据写入迪文屏）

1. /*****************温湿度更新**********************/
   
2. void dwin_Tempe_humi_update( void)
   
3. {
   
4.         uint8_t  Tempe_humi_date[20];  //发送给液晶屏的指令
   
5.         AHT20_Read_CTdata(CT_data);  //读取温度和湿度
   
6.         
   
7.         Tempe_humi_date[0]=0x5A;
   
8.         Tempe_humi_date[1]=0xA5;
   
9.         Tempe_humi_date[2]=0x07;
   
10.         Tempe_humi_date[3]=0x82;
    
11.         Tempe_humi_date[4]=(ADDR_TEMP_HUMI>>8)&0xff;
    
12.         Tempe_humi_date[5]=ADDR_TEMP_HUMI&0xff;
    
13.         Tempe_humi_date[6]=((CT_data[1] *200*10/1024/1024-500)>>8)&0xff;
    
14.         Tempe_humi_date[7]=((CT_data[1] *200*10/1024/1024-500))&0xff;//计算得到温度值（放大了10倍，如果t1=245，表示现在温度为24.5℃）
    
15.         Tempe_humi_date[8]=((CT_data[0]*1000/1024/1024)>>8)&0xff;
    
16.         Tempe_humi_date[9]=((CT_data[0]*1000/1024/1024))&0xff;  //计算得到湿度值（放大了10倍,如果c1=523，表示现在湿度为52.3%）
    
17.         Usart_SendString( USART_DWIN,Tempe_humi_date,10);
    
18. 
    
19. }
    
20. 
    
21. /*****************时间更新**********************/
    
22. 
    
23. uint8_t  DGUS_RTC_date[40];  
    
24. void dwin_time_update( u32 time_value)
    
25. {
    
26.         struct rtc_time time;
    
27.         unsigned int days,hour_min_sec;
    
28.         unsigned int i;
    
29.         
    
30.         days = time_value / 86400;//一天有86400秒
    
31.         hour_min_sec = time_value % 86400;//一天有86400秒
    
32.         
    
33.         time.hour = hour_min_sec / 3600;//一小时有3600秒
    
34.         time.mintute =( hour_min_sec % 3600 ) / 60;//一分钟有60秒
    
35.         time.second =( hour_min_sec % 3600 ) % 60;
    
36.         
    
37.         //年份判断，从1970年开始
    
38.         for ( i=1970;days>=days_in_years(i);i++)
    
39.         {
    
40.                 days-=days_in_years(i);
    
41.         }
    
42.         time.year=i;
    
43.         //判断月份
    
44.         if (leapyear(i))
    
45.                 days_in_month[2]=29;
    
46.         else
    
47.                 days_in_month[2]=28;
    
48.                 for ( i=1;days>=days_in_month;i++)
    
49.         {
    
50.                 days-=days_in_month;
    
51.         }
    
52.         time.month = i;
    
53.         //日期计算
    
54.         time.day = days + 1 ;
    
55.         
    
56.         time.week=RTC_Get_Week(time.year,time.month, time.day);
    
57. 
    
58.         DGUS_RTC_date[0]=0x5A;
    
59.         DGUS_RTC_date[1]=0xA5;
    
60.         DGUS_RTC_date[2]=0x18;
    
61.         DGUS_RTC_date[3]=0x82;
    
62.         DGUS_RTC_date[4]=(ADDR_RTC_TIME>>8)&0xff;
    
63.         DGUS_RTC_date[5]=ADDR_RTC_TIME&0xff;
    
64.         DGUS_RTC_date[6]=0x00;
    
65.         DGUS_RTC_date[7]=time.hour;//时
    
66.         DGUS_RTC_date[8]=0x00;
    
67.         DGUS_RTC_date[9]=time.mintute;//分
    
68.         DGUS_RTC_date[10]=00;
    
69.         DGUS_RTC_date[11]=time.second;//秒
    
70.         DGUS_RTC_date[12]=(time.year>>8)&0xff;//年
    
71.         DGUS_RTC_date[13]=time.year&0xff;//年
    
72.         DGUS_RTC_date[14]=00;
    
73.         DGUS_RTC_date[15]=time.month;//月
    
74.         DGUS_RTC_date[16]=00;
    
75.         DGUS_RTC_date[17]=time.day;//日
    
76.         
    
77.         DGUS_RTC_date[18]=ascii_8hex[2*weeks(time.week)+0];//(time.week>>8)&0xff;//ascii_8hex[];//
    
78.         DGUS_RTC_date[19]=ascii_8hex[2*weeks(time.week)+1];// time.week&0xff;//当前星期
    
79.         
    
80. 
    
81.         Usart_SendString( USART_DWIN,DGUS_RTC_date,26);
    
82.         
    
83. 
    
84. }
    
85. //星期运算
    
86. 
    
87. 
    
88. uint16_t weeks(int weekday)
    
89. {
    
90. //        uint16_t asic_2_h;
    
91.         if(weekday>6)
    
92.                 weekday-=7;
    
93. 
    
94.         return weekday;
    
95. }
    
96. 
    

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（上传空间有限，需要详细资料的请邮箱联系1462818330@qq.com）

本节主要是简单说一下飞特舵机指令协议，供大家做个参考。

飞特舵机STS系列采用TTL通信，指令格式为8-N-1，波特率默认1000000，可以更改为1000000，500000，250000，128000，115200，76800，57600，38400

1.指令

     字头   ID号    数据长度   指令       参数               校验和

     0XFF   0XFF ID  Length   Instruction   Parameter1 ...Parameter N  Check Sum

字头：连续收到两个 0XFF ,表示有数据包到达。

ID: 每个舵机都有一个 ID 号。 ID 号范围 0～253,转换为十六进制 0X00～0XFD。

广播 ID: ID 号 254 为广播 ID,若控制器发出的 ID 号为 254(0XFE)，所有的舵机均接收指令，除 PING 指令外其它指令均不返回应答信息(多个舵机连接在总线上不能使用广播 PING指令)。

数据长度：等于待发送的参数长度 N 加上 2，即“N+2”。

参数：除指令外需要补充的控制信息，参数最大支持双字节参数表示一个内存值，字节顺序参考舵机使用手册(不同型号舵机字节顺序不一样)。

校验和：校验和 Check Sum，计算方法如下：Check Sum = ~ (ID + Length + Instruction + Parameter1 + ... Parameter N)

若括号内的计算和超出 255,则取最低的一个字节，“~”表示取反。

例如，控制舵机转到1500位置，则指令为FF FF 01 0A 03 29 32 E8 03 00 00 E8 03 C0 ，该指令控制舵机位置与转动速度、加速度

2.应答

    字头      ID  数据长度     当前状态 参数                校验和

    0XFF    0XFF ID  Length     ERROR   Parameter1 ...Parameter N  Check Sum

返回的应答包包含舵机的当前状态 ERROR，若舵机当前工作状态不正常，会通过这个字节反映出来，若 ERROR 为 0，则舵机无报错信息。

若指令是读指令 READ DATA，则 Parameter1 ...Parameter N 是读取的信息。

详细舵机指令说明，大家可以自行查找官网。

主要功能程序说明：2.舵机内存表宏定义（节选）

#define SCSCL_ID 5

#define SCSCL_BAUD_RATE 6

#define SCSCL_RETURN_DELAY_TIME 7

#define SCSCL_RETURN_LEVEL 8

#define SCSCL_MIN_ANGLE_LIMIT_L 9

#define SCSCL_MIN_ANGLE_LIMIT_H 10

#define SCSCL_MAX_ANGLE_LIMIT_L 11

#define SCSCL_MAX_ANGLE_LIMIT_H 12

#define SCSCL_LIMIT_TEMPERATURE 13

#define SCSCL_MAX_LIMIT_VOLTAGE 14

#define SCSCL_MIN_LIMIT_VOLTAGE 15

#define SCSCL_MAX_TORQUE_L 16

#define SCSCL_MAX_TORQUE_H 17

#define SCSCL_ALARM_LED 19

#define SCSCL_ALARM_SHUTDOWN 20

#define SCSCL_COMPLIANCE_P 21

#define SCSCL_COMPLIANCE_D 22

#define SCSCL_COMPLIANCE_I 23

#define SCSCL_PUNCH_L 24

#define SCSCL_PUNCH_H 25

#define SCSCL_CW_DEAD 26

#define SCSCL_CCW_DEAD 27

#define SCSCL_PROTECT_TORQUE 37

#define SCSCL_PROTECT_TIME 38

#define SCSCL_OVLOAD_TORQUE 39

#define SCSCL_TORQUE_ENABLE 40

#define SCSCL_GOAL_POSITION_L 42

#define SCSCL_GOAL_POSITION_H 43

#define SCSCL_GOAL_TIME_L 44

#define SCSCL_GOAL_TIME_H 45

#define SCSCL_GOAL_SPEED_L 46

#define SCSCL_GOAL_SPEED_H 47

#define SCSCL_LOCK 48

3.舵机服务子程序(其他子程序，由于篇幅有限，这里就不写）

1. int writePos(uint8_t ID, uint16_t Position, uint16_t Time, uint16_t Speed, uint8_t Fun)
   
2. {
   
3.         uint8_t buf[6];
   
4.         flushSCS();//清空缓冲区
   
5. 
   
6.         u16_to_u8(buf+0, buf+1, Position);
   
7.         u16_to_u8(buf+2, buf+3, Time);
   
8.         u16_to_u8(buf+4, buf+5, Speed);
   
9.         writeBuf(ID, SCSCL_GOAL_POSITION_L, buf, 6, Fun);
   
10.         return Ack(ID);
    
11. }
    
12. 
    
13. //写位置指令
    
14. //舵机ID，Position位置，运行时间Time，速度Speed
    
15. int WritePos(uint8_t ID, uint16_t Position, uint16_t Time, uint16_t Speed)
    
16. {
    
17.         return writePos(ID, Position, Time, Speed, INST_WRITE);
    
18. }
    
19. 
    
20. //异步写位置指令
    
21. //舵机ID，Position位置，运行时间Time，速度Speed
    
22. int RegWritePos(uint8_t ID, uint16_t Position, uint16_t Time, uint16_t Speed)
    
23. {
    
24.         return writePos(ID, Position, Time, Speed, INST_REG_WRITE);
    
25. }
    
26. 
    
27. void RegWriteAction(void)
    
28. {
    
29.         writeBuf(0xfe, 0, NULL, 0, INST_ACTION);
    
30. }
    
31. 
    
32. //写位置指令
    
33. //舵机ID[]数组，IDN数组长度，Position位置，运行时间Time，速度Speed
    
34. void SyncWritePos(uint8_t ID[], uint8_t IDN, uint16_t Position, uint16_t Time, uint16_t Speed)
    
35. {
    
36.         uint8_t buf[6];
    
37. 
    
38.         u16_to_u8(buf+0, buf+1, Position);
    
39.         u16_to_u8(buf+2, buf+3, 0);
    
40.         u16_to_u8(buf+4, buf+5, Speed);
    
41.         snycWrite(ID, IDN, SCSCL_GOAL_POSITION_L, buf, 6);
    
42. }
    
43. 
    
44. //读位置，超时返回-1
    
45. int ReadPos(uint8_t ID)
    
46. {
    
47.         return readWord(ID, SCSCL_PRESENT_POSITION_L);
    
48. }
    
49. 
    
50. //速度控制模式
    
51. int WriteSpe(uint8_t ID, int16_t Speed)
    
52. {
    
53.         if(Speed<0){
    
54.                 Speed = -Speed;
    
55.                 Speed |= (1<<10);
    
56.         }
    
57.         return writeWord(ID, SCSCL_GOAL_TIME_L, Speed);
    
58. }
    
59. 
    
60. //读负载，超时返回-1
    
61. int ReadLoad(uint8_t ID)
    
62. {      
    
63.         return readWord(ID, SCSCL_PRESENT_LOAD_L);
    
64. }
    
65. 
    
66. //读电压，超时返回-1
    
67. int ReadVoltage(uint8_t ID)
    
68. {      
    
69.         return readByte(ID, SCSCL_PRESENT_VOLTAGE);
    
70. }
    
71. 
    
72. //读温度，超时返回-1
    
73. int ReadTemper(uint8_t ID)
    
74. {      
    
75.         return readByte(ID, SCSCL_PRESENT_TEMPERATURE);
    
76. }
    
77. 
    
78. //Ping指令，返回舵机ID，超时返回-1
    
79. int Ping(uint8_t ID)
    
80. {
    
81.         int Size;
    
82.         uint8_t bBuf[6];
    
83.         flushSCS();
    
84.         writeBuf(ID, 0, NULL, 0, INST_PING);
    
85.         Size = readSCS(bBuf, 6);
    
86.         if(Size==6){
    
87.                 return bBuf[2];
    
88.         }else{
    
89.                 return -1;
    
90.         }
    
91. }
    
92. 
    
93. void writeBuf(uint8_t ID, uint8_t MemAddr, uint8_t *nDat, uint8_t nLen, uint8_t Fun)
    
94. {
    
95.         uint8_t i;
    
96.         uint8_t msgLen = 2;
    
97.         uint8_t bBuf[6];
    
98.         uint8_t CheckSum = 0;
    
99.         bBuf[0] = 0xff;
    
100.         bBuf[1] = 0xff;
     
101.         bBuf[2] = ID;
     
102.         bBuf[4] = Fun;
     
103.         if(nDat){
     
104.                 msgLen += nLen + 1;
     
105.                 bBuf[3] = msgLen;
     
106.                 bBuf[5] = MemAddr;
     
107.                 writeSCS(bBuf, 6);//MemAddr保存的是目标位置在舵机SRAM中的保存地址，如果有目标参数（判断nDat==1），则会从这一位开始输出
     
108. 
     
109.         }else{
     
110.                 bBuf[3] = msgLen;
     
111.                 writeSCS(bBuf, 5);//如果没有目标参数（判断nDat==0）则不输出目标地址，也就只有五位数
     
112.         }
     
113.         CheckSum = ID + msgLen + Fun + MemAddr;
     
114.         if(nDat){
     
115.                 for(i=0; i<nLen; i++){
     
116.                         CheckSum += nDat;
     
117.                 }
     
118.                 writeSCS(nDat, nLen);
     
119.         }
     
120.         CheckSum = ~CheckSum;
     
121.         writeSCS(&CheckSum, 1);
     
122. }
     
123. 
     
124. //普通写指令
     
125. //舵机ID，MemAddr内存表地址，写入数据，写入长度
     
126. int genWrite(uint8_t ID, uint8_t MemAddr, uint8_t *nDat, uint8_t nLen)
     
127. {
     
128.         flushSCS();
     
129.         writeBuf(ID, MemAddr, nDat, nLen, INST_WRITE);
     
130.         return Ack(ID);
     
131. }
     
132. //读指令
     
133. //舵机ID，MemAddr内存表地址，返回数据nData，数据长度nLen
     
134. int Read(uint8_t ID, uint8_t MemAddr, uint8_t *nData, uint8_t nLen)
     
135. {
     
136.         int Size;
     
137.         uint8_t bBuf[5];
     
138.         flushSCS();
     
139.         writeBuf(ID, MemAddr, &nLen, 1, INST_READ);
     
140.         if(readSCS(bBuf, 5)!=5){
     
141.                 return 0;
     
142.         }
     
143.         Size = readSCS(nData, nLen);
     
144.         if(readSCS(bBuf, 1)){
     
145.                 return Size;
     
146.         }
     
147.         return 0;
     
148. }
     
149. 
     

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备注说明：如需源码，请参考此链接：http://inforum.dwin.com.cn:20080/forum.php?mod=viewthread&tid=6569&_dsign=04300abb