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帶有電機(jī)控制器以及用于教育目的的可視化編程和控制軟件的低成本 STM32 電路板。
項(xiàng)目描述
該項(xiàng)目是一個(gè)用于教育應(yīng)用的機(jī)器人平臺(tái)。它包括一個(gè)搭載了時(shí)鐘主頻為 100MHz 的 STM32F411 芯片的機(jī)器人板，該芯片支持 12 路模擬輸入，有 16 個(gè) PWM 引腳（其中 12 個(gè)管腳連接到集成在芯片內(nèi)部的電機(jī)控制器上）、7 個(gè)數(shù)字引腳（可用作中斷）、兩個(gè)串口、1 個(gè) spi 接口和 1 個(gè) i2c 端口。該平臺(tái)還含有可視化編程軟件和控制軟件，可以與電路板密切配合，它通過藍(lán)牙進(jìn)行無線操控，可以運(yùn)行在低成本的計(jì)算機(jī)上（除了 Mac、Windows 和 Linux 之外，它還可以在樹莓派 3 上流暢運(yùn)行）。
項(xiàng)目細(xì)節(jié)
原動(dòng)力
這個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)者叫 Joshua Grauman?？纯此麑?duì)項(xiàng)目的介紹吧：
我住在洛杉磯中南部，和家人一起搬到這里，在一個(gè)資源貧乏的社區(qū)里給學(xué)生們提供幫助和機(jī)會(huì)，尤其是兒童教育。我們一直活躍在當(dāng)?shù)氐母鱾€(gè)公立學(xué)校，主要運(yùn)營項(xiàng)目有兒童成長營、面向青年團(tuán)體的課后計(jì)劃。我運(yùn)營過一個(gè)用于課后教育的機(jī)器人項(xiàng)目。我想要一個(gè)用來教編程的低成本機(jī)器人系統(tǒng)，這個(gè)機(jī)器人不僅包含可視化編程，還能展示可視化編程的視覺呈現(xiàn)效果和實(shí)際生成的代碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這個(gè)系統(tǒng)需要和日常教學(xué)課程配合良好，不會(huì)讓初學(xué)者因?yàn)殡y學(xué)而感到沮喪。我同時(shí)還希望這個(gè)系統(tǒng)可靠、可擴(kuò)展、開放、簡(jiǎn)單。但是我一直沒有找到一個(gè)可以滿足我的需求的低成本系統(tǒng)，于是我開始著手親自動(dòng)手設(shè)計(jì)它。在對(duì)硬件和軟件進(jìn)行了多次修改之后，我終于有了這樣一個(gè)可以滿足如下目標(biāo)的工作原型系統(tǒng)：
·經(jīng)過驗(yàn)證的具有高可靠性、高可配置性和可升級(jí)性的技術(shù) - 基于 STM32 和 mbed；
·從初學(xué)者到高級(jí)用戶，都可以使用同一個(gè)平臺(tái) – 可視化編程和文本編碼之間可以直接對(duì)應(yīng)；
·可針對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境或硬件設(shè)置進(jìn)行定制 - 為給定的傳感器 / 設(shè)備預(yù)先構(gòu)建了一些可用板塊；
·適應(yīng)任何教學(xué)課程 - 可以根據(jù)學(xué)生水平分配不同的學(xué)習(xí)板塊，以便初學(xué)者不會(huì)淹沒在所有概念的海洋里；
·低成本和易于管理 - 兼容樹莓派 3，圖像可以復(fù)制；
·高可靠性 - 所有系統(tǒng)都不依賴于互聯(lián)網(wǎng) / 云；
·高速 - 所有系統(tǒng)都運(yùn)行編譯生成的原生二進(jìn)制文件，沒有模擬器或兼容層；
·適合兒童使用 - 彩色編碼板，輸入 / 輸出與傳感器 / 設(shè)備匹配。
特征
·基于功能強(qiáng)大的 32 位 ARM 微控制器和 mbed 庫；
·開放式硬件和軟件，可輕松擴(kuò)展到多種類型的傳感器和設(shè)備上；
·通過藍(lán)牙無線通信進(jìn)行編程和控制；
·可定制的編程和控制軟件（輕松添加新模塊或控件）；
·多平臺(tái)軟件可以本地運(yùn)行在低成本硬件上（包括樹莓派 3）
硬件
·支持 6 個(gè)直流電機(jī)、12 路模擬輸入、7 路數(shù)字 IO、4 路額外的 PWM 輸出、2 個(gè)串口、多個(gè) I2C 器件、SPI 等等；
·內(nèi)置無線編程，有復(fù)位鍵和暫停鍵；
·所有端口都采用顏色編碼，并與傳感器 / 設(shè)備相匹配，以利于連線；
程序直接運(yùn)行在時(shí)鐘主頻高達(dá) 100MHz 的 32 位 ARM 處理器上，可實(shí)現(xiàn)有效、復(fù)雜的程序；
系統(tǒng)基于 STM32 和功能強(qiáng)大的 mbed 庫，所以電路板和軟件支持硬件中斷、定時(shí)器、回調(diào)函數(shù)、串口 /I2C/SPI 通信、PID 控制、字符串操作等。
可視化編程軟件
可視化編程軟件是該機(jī)器人平臺(tái)的核心。它可以從可視化的編程組塊直接生成文本形式的 C++代碼。學(xué)生可以輕松地開始對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行編程?？梢孕薷乃薪M塊或使用基于文本的配置文件添加新組塊，從而輕松地將新的傳感器或設(shè)備添加或擴(kuò)展到系統(tǒng)中。每個(gè)組塊都被分配了不同的“級(jí)別”，對(duì)應(yīng)不同的學(xué)習(xí)深度，以便循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)課程，逐步引入新的功能和概念，而不會(huì)讓初學(xué)者在眾多概念面前感到壓力。生成的代碼的顏色編碼和可視化的組塊保持一致，以方便查看可視化編程是如何轉(zhuǎn)換為實(shí)際代碼的。您還可以選擇具體的可視化組塊以查看與之對(duì)應(yīng)的代碼。這套軟件是完全可定制的，可以完全重新配置，甚至生成其他系統(tǒng)的原生代碼（如 Arduino）。該軟件支持的功能包括保存 / 打開、導(dǎo)入 / 導(dǎo)出、縮放、復(fù)制 / 粘貼、打印、注釋、執(zhí)行功能，以及編程、暫停、復(fù)位和控制電路板。
可視化控制軟件
通過可視化控制軟件，計(jì)算機(jī)可以在界面上通過串行通信（這里是藍(lán)牙）和機(jī)器人平臺(tái)電路板建立連接。控制軟件界面外觀亮麗，學(xué)生一看就能想象出這個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，并能夠輕松地實(shí)現(xiàn)完全控制（哪個(gè)學(xué)生不喜歡花里胡哨的遙控界面呢？）。無論連接什么樣的傳感器或系統(tǒng)，都可以通過控制軟件界面設(shè)置輸入或輸出，進(jìn)行完全控制或者讀取電路板的反饋數(shù)據(jù)。和可視化編程軟件一樣，可視化控制軟件可以使用高度可配置的文本文件變換外觀。你可以控制每個(gè)按鈕和撥盤的外觀、樣式和幾乎所有方面的效果。你可以輕松創(chuàng)建全新的刻度盤并更改所有控件的位置和大小。每個(gè)按鈕或撥盤可以同時(shí)顯示多個(gè)數(shù)據(jù)來源，也可以同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)輸入。
本文源自 Hackaday.io，原文可打開鏈接查看：https://hackaday.io/project/90613-visual-robotics-platform
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