基于涂鸦LZ201 Cat.1和MCU SDK的自动售货机

描述

概述

得益于创新技术，我们的生活方式变得更加高效和智能。简单的自动售货机是现代的伟大发明之一。这是供应商使用的一种高效且低成本的方法，可以 24/7 全天候向最终用户交付产品。

本教程将向您展示如何基于涂鸦 LZ201 Cat.1 模块和 MCU SDK 以低代码方式制作自动售货机原型。

脚步

第 1 步：硬件设计

硬件由电源单元、单片机单元（MCU）、电机驱动与控制单元、电机到位检测单元、无线通信单元等外围单元组成。框图如下。

供电单元

三台机组需要供电：

• 主电源：24V直流电源。将其连接到 MOSFET 为自动售货机的电机供电。
• 无线通讯单元：4V直流电源。使用LM2576 DC-DC稳压IC将24V降压至4V。LM2576 可以驱动 3A 负载，具有出色的线路和负载调整率。
• 单片机：3.3V供电。使用 S-1206B33-U3T1G 低压差 (LDO) 稳压器 IC 将 4V 降压至 3.3V。

单片机

STM32F103RET6 是一款 32 位高密度性能 MCU。它采用 ARM Cortex-M3 架构，工作频率为 72 MHz。它具有 11 个定时器和一个内部复位电路、电压检测器、电压调节器和微调 RC 振荡器。有关产品和数据表的更多信息，请分别参见STM32F103RE 概述和STM32F103RE 数据表。

电机驱动和控制单元

元器件74HC595是一个8位串行输入并行输出移位寄存器，用于向电机输出控制信号。( 74HC595 数据表)

将电机的每个端子分别连接到 FDS9945 n 沟道 MOSFET（FDS9945 数据表）和 FDS9958 p 沟道 MOSFET（FDS9958 数据表）。连接方法如下：

• 关于 FDS9945 MOSFET 的三个端子，源极接地，栅极连接信号线，漏极连接电机负极。

• 关于FDS9958 MOSFET的三个端子，源极接24V电源，栅极接信号线，漏极接电机正极。

当 FDS9945 和 FDS9958 都处于导通状态时，电机可以旋转。

元件数量

• 信号线：11根。我们设计了 10 个产品托盘，需要 10 个电机。通常，我们需要 20 根信号线。如果我们用一根信号线将 10 个电机的负极端子连接到 FDS9945 MOSFET 的漏极。只需要 11 根电线。
• 74HC595移位寄存器：两片串联。我们有 11 位数据要输入和输出，但一个移位寄存器只支持 8 位数据。因此，我们将两个移位寄存器串联起来，最多支持 16 位数据。

电机到位检测单元

74HC165是一个8位并行输入和串行输出移位寄存器，用于确定电机旋转方向。( 74HC165 数据表)

当电机旋转到指定位置时，限位开关向74HC165移位寄存器上的并行输入引脚输出一个低电平信号。MCU 可以从 74HC165 上的串行输出引脚读取数据。当单片机检测到某个位的低电平时，会停止相应的电机。

由于我们没有足够的 I/O，10 个电机可以共享同一个限位开关。

无线通信单元

涂鸦专有的 LZ201-CN Cat.1 蜂窝模块可以在自动售货机和涂鸦 IoT Cloud 之间建立通信。有关详细信息，请参阅LZ201-CN Cat.1 模块数据表。

该模块由高度集成的LTE Cat.1芯片UIS8910DM和外围电路组成。它的特点：

• 内置LTE Cat.1网络通信协议栈和库函数。
• 嵌入式 Cortex-A5 处理器和 Cat.1bis 调制解调器。
• 高达 64 MB 的闪存和高达 128 MB 的 SRAM。
• 支持的引脚包括 USB、UART、SDIO、SPI、I2C、I2S 和 ADC。
• 支持的外设包括显示器、摄像头、键盘矩阵、麦克风、扬声器、充电器、microSD 卡和 USIM 卡。

只需移植涂鸦MCU SDK，即可实现自动售货机联网云端，通过APP实现设备控制。您还可以选择 WB3S Wi-Fi 模块或其他通信协议的模块。

其他外围设备

下面列出了一些可选外设：

• LED 指示网络状态。
• LED 指示电源状态。
• 温度传感器检测自动售货机中的温度。
• 跌落检测器检测产品跌落并返回操作结果。
• 多通道按钮触发特定的按钮按下动作。
• RS-485 接口用于在自动售货机和 RS-485 设备之间建立通信。
• LCD 用于人机交互。

完成硬件设计后，即可进行 PCB 布局、焊接和测试。下图显示了我们完成的PCB。

第二步：在涂鸦IoT平台上创建产品

1.登录涂鸦物联网平台，点击创建。

2.找到标准品类，点击户外出行>智能电动车。

3. 单击自定义解决方案选项卡上的智能电动汽车。

4.填写基本信息，协议选择LTE Cat.1 ，点击创建。

5.根据需要添加标准功能。

6.（可选）如果没有找到需要的功能，找到自定义功能，点击+添加创建功能。我们创建两个功能：一个是Item ，从云端获取数据，另一个是Inventory ，发送数据到云端.

7.单击设备面板选项卡并选择一个面板。为了方便测试，您可以选择调试面板，稍后再更改。

8.单击硬件开发选项卡。选择涂鸦标准模组MCU SDK ，然后选择LZ201-CN LTE Cat.1 Module 。

9.向下滚动页面并找到下载文档。单击全部下载以获取嵌入式编程的所有文件。

第 3 步：嵌入式编程

将 SDK 中的文件添加到您的项目中，并根据错误消息更正您的代码。

您可能会使用不同的 MCU，因此以下驱动程序供您参考。完整示例代码见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
}

接收串行数据

/***********************************************************
*   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));
}
}

发送串口数据

/***********************************************************
*   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
*/
}

通过74HC165移位寄存器读取数据

/***********************************************************
*   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;
}

通过74HC595移位寄存器发送数据

该功能用于通过74HC595向n沟道MOSFET和p沟道MOSFET输出不同电平的信号。这样，我们可以控制电机旋转。

/***********************************************************
*   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，要旋转第 X (0≤X≤9) 个电机来运送产品，我们可以调用

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

1<表示高电平信号输出到第 X 个 p 沟道 MOSFET。<>

注意：电路中的所有 n 沟道 MOSFET 使用相同的信号引脚，因此1<<10是固定的。

要停止电机旋转，我们可以调用

HC595Send(0);

该功能的参数因电路设计而异。根据您的硬件调整它们。

处理来自云端的命令

来自云端的数据长度为 6 个字节。我们可以指定位 0 为产品托盘编号，位 1 为产品编号，位 2 至位 5 为订单编号。

您可以根据需要指定通信协议。以下程序供您参考。

/*****************************************************************************
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;
}

编译下载

编程完成后，如果出现任何错误，请单击构建并更正您的代码。

然后，将程序下载到开发板上进行测试。

STM32 支持 ST-Link 和 J-Link 等调试器。建议使用 ST-Link。下表概述了要连接的引脚：

将 ST-Link 连接到您的开发板后，单击下载。

第 4 步：演示

打开涂鸦智能应用，点击您为自动售货机选择的面板。找到创建的数据点Item ，输入XXYYZZZZZZZZ格式的值进行测试。

• XX表示第 X 个产品托盘。
• YY表示托盘上的剩余产品。
• ZZZZZZZZ表示订单号。它可以是任何值。

例如输入0104aabbccdd，表示第一个托盘现在有四个产品，订单号是aabbccdd。

数据发送后，您会发现电机开始转动，产品掉落后停止。

注意：库存值必须与项目匹配。例如，如果第一个托盘有四个产品，则有效值为0104。无效值如0105和0103不能使电机旋转。

概括

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