简介：给出了对于基于ESP32设计的智能车竞赛的の比赛系统的硬件调试过程。基本上验证了硬件设计的合理与正确性。在第一部分的“修改建议”中也给出了硬件电路的修改意见。

关键词： 智能车竞赛，比赛系统，ESP32，电磁感应

§01 基于ESP32的竞赛比赛系统

根据 AI视觉组基于ESP32的裁判系统第一版本设计要求 ，由龙邱设计制作了比赛系统的硬件模块。下面对于该模块的硬件进行初步调试。

1.硬件模块组成

龙邱提供的比赛系统的硬件主要包括三个电路板模块：

（1）主控模块

主控模块的核心ESP32-S放置在电路板的反面，其它的器件和接口都位于电路板的正面。

主控模块的主要功能包括：

ESP32-S控制与通信模块
对于车模通过传感器（感应线圈、LED光电检测板）和激光信号检测功能
USB接口、光电板、LED，BEEP接口等。

^{▲ 主控模块电路板}

^{▲ 主控模块反面的ESP32-s模块}

（2）激光信号检测模块

激光信号检测模块只是用于功能测试。也就是测试单个光电管（中心监测点），四个光电管并联（边缘光电信号）检测。但是整个光电板的尺寸并不符合实际目标检测使用。

^{▲ 光电模块}

在接收到激光信号接收板上并没有焊接 SP-1CL3陶瓷接收管（¥：2.3）。在其上焊接SP-1CL3光电管。

^{▲ SP-1CL3高次接收管}

由于SP-1CL3价格稍高，在另外一块光电模块焊接 PT0805光电三极管 ，进行测试看是否能够满足要求。

^{▲ SP-1CL3封装示意图}

（3）LED、BEEP指示模块

在收到模块的时候，指示模块上的绿色LED并没有焊接。

^{▲ LED,BEEP知识模块}

2.初步硬件测试

（1）焊接指示模块上LED

在指示模块焊接绿色LED的时候发现原来模块上留给LED的焊接管脚间距不是100mil，使得LED无法按到底进行焊接。建议将LED的管脚间距修改成100mil。

（2）焊接光电管板

确定SP-1CL3光电管的极性，可以根据前面的它的数据手册上给出的定义。使用数字万用表测量，可以看到不同的测量结果不同。

使用数字万用电阻档测量：

正向测量：8.3MΩ
反向测量：-4.55MΩ

3.修改建议

根据硬件初步调试，给出对于原来的设计的修改意见。

（1）修改指示板LED的管脚间距

指示板上的LED的管脚间距不是100mil，LED按不下去。建议将LED的管脚的间距修改成与LED的封装间距已知，100mil。

^{▲ 指示板上的LED的管脚间距不是100mil，LED按不下去}

（2）蜂鸣器驱动T1的封装

Speaker的驱动T1（NPN）的封装错误。

^{▲ SPEAKER驱动T1封装错误}

（3）C3,C19焊接错误

详细参见调试线圈放大电路中的错误。

§02 调试主控模块

[^65556]:主控板AD设计工程文件:AD\SmartCar\2021\LaserDetect\LQ

1、静态调试[^65556]

（1）静态工作电流

接入+5V工作电源，工作电流为：24mA左右。另外一个工作电流为90mA左右。具体的区别现在还不太清楚。

（2）稳压输出3.3V

测量U2（LM1117-3.3V）的PIN2 ，可以测到稳压的电压3.3V。

^{▲ 图2-1 测试控制主板的静态工作点}

2、下载ESP32MicroPython

（1）制作下载转接线

在电路板上的ESP32的下载线的接口（VGTRNG）为80mil的6PIN。制作一条6PIN的转接线（100mil →80mil）。

^{▲ 图2-2 制作ESP32下载线转接线}

（2）下载MicroPython

根据 利用CH340C制作MicroPython ESP8266,ESP32的下载器-改进型 对ESP32下载MicroPython。

VGTRNG端口距离旁边的拨码开关太近了，使得接入6pin的下载端口有些困难。建议：焊接VGTRNG从背面焊接，这样便可以接触插接6pina插头的问题。

^{▲ 图2-3 下载端口}

下载结果：静态电流90mA的模块可以正常下载MicroPython，下载之后静态电流变为34mA。静态电流为25mA的模块始终无法正常下载MciroPython。

^{▲ 图2-4 电路板LED1（DG：ESP32-IO5）被点亮}
电路板LED1（DG：ESP32-IO5）被点亮。

3、MicroPython程序测试

编程参考文档： MicroPython 官方网站 。

（1）测试LED1，LED2

测量电路板的LED1（IO5），LED2（IO18）的闪烁。

板载LED的IO：

LED1：IO5
LED2：IO18

from machine                import Pin
import time
led1 = Pin(5, Pin.OUT)
led2 = Pin(18, Pin.OUT)
while True:led1.on()led2.off()time.sleep_ms(200)led1.off()led2.on()time.sleep_ms(200)

^{▲ 图2-5 运行测试程序}

（2）测试Beep

BEEP控制端口：

Beep：IO21
驱动波形：PWM

from machine                import Pin,PWM
import time
led1 = Pin(5, Pin.OUT)
led2 = Pin(18, Pin.OUT)
beep = PWM(Pin(21))
beep.freq(800)
beep.duty(511)
while True:led1.on()led2.off()beep.duty(0)time.sleep_ms(200)led1.off()led2.on()beep.duty(511)time.sleep_ms(200)

^{▲ 图2-6 BEEP以及驱动T1}

（3）测试SW与LED

SW1端口设置：

SW1：GPIO4
SW2：TXD2（GPIO17）
SW3：GPIO2
SW4：GPIO15

BPLED端口：

LED1：GPIO26
LED2：GPIO25
LED3：GPIO33
LED4：GPIO32

下面的测试程序通过拨动对应的SWn,n=1,2,3,4来改动PLEDn,n=1,2,3,4的状态。

from machine                import Pin,PWM
import time
led1 = Pin(5, Pin.OUT)
led2 = Pin(18, Pin.OUT)
beep = PWM(Pin(21))
beep.freq(800)
beep.duty(511)
pled1 = Pin(26, Pin.OUT)
pled2 = Pin(25, Pin.OUT)
pled3 = Pin(33, Pin.OUT)
pled4 = Pin(32, Pin.OUT)
sw1 = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw2 = Pin(17, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw3 = Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
sw4 = Pin(15, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
while True:led1.on()led2.off()beep.duty(0)time.sleep_ms(200)led1.off()led2.on()beep.duty(511)time.sleep_ms(200)if sw1.value() == 0:pled1.off()else: pled1.on()if sw2.value() == 0:pled2.off()else: pled2.on()if sw3.value() == 0:pled3.off()else: pled3.on()if sw4.value() == 0:pled4.off()else: pled4.on()

4、测试ADC1，ADC2

（1）端口电压测量

ADC1,ADC2端口：

ADC1：PIN4（SENSOR VP）
ADC2：PIN5（SENSOR VN）

ADC1，ADC2静态电压：

ADC1：1.045V
ADC2：1.047V

^{▲ 图4-0 ADC1,ADC2信号放大电路}

ADC1，ADC2的电压是由3.3V经由R1（10k），R2（22k）分压之后的电压：

VADC1,2=3.3×10k22k+10k=1.03VV_{ADC1,2} = {{3.3 \times 10k} \over {22k + 10k}} = 1.03VVADC1,2=22k+10k3.3×10k=1.03V

U4 的VREF电压，测量电压为：0.564V。是3.3V经过2k与10k分压:
Vref=3.3×2k10k+2k=0.55VV_{ref} = {{3.3 \times 2k} \over {10k + 2k}} = 0.55VVref=10k+2k3.3×2k=0.55V

（2）激光接收电路

^{▲ 图4-1 激光接收板的电路}

^{▲ 图4-2 激光接收板的PCB图}

（3）产生200Hz的驱动信号

根据 AI视觉组基于ESP32的裁判系统第一版本设计要求 ，激光发送的信号是经过 125Hz 调制后的信号。下面使用Arduino Nano来产生调试信号，驱动激光器发送测试的激光信号。

^{▲ 图4-3 用于产生125Hz的Arguino Nano驱动板}

利用D2输出125Hz的50%占空比的波形。

/*
**==============================================================================
** TEST2PWM.C:             -- by Dr. ZhuoQing, 2021-06-07
**
**==============================================================================
*/
#define ON(pin)                 digitalWrite(pin, HIGH)
#define OFF(pin)                digitalWrite(pin, LOW)
#define VAL(pin)                digitalRead(pin)
#define IN(pin)                 pinMode(pin, INPUT)
#define OUT(pin)                pinMode(pin, OUTPUT)
const int LED_PIN = 2;
//------------------------------------------------------------------------------
void setup(void) {pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}
//------------------------------------------------------------------------------
void loop(void) {ON(LED_PIN);delay(4);OFF(LED_PIN);delay(4);
}
//==============================================================================
//                END OF FILE : TEST2PWM.C
//------------------------------------------------------------------------------

^{▲ 图4-4 D2输出的125Hz的波形}

^{▲ 图4-5 Arduino Nano驱动激光管}

^{▲ 图4-6 接收到的激光发送信号}

5、测量OUT1、OUT2

（1）静态电压

OUT1,OUT2管脚：

OUT1：PIN6（IO34）
OUT2：PIN7（IO35）

静态端口电压：

OUTA：559mV
OUTB：553mV
VREF：560mV

^{▲ 图4-6-1 线圈放大电路}

（2）测量线圈放大波形

在最初调试的时候，线圈1的输出时钟是平稳的波形，线圈无法感应磁铁通过。经过检查发现，电路板上C3，C19焊接反了。

放大通路耦合电容：

C3：103，放大滤波电容
C19：106，信号耦合电容

^{▲ 图4-7 C3,C19电容}

^{▲ 图4-8 静态放大输出带有50Hz的信号}

※ 初步调试总结 ※

对于来自于LQ制作的基于ESP32的裁判系统进行了初步调试。主要硬件需要修改部分在前面电路修改建议给出了。

1、后期调试

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-光电条检测板
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-与微机通讯

在 基于ESP32的竞赛裁判系统功能调试-硬件修改建议 中给出了对于第一版本的硬件修改意见。

■ 相关文献链接:

AI视觉组基于ESP32的裁判系统第一版本设计要求
SP-1CL3 陶瓷接收管光电接收二极管红外线接收管
PT0805光电三极管
利用CH340C制作MicroPython ESP8266,ESP32的下载器-改进型
MicroPython 官方网站

● 相关图表链接:

主控模块电路板
主控模块反面的ESP32-s模块
光电模块
SP-1CL3高次接收管
SP-1CL3封装示意图
LED,BEEP知识模块
指示板上的LED的管脚间距不是100mil，LED按不下去
SPEAKER驱动T1封装错误
图2-1 测试控制主板的静态工作点
图2-2 制作ESP32下载线转接线
图2-3 下载端口
图2-4 电路板LED1（DG：ESP32-IO5）被点亮
图2-5 运行测试程序
图2-6 BEEP以及驱动T1
图4-0 ADC1,ADC2信号放大电路
图4-1 激光接收板的电路
图4-2 激光接收板的PCB图
图4-3 用于产生125Hz的Arguino Nano驱动板
图4-4 D2输出的125Hz的波形
图4-5 Arduino Nano驱动激光管
图4-6 接收到的激光发送信号
图4-6-1 线圈放大电路
图4-7 C3,C19电容
图4-8 静态放大输出带有50Hz的信号

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