# 物流小车嵌入式控制系统（STM32F103，TCP/IP）
# Logistics AGV Embedded System (STM32F103, TCP/IP)

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## 📖 项目简介 | Project Overview

本项目为基于 STM32F103 的物流小车（AGV）嵌入式控制系统，支持 TCP/IP 局域网通信、RFID 站点识别、红外循迹、超声避障、电机闭环控制等功能。适用于智能仓储、自动运输等场景。

This project is an embedded control system for a logistics AGV based on STM32F103, supporting TCP/IP LAN communication, RFID station recognition, IR line tracking, ultrasonic obstacle avoidance, and closed-loop motor control. Suitable for smart warehouse and auto-transport scenarios.

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## 📦 目录结构 | Directory Structure

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├── Core/                # 主代码（BSP、驱动、协议、控制任务等）
│   ├── Bsp/             # 板级支持包（电机、PID、循迹、RFID、超声、串口等）
│   ├── Inc/             # 头文件
│   └── Src/             # CubeMX自动生成及主循环
├── Drivers/             # HAL库、CMSIS等外部驱动
├── Middlewares/         # 第三方中间件（如FreeRTOS）
├── build/               # 构建输出
├── cmake/               # CMake工具链与脚本
├── 物流小车/            # 机械结构、上位机、3D模型、调试工具
│   ├── 3D/              # 机械3D模型（SolidWorks/STEP）
│   ├── esp_12f/         # ESP-12F相关工具
│   └── web/             # 上位机/调试脚本
├── CMakeLists.txt       # CMake主构建脚本
├── f103_car.ioc         # CubeMX工程文件
└── README.md            # 项目说明文档
```

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## 🛠️ 硬件与软件需求 | Hardware & Software Requirements

### 硬件 | Hardware
- STM32F103ZET6 开发板
- ESP-12F WiFi模块（TCP透传）
- AT8236-MS 电机驱动板 + 4路直流电机
- 霍尔测速传感器 ×4
- 红外循迹模块 ×4
- 超声波测距模块（HC-SR04）
- RC522 RFID读卡器
- 3.3V/5V 电源、线缆、机械底盘

### 软件 | Software
- Keil/STM32CubeIDE/GCC + CMake
- FreeRTOS
- 串口调试助手（XCOM/SecureCRT）
- TCP调试工具（NetAssist等）
- SolidWorks/STEP查看器（3D结构）

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## ⚙️ 编译与烧录 | Build & Flash

1. 安装依赖（HAL库、FreeRTOS、CMake等）
2. 用 STM32CubeMX 生成代码（f103_car.ioc）
3. CMake 构建：
     ```sh
     mkdir build && cd build
     cmake .. -G "Ninja"
     ninja
     ```
4. 用 JLink/ST-Link 烧录 .elf/.bin 到开发板
5. ESP-12F 配置为 TCP Server，波特率115200，透传模式

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## 🚗 功能总览 | Features

- TCP/IP 通信协议，支持上位机远程控制与状态监控
- RFID 站点识别与到站锁存
- 红外循迹（4路/5路，带去抖与方向判定）
- 超声波避障（自动停车/恢复）
- 电机PWM闭环控制（PID，支持死区补偿）
- 任务调度与消息队列（FreeRTOS）
- 详细日志输出（EasyLogger）

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## 📡 通信协议 | Communication Protocol

### 指令帧结构 | Frame Structure

```
LOGI:<PAYLOAD>:<CS>#
```
- LOGI: 固定帧头
- <PAYLOAD>: 有效载荷（如 ST:RUN、GS:001）
- <CS>: 2字节十六进制校验和（从'L'累加到最后一个冒号前）
- #: 帧尾

### 下行指令（上位机→小车）| Downlink (PC→Car)

| 功能 | 指令格式 | 示例 | 说明 |
|------|----------|------|------|
| 设置站点 | LOGI:GS:NNN:CS# | LOGI:GS:001:CA# | NNN为3位站点号 |
| 启动运行 | LOGI:ST:RUN:CS# | LOGI:ST:RUN:3B# | 启动自动循迹 |
| 停止运行 | LOGI:ST:STOP:CS# | LOGI:ST:STOP:8C# | 急停/暂停 |
| 设置速度 | LOGI:SP:VVV:CS# | LOGI:SP:050:D7# | VVV为000-100 |

### 上行遥测（小车→上位机）| Uplink (Car→PC)

- 周期状态：
    `LOGI:STAT:SP:050,STA:001,RUN:1,DIS:12.5,TRK:0010,RPM:25:25:25:25:CS#`
- 指令反馈：
    `LOGI:FB:GS:1:A5#`（1=成功，0=失败）

### 校验和算法 | Checksum

所有字符ASCII累加，取低8位，转2位十六进制。

```python
def calculate_cs(data_str):
        return sum(data_str.encode('ascii')) & 0xFF
```

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## 🧩 主要模块说明 | Main Modules

### 1. 电机与PID | Motor & PID
- 4路PWM控制，AT8236-MS驱动，支持正反转与刹车
- PID参数可调，支持死区补偿，闭环速度控制

### 2. 霍尔测速 | Hall Speed
- 外部中断计数，定时计算RPM，支持实时测速

### 3. 红外循迹 | IR Tracking
- 4路/5路红外，带去抖与方向判定，支持丢线/十字/偏移等状态

### 4. 超声波避障 | Ultrasonic
- HC-SR04，DWT微秒级测距，自动停车/恢复

### 5. RFID站点 | RFID Station
- RC522，UID白名单匹配，支持多站点扩展，到站自动锁存

### 6. 串口与TCP | UART & TCP
- UART1+DMA，ESP-12F透传TCP，空闲中断帧接收

### 7. 协议栈 | Protocol
- 指令解析、校验、消息队列、状态上报、反馈应答

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## 🚦 典型使用流程 | Typical Workflow

1. 上电，ESP-12F配置为TCP Server，波特率115200，透传模式
2. 上位机通过TCP工具连接小车IP/端口
3. 发送 `LOGI:GS:001:XX#` 设置目标站点
4. 发送 `LOGI:ST:RUN:XX#` 启动小车
5. 小车自动循迹，遇障碍自动停车，RFID到站自动锁存
6. 上位机周期接收状态帧，随时可发 `STOP`/`SP:xxx` 控制

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## 🖥️ 上位机开发建议 | PC/Host Development

- 推荐用 Python/C#/LabVIEW 等实现 TCP 客户端，直接发送/解析 ASCII 指令
- 校验和算法见上，协议字段可扩展
- 参考 `Core/Bsp/up_readme.md` 获取协议范例

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## 🛠️ 调试与常见问题 | Debug & FAQ

### 1. 无法连接TCP
- 检查IP/端口/波特率/透传配置
- 确认ESP-12F与主控串口连接正常

### 2. 指令无响应/校验失败
- 检查指令格式与校验和
- 查看串口/网络日志

### 3. RFID/循迹/测速异常
- 检查硬件连线、电源、模块初始化
- 查看日志与状态上报帧

### 4. CubeMX生成代码被覆盖
- 用户代码请写在 `USER CODE BEGIN ... END` 区域
- 驱动/业务任务建议放在 `Core/Bsp/`，主循环仅调用接口

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## 🤝 贡献与联系方式 | Contributing & Contact

- 欢迎提交PR、Issue，或邮件联系作者
- Author: Beihong Wang
- Email: [your_email@example.com]
- 日期/Date: 2026-04-16

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## 📝 附录 | Appendix

- 详细协议范例、上位机代码、硬件原理图、3D模型等请见 `Core/Bsp/up_readme.md`、`物流小车/3D/`、`物流小车/web/`
- 关键代码均含中文注释，便于二次开发与维护

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> 本文档中英双语，便于团队协作与国际交流。后续如有更新请及时同步。

## 测试与验证

### 1. 启动服务器

使用 TCP 测试软件创建服务器并启动。

### 2. 实际连接与发送测试

通过串口助手发送数据，验证数据是否成功传输。

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## 连接示意图

![连接线示意图](image.png)

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## 常见问题

### 1. 无法连接服务器

- 检查 IP 和端口是否正确。
- 确保 Wi-Fi 配置无误。

### 2. 透传模式无法退出

- 确保发送 `+++` 时未勾选“发送新行”。
- 确保发送后停顿 1 秒以上。

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## 附录

### 相关工具截图

#### TCP 测试软件

![TCP 测试软件](image-2.png)

#### 创建服务器

![创建服务器](image-3.png)

#### 启动服务器

![启动服务器](image-4.png)

#### 实际连接发送测试

![实际连接发送测试](image-5.png)

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## 串口重定向

使用以下函数，用于串口重定向：

```c
#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE {
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}
```

该函数用于将 `printf` 输出重定向到串口。

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## TCP 接收与发送

### 接收数据

使用空闲中断接收 TCP 数据，开启了 DMA 接收：

```c
void UART_IDLE_Callback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    /* 仅处理 USART1 的实例 */
    if (huart == NULL || huart->Instance != USART1)
        return;

    /* 清除空闲中断标志位（HAL库宏） */
    __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart);

    /* 停止 DMA 以便安全读取计数器并更新状态 */
    HAL_UART_DMAStop(huart);

    /* 计算接收到的字节数：总缓冲区长度 - DMA 剩余传输计数 */
    uint16_t recv_len = UART1_RX_BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart->hdmarx);

    if (recv_len > 0 && recv_len < UART1_RX_BUF_SIZE) {
        uart1_rx_len = recv_len;
        uart1_rx_buf[recv_len] = '\0';  /* 添加字符串结束符，方便后续字符串处理 */
        uart1_rx_flag = 1;              /* 置位标志，通知应用层新消息到达 */

        /* 仅供调试：在中断中打印接收到的数据（注意：printf 可能会影响实时性） */
        elog_raw("UART1 Received: %s\r\n", (char *)uart1_rx_buf);
    }

    /* 重新启动新一轮的 DMA 接收 */
    HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, uart1_rx_buf, UART1_RX_BUF_SIZE);
}
```

### 发送数据

封装了发送函数，只需填入数据即可发送：

```c
const char *message = "Hello, ESP12F! This is a test message.";
HAL_StatusTypeDef status = ESP12F_TCP_SendMessage(message);
```

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## 🚀 物流小车 TCP 通信协议 (v1.2)

本项目采用自定义 ASCII 协议进行上位机控制与状态监控。

### 1. 指令帧结构
`LOGI:<PAYLOAD>:<CS>#`
- **LOGI**: 固定帧头
- **PAYLOAD**: 有效载荷 (详见下表)
- **CS**: 2字节十六进制校验和 (从 'L' 累加到 ':' 之前)
- **#**: 固定帧尾

### 2. 控制指令 (上位机 -> 小车)

| 功能 | 指令格式 | 示例 | 说明 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| **设置站点** | `GS:NNN` | `LOGI:GS:001:CA#` | NNN为3位站点号 (支持 001/002) |
| **启动运行** | `ST:RUN` | `LOGI:ST:RUN:3B#` | 开始任务 (必须先设有效站点) |
| **停止运行** | `ST:STOP` | `LOGI:ST:STOP:8C#` | 立即停止 |
| **设置速度** | `SP:VVV` | `LOGI:SP:050:D7#` | VVV为000-100 (百分比) |

### 3. 上行遥测 (小车 -> 上位机)

#### 3.1 状态推送 (每 500ms 推送一次)
**格式**: `LOGI:STAT:SP:速度,STA:站点,RUN:运行,DIS:距离,TRK:循迹状态,RPM:M1:M2:M3:M4:CS#`  
**字段**:
- `SP`: 当前速度 %
- `STA`: 目标站点号
- `RUN`: 运行状态 (1:运行, 0:停止)
- `DIS`: 避障距离 (cm)
- `TRK`: 4位红外状态 (0/1组合, 顺序为 H4 H3 H2 H1)
- `RPM`: 四路电机实际转速，以 `:` 分隔 (顺序为 LR:LF:RF:RR)

#### 3.2 指令反馈 (即时回复)
**格式**: `LOGI:FB:指令类型:状态值:CS#`  
**示例**: `LOGI:FB:GS:1:A5#` (1代表成功, 0代表失败)

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### 4. 业务逻辑约束
1. **到站锁存**: 到达站点后小车自动停下，`RUN` 变为 0。
2. **解锁流程**: 车辆停稳后，必须重新发送 `GS` 指令设置新站点（或覆盖旧站点），方可再次发送 `ST:RUN` 启动。否则，小车将报警并拒绝运行。


这些是上位机发送的指令：
按照这些来写代码

这是一个基于 TCP/IP 局域网通信的物流小车控制指令协议设计方案。

为了方便调试和开发，本协议采用 **ASCII 文本格式**（类似于 Modbus ASCII 或简单的串口透传格式），而不是二进制格式。这样你可以直接使用网络调试助手（如 NetAssist）手动发送字符串来测试小车，而无需编写专门的上位机软件。

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### 📡 通信基础参数

- **通信方式**：TCP Client (上位机) 连接 TCP Server (单片机/小车)
- **数据格式**：ASCII 字符串
- **换行符**：建议使用 `\r\n` (回车+换行) 作为每条指令的结束标志，以便单片机解析。
- **字节序**：N/A (文本协议不涉及大小端问题)

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### 📦 指令帧结构

每条指令由以下几个部分组成，字段之间用英文冒号 `:` 分隔：

`[帧头][命令字][数据内容][校验和][帧尾]`

- **帧头**：固定为 `LOGI` (代表 Logistics)，用于快速识别有效数据包。
- **命令字**：2位字符，代表具体操作（如 `GS` 代表去站点）。
- **数据内容**：具体的参数，长度可变。
- **校验和**：2位十六进制数，用于验证数据完整性（防止丢包或乱码）。
- **帧尾**：固定为 `#`。

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### 📝 具体控制指令定义

以下是针对你提出的四个需求（去站点、停止、启动、速度）的具体指令格式。

#### 1. 去往指定站点
- **功能**：指示小车移动到编号为 N 的站点。
- **指令格式**：`LOGI:GS:NNN:CS#`
- **参数说明**：
    - `GS`: 命令字 (Go to Station)。
    - `NNN`: 站点编号，3位数字，不足补0。例如：1号站写为 `001`，12号站写为 `012`。
    - `CS`: 校验和。
- **示例**：
    - 去往 **5号站点**：`LOGI:GS:005:15#` (假设校验和计算结果为15)

#### 2. 启动运行
- **功能**：让处于停止或待机状态的小车开始执行任务或继续运行。
- **指令格式**：`LOGI:ST:RUN:CS#`
- **参数说明**：
    - `ST`: 命令字 (Start/Status)。
    - `RUN`: 固定参数，表示启动。
- **示例**：
    - 启动小车：`LOGI:ST:RUN:2A#`

#### 3. 紧急停止/暂停
- **功能**：立即停止小车的运动，通常用于急停或到达站点后的确认暂停。
- **指令格式**：`LOGI:ST:STOP:CS#`
- **参数说明**：
    - `STOP`: 固定参数，表示停止。
- **示例**：
    - 停止小车：`LOGI:ST:STOP:32#`

#### 4. 设置运行速度
- **功能**：动态调整小车的行驶速度。
- **指令格式**：`LOGI:SP:VVV:CS#`
- **参数说明**：
    - `SP`: 命令字 (Set Speed)。
    - `VVV`: 速度值，3位数字 (000-100)，代表百分比或具体PWM占空比等级。
        - `000`: 停止
        - `050`: 50% 速度
        - `100`: 全速
- **示例**：
    - 设置速度为 **80%**：`LOGI:SP:080:04#`

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### 🧮 校验和算法

为了防止无线信号干扰导致指令错误，我们需要一个简单的校验和。

- **算法**：将 **帧头** 到 **数据内容** 结束的所有字符的 ASCII 码值相加，然后对 256 取余，最后转换为 2位十六进制字符串。
- **公式**：`Sum = (Byte1 + Byte2 + ... + ByteN) % 256`

**举例计算 (去往 1 号站点):**
1. 原始字符串：`LOGI:GS:001`
2. ASCII 码值相加：
   - 'L'(76) + 'O'(79) + 'G'(71) + 'I'(73) + ':'(58) + 'G'(71) + 'S'(83) + ':'(58) + '0'(48) + '0'(48) + '1'(49)
   - 总和 = 614
3. 取余：`614 % 256 = 102`
4. 转十六进制：`102` -> `66`
5. 最终发送指令：`LOGI:GS:001:66#`

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### 💬 小车回复机制 (可选但推荐)

单片机执行指令后，应向上位机返回执行结果，以便上位机显示状态。

**回复格式**：`[命令字]:[状态码]:[描述]#`

- **状态码定义**：
    - `OK`: 指令接收正确并执行。
    - `ERR`: 指令格式错误或校验失败。
    - `BUSY`: 小车正在忙，无法执行新指令。

**示例回复**：
- 成功去往站点：`GS:OK:Arrived#`
- 速度设置成功：`SP:OK:SpeedSet#`
- 校验错误：`CMD:ERR:CheckSum#`

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### 📌 总结清单

你可以直接将下表发给单片机开发人员：

| 功能 | 指令模板 | 示例 (假设校验和为 XX) | 说明 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| **去站点** | `LOGI:GS:NNN:XX#` | `LOGI:GS:003:XX#` | NNN为3位站点号 |
| **启动** | `LOGI:ST:RUN:XX#` | `LOGI:ST:RUN:XX#` | 开始运动 |
| **停止** | `LOGI:ST:STOP:XX#` | `LOGI:ST:STOP:XX#` | 立即停止 |
| **设速度** | `LOGI:SP:VVV:XX#` | `LOGI:SP:050:XX#` | VVV为0-100 |


我创建了 处理解析指令的任务和传递消息的消息队列。
![指令处理任务和队列](image-6.png)