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wangbeihong 3eb63ade12 feat: 更新README文档，增加项目简介、目录结构及功能概述

2026-04-16 00:59:16 +08:00

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物流小车嵌入式控制系统（STM32F103，TCP/IP）

Logistics AGV Embedded System (STM32F103, TCP/IP)

📖 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.

📦 目录结构 | Directory Structure

├── 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

🛠️ 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）

⚙️ 编译与烧录 | Build & Flash

安装依赖（HAL库、FreeRTOS、CMake等）
用 STM32CubeMX 生成代码（f103_car.ioc）

CMake 构建：

mkdir build && cd build
cmake .. -G "Ninja"
ninja

用 JLink/ST-Link 烧录 .elf/.bin 到开发板
ESP-12F 配置为 TCP Server，波特率115200，透传模式

🚗 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）

📡 通信协议 | Communication Protocol

指令帧结构 | Frame Structure

LOGI:<PAYLOAD>:<CS>#

LOGI: 固定帧头
: 有效载荷（如 ST:RUN、GS:001）
: 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。

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

🧩 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

🚦 典型使用流程 | Typical Workflow

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

🖥️ 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

🛠️ 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

🤝 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

📝 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

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。

连接示意图

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。

附录

串口重定向

使用以下函数，用于串口重定向：

#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。

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：

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：

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

🚀 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)

4. 业务逻辑约束

到站锁存: 到达站点后小车自动停下，RUN 变为 0。
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。

📡 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)

📦 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 #。

📝 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#

🧮 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):

原始字符串：LOGI:GS:001
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
取余：614 % 256 = 102
转十六进制：102 -> 66
最终发送指令：LOGI:GS:001:66#

💬 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#

📌 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。

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