广东省职工工业机器人职业技能竞赛官网（广东省工科赛 智能终端配送机器人：创作心路历程，踩过的坑和解决方案）
前言
最近在准备广东省工科赛的智能配送组赛项 ，在这里记录一下我和队友的创作心路历程和踩过的坑 。配送小车的运行流程及赛道如下所示：
配送小车在黄色出发区等待出发 。小车扫描二维码 ，根据二维码信息打开对应仓门 ，同时语音播报 ，放入物料后关闭仓门 ，配送小车出发 。 配送小车出发前往紫色等待区 ，识别即将进入紫色等待区时配送小车减速 ，识别到即将离开紫色等待区时停车 ，确保精准停车 。 在紫色等待区配送小车抬头识别红绿灯 ，当绿灯亮起时小车出发 ，并根据二维码信息左右平移至目标收货区(棕色) 。 配送小车到达指定收货地点 ，停车并语音播报 ，扫描二维码 ，打开对应仓门并语音播报 ，拿取物料侯关闭仓门 ，小车自转180° 。 配送小车平移至回到等待区前方 ，停车并向前出发 ，直到识别到黄色出发区 ，减速并控制黄色出发区在视角内居中 。 配送小车回到出发区 ，配送任务完成 。
1 、配送小车的成品图
2 、作品视频演示
Jetson nano智能物流配送小车
一 、控制方案
1 、器件选择
小车构成 名称 上位机 Jetson nano 下位机 STM32F103 STM32F407 舵机 DS3120数字舵机 底盘 四麦克纳姆轮移动底盘 电机 1:30减速比 带编码器减速电机 电机驱动 双路直流电机驱动 摄像头 USB工业摄像头 陀螺仪 JY901S九轴陀螺仪 HWT101CT航向角陀螺仪 语音模块 SYN-6288语音模块 扫码模块 Scanner V3.0嵌入式扫码模块2 、总体创作历程
既然是小车 ，那自然是从底盘开始干起 ，一开始我们采用的是STM32F103最小系统板作为底盘控制板 ，然后在实验室找了一块电源板 ，准备开始测试电机驱动 。我们使用的电机是1:30减速比减速电机 ，电机驱动是韦恩斯塔克科技的双路直流电机驱动 。
于是有了下面这张我们小车的雏形：
浅浅地落地试了一下 ，效果还不错 。测试完毕后 ，我开始着手设计我的上位机UI界面 ，并编写我的上位机程序 。我采用Jetson nano作为上位机 ，与单片机进行通信 ，控制单片机完成各种动作 。测试上下位机通信正常后 ，我再加入了颜色识别和扫码模块的程序 ，而后搭载于车上 ，进行了测试 。可能由于配重问题或场地不平稳问题 ，导致小车无法正常直行和平移 ，东倒西歪 ，于是我加上了PID算法 ，使得小车能够稳定行驶 ，这个时候整块STM32F103系统板引脚基本都被插满了 ，看着也很乱 ，于是我换成了STM32F407作为底盘控制板使用 。测试后发现小车虽然能够正常直行 ，但是平移的时候还是会有些许问题 。经过反复测试后 ，发现是因场地不平稳导致麦轮悬空 ，从而走歪 ，于是我加了陀螺仪对小车进行矫正 ，一开始使用的是九轴陀螺仪JY901S ，但是实际上路时发现效果不是很好 ，会有-3°至3°的误差 。而且最难受的是 ，当你开始怀疑陀螺仪不精准是不是受到了磁场影响 ，于是你去掉了可能存在的磁场干扰 。但是当你做完这些后准备重新校准时 ，你就麻烦大了 ，你需要将整辆车抬起来 ，绕两个方向旋转360° 。我的这辆小车还是挺重的 ，转个一两次直接裂开 。于是后面换了HWT101CT单轴陀螺仪解决了这个问题 。后面又继续调试了一些视觉方面的程序 ，修改了一些bug后 ，也算是基本完成了 。
到这里你可能会觉得总体思路挺顺畅的 ，其实在实现的过程中还有很多奇奇怪怪的问题和一些值得一提的坑 ，我会在下文一一道来 。
二 、SMT32下位机控制程序和逻辑分析
我的STM32下位机控制采用的是STM32F407ZGT6最小系统板 ，基于HAL库编写了减速电机 、编码器 、陀螺仪 、语音模块灯模块的驱动程序 ，以及PID速度环的闭环系统 。
1 、电机驱动
首先放上一些简单的电机驱动程序 ，包括电机PWM设置和电机的使能设置 。
/*---------------------------- 设置电机PWM ----------------------------*/ void Motor1_pwm_Set(int motor1_n) // 电机1设置PWM { HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1, TIM_CHANNEL_1); Motor_PWM_sConfigOC.Pulse = motor1_n; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); //Motor1_pwm_num = (motor1_n / (float)1000)*100; } /*---------------------------- 电机使能 ----------------------------*/ void Motor1_up_enable(void) // 电机1正转使能 { HAL_GPIO_WritePin(Motor_INA_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET); HAL_GPIO_WritePin(Motor_INB_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_SET); } void Motor1_lost_enable(void) // 电机1反转使能 { HAL_GPIO_WritePin(Motor_INA_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(Motor_INB_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET); } void Motor1_disable(void) // 电机1失能 { HAL_GPIO_WritePin(Motor_INA_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET); HAL_GPIO_WritePin(Motor_INB_GPIOx, Motor1_IN_GPIO, GPIO_PIN_RESET); }2 、速度环PID
如上总体创作历程所述 ，为了解决配送小车行走偏移的问题 ，我先采用的是增量式PID算法 ，利用编码器实现配送小车4轮的速度闭环 。
（1） 、编码器
我们选购的编码器为AB双向增量式磁性霍尔编码器 ，其会将电机运转时的位移信息转变成一段连续的脉冲信号 ，利用脉冲个数可算得位移量 。
在开始上手之前需要注意的事项：1 、首先第一步还是要把传感器搞定 ，确保单位时间内获取的编码器脉冲值是正确的 。
2 、我们购买的编码器是霍尔编码器 ，即为磁电转换的编码器 ，而且我在装车前就已经将编码器外壳拆卸掉了 ，因此需要确保编码器不会受到外界磁场过强的干扰 。
3 、给编码器供电的电源板切记要和单片机共地 ，我就是因为没有和单片机共地导致信号不稳定 ，耗费了很长时间 。
4 、注意好CubeMx配置的几倍频 。下面是我做的一些编码器的笔记 ，记录下以后方便查阅 ，就是字有点小丑😅：
如上所示 ，假如我50ms获取一次编码器的当前总值 ，那么用当前编码器的值除以编码器单圈脉冲数 ，就能得到50ms内电机转了几圈 。
编码器单圈脉冲数的值 = 倍频数 × 电机线数 × 减速比
编码器值分析程序如下： float girth = 77*3.1415f; // 轮周长(mm) float encoder_mc = 4*11*30; // 编码器单圈脉冲数 void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) // 定时器中断回调函数 { if (htim == &htim7) //50ms调用一次 { enc_1 = -(int32_t)__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3); // 获取编码器1值(enc_1/50ms) __HAL_TIM_SetCounter(&htim3, 0); // mcu编码器接口置0 Motor1_now_Speed = (((float)enc_1 / encoder_mc)*girth/50)*1000; //计算轮1当前速度(mm/s) } }(enc_1 / encoder_mc)求出了50ms内的圈数 ，乘以轮周长girth则得到50ms内走的位移 ，再除以50乘以1000则得到一秒单位时间内的位移 。
（2） 、增量式PID算法
增量式PID公式如下图所示：
关于PID算法我是在b站up主421施公队的从不懂到会用！PID从理论到实践视频学的 ，视频里讲的PID算法个人认为通俗易懂 ，是个相当不错的视频 。
关于增量式PID算法程序如下所示： int threshold = 800; // 我电机定时器的ARR设置为1000 ，所以我这里限幅在-800至800的范围内 Error = target_Speed - now_Speed; // 用目标速度减去当前速度得到当前的误差值 P_Error = Error - Last_Error; I_Error = Error; D_Error = Error - 2*Last_Error + Last_Last_Error; add = KP * P_Error + KI * I_Error + KD * D_Error; // 对应上图公式 PWM += add; // 增加正数或负数的PID输出 Last_Last_Error = Last_Error; // 上一个误差在下一次变为上上个误差 Last_Error = Error; // 当前误差在下一次变为上一个误差 if(PWM > 800) PWM = 800; // 限幅 else if(PWM < -800) PWM = -800; // 限幅如上程序所示 ，限幅为800 ，那么为什么会有一个-800呢？其实这也是PID的特性之一 ，后面程序当判断为负值时反向旋转轮子 ，并把值置为正数 。如下程序所示(以电机1为例)：
if(motor1_pwm >= 0){Motor1_up_enable();} // 判断PWM为正数 ，正转且可直接赋值 else if(motor1_pwm < 0){Motor1_lost_enable();motor1_pwm = -motor1_pwm;} // 判断PWM为负数 ，反转且将PWM正负翻转 Motor1_pwm_Set(motor1_pwm); // 电机1赋pwm（3） 、野火上位机PID参数整定
关于最重要的PID参数的整定 ，我请教了师兄后了解到了野火的上位机和正点原子的无线调试器 ，于是我参考野火手册上手写了一套野火上位机的远程调试程序 ，但是不知道什么原因 ，无线调试器一直无法实现电脑端向单片机端发送数据😅 。因此无线调试时只能看到波形 ，然后改代码远程烧录 。
具体的上位机介绍和部分例程在野火的上位机文档里也有 ，有需要的也可以去参考野火上位机的文档 。如下为野火的上位机程序： /*==============================↓上下位机通信↓============================== */ /** * @brief 设置pid */ void set_p_i_d(float p, float i, float d) { KP = p; // P KI = i; // I KD = d; // D } /** * @brief 计算校验和 * @param ptr：需要计算的数据 * @param len：需要计算的长度 * @retval 校验和 */ uint8_t check_sum(uint8_t init, uint8_t *ptr, uint8_t len) { uint8_t sum = init; while(len--) { sum += *ptr; ptr++; } return sum; } /** * @brief 设置上位机的值 * @param cmd：命令 * @param ch: 曲线通道 * @param data：参数指针 * @param num：参数个数 * @retval 无 */ void set_computer_value(uint8_t cmd, uint8_t ch, void *data, uint8_t num) { uint8_t sum = 0; // 校验和 num *= 4; // 一个参数4个字节 static packet_head_t set_packet; set_packet.head = FRAME_HEADER; // 包头 0x59485A53 set_packet.len = 0x0B + num; // 包头 set_packet.ch = ch; // 设置通道 set_packet.cmd = cmd; // 设置命令 sum = check_sum(0, (uint8_t *)&set_packet, sizeof(set_packet)); // 计算包头校验和 sum = check_sum(sum, (uint8_t *)data, num); // 计算参数校验和 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&set_packet, sizeof(set_packet), 0xFFFFF); // 发送数据头 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)data, num, 0xFFFFF); // 发送参数 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&sum, sizeof(sum), 0xFFFFF); // 发送校验和 } /** * @brief 读取上位机的值 * @param cmd：命令 * @param ch: 曲线通道 * @param data：参数指针 * @retval 无 */ void Read_Computer(UART_HandleTypeDef *husart) { packet_head_t packet; packet.cmd = rx_buffer[CMD_INDEX_VAL]; packet.len = COMPOUND_32BIT(&rx_buffer[LEN_INDEX_VAL]); packet.head = COMPOUND_32BIT(&rx_buffer[HEAD_INDEX_VAL]); if (packet.head == FRAME_HEADER) { switch(packet.cmd) { case SET_P_I_D_CMD: // 设置PID值 { uint32_t temp0 = COMPOUND_32BIT(&rx_buffer[13]); uint32_t temp1 = COMPOUND_32BIT(&rx_buffer[17]); uint32_t temp2 = COMPOUND_32BIT(&rx_buffer[21]); float p_temp, i_temp, d_temp; p_temp = *(float *)&temp0; i_temp = *(float *)&temp1; d_temp = *(float *)&temp2; set_p_i_d(p_temp, i_temp, d_temp); // 设置P I D } break; case SET_TARGET_CMD: { // 设置各电机期待值 } break; case START_CMD: // 开始按键 { car_forward(); //car_left(); //car_right(); run_ornot = 1; } break; case STOP_CMD: // 停止按键 { run_ornot = 0; Motor1_disable(); Motor2_disable(); Motor3_disable(); Motor4_disable(); Motor1.ESC_Output_PWM = 0; Motor1.Last_Error = 0; Motor1.Last_Last_Error = 0; Motor2.ESC_Output_PWM = 0; Motor2.Last_Error = 0; Motor2.Last_Last_Error = 0; Motor3.ESC_Output_PWM = 0; Motor3.Last_Error = 0; Motor3.Last_Last_Error = 0; Motor4.ESC_Output_PWM = 0; Motor4.Last_Error = 0; Motor4.Last_Last_Error = 0; } break; case RESET_CMD: // 复位单片机 { // HAL_NVIC_SystemReset(); } break; } } }然后只需在获取编码器后调用set_computer_value发送当前速度值 ，和在串口接收的回调函数中添加Read_Computer函数获取上位机指令就ok了 。
3 、HWT101CT单轴陀螺仪
为了解决麦轮悬空而引起的偏移问题 ，我决定加上一个陀螺仪来矫正 。
值得注意的点是 ，一开始我们选用了九轴陀螺仪JY901S ，但是其实这类型的陀螺仪并不适用于我的这辆配送小车 。首先我的需求只有单纯的Z轴上的角度 ，其次这款陀螺仪要矫正起来非常麻烦 ，而且容易受磁场干扰 ，车上的空间非常有限 ，磁场强的东西又非常多 ，比如Jetson nano和电机 ，还有个磁场最猛的扬声器在车上 。后面选用了HWT101CT单轴陀螺仪解决了这一问题 ，首先这块陀螺仪可以满足我单Z轴上的需求 ，其次它有一个较好的外壳 ，包括线也是有比较好的保护 ，而且它受磁场干扰后 ，只要离开磁场就能自动回到正常状态 ，不用我搬着整台车翻来覆去地矫正 。链接为陀螺仪说明书：HWT101CT通信协议
从0x52开始 ，以0为初始值算起的16位和17位为角度输出的低8位和高8位。如下图所示：
陀螺仪角度获取程序如下所示：
// 陀螺仪串口接收 uint8_t value_IMU; // 串口输入值 uint8_t getBuffer[22]; // 存放数据的数组 uint8_t Enter[] = "\r\n"; float IMU_DATA; // 角度值 uint8_t IMU_DATAL; // 数据位低8位 uint8_t IMU_DATAH; // 数据位高8位 volatile float IMU_Z = 0.00f; volatile float IMU_init_data = 0.00f; // 陀螺仪初始角度 volatile char first_flag = 0; // 判断第一次录入陀螺仪角度 uint8_t countOfGetBuffer = 0; // 位数累计 char flag = 0; // 判断接收开始 char now_uart_flag = 0; // 当前输入值 char last_uart_flag = 0; // 上一个输入值 void USART3_IRQHandler(void) { /* USER CODE BEGIN USART3_IRQn 0 */ /* USER CODE END USART3_IRQn 0 */ HAL_UART_IRQHandler(&huart3); /* USER CODE BEGIN USART3_IRQn 1 */ last_uart_flag = now_uart_flag; // 上一次的串口输入值 now_uart_flag = value_IMU; // 当前的串口输入值 if(last_uart_flag == 0x55 && now_uart_flag == 0x52) // 协议判断输入角度值 { //printf("IMU\r\n"); flag = 1; // 开启接收程序 } //printf("%c", value_IMU); if(flag == 1) { getBuffer[countOfGetBuffer++] = value_IMU; if(countOfGetBuffer == 18) // 位长 { flag = 0; //while(HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t*)getBuffer, countOfGetBuffer, 5000)!= HAL_OK); //while(HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t*)Enter, 4, 5000)!= HAL_OK); IMU_DATAL = getBuffer[16]; IMU_DATAH = getBuffer[17]; IMU_DATA = (((short)IMU_DATAH<<8) | IMU_DATAL); // 高8位低8位 IMU_Z = ((float)IMU_DATA/32768)*180-180; // 把0°至360°范围改为-180°至180° if(first_flag == 0) // 单片机复位第一次获取陀螺仪值设置为初始正向 { IMU_init_data = IMU_Z; first_flag = 1; printf("Start:IMU_init_data:%.2f\r\n", IMU_init_data); } //printf("IMU_init_data:%.2f\r\n", IMU_init_data); memset(getBuffer, 0, countOfGetBuffer); // 清空数组 countOfGetBuffer = 0; // 位数清零 } } HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t *)&value_IMU,1); /* USER CODE END USART3_IRQn 1 */ }4 、SYN-6288语音模块
语音模块一样也是用串口通信 ，程序如下 ，商家提供的库函数的协议程序 ，不过是寄存器操作 ，所以影响不大：
/*---------------------- 语音模块串口播放 ----------------------*/ void USART2_SendData(u8 data) { while((USART2->SR & 0X40) == 0); USART2->DR = data; } void USART2_SendString(u8 *DAT, u8 len) { u8 i; for(i = 0; i < len; i++) { USART2_SendData(*DAT++); } } /*---------------------- 语音播报API定义 ----------------------*/ //Music:选择背景音乐 ，0:无背景音乐 ，1~15:选择背景音乐 //v[0~16]:朗读音量 //m[0~16]:背景音乐音量 //t[0~5]:语速 void SYN_FrameInfo(u8 Music, u8 *HZdata) { /****************需要发送的文本**********************************/ unsigned char Frame_Info[50]; unsigned char HZ_Length; unsigned char ecc = 0; //定义校验字节 unsigned int i = 0; HZ_Length = strlen((char*)HZdata); //需要发送的文本长度 /*****************帧固定配置信息**************************************/ Frame_Info[0] = 0xFD ; //构造帧头FD Frame_Info[1] = 0x00 ; //构造数据区长度的高字节 Frame_Info[2] = HZ_Length + 3; //构造数据区长度的低字节 Frame_Info[3] = 0x01 ; //构造命令字:合成播放命令 Frame_Info[4] = 0x01 | Music << 4 ; //构造命令参数：背景音乐设定 /*******************校验码计算***************************************/ for(i = 0; i < 5; i++) { ecc = ecc (Frame_Info[i]); } for(i = 0; i < HZ_Length; i++) { ecc = ecc (HZdata[i]); } memcpy(&Frame_Info[5], HZdata, HZ_Length); Frame_Info[5 + HZ_Length] = ecc; USART2_SendString(Frame_Info, 5 + HZ_Length + 1); } void YS_SYN_Set(u8 *Info_data) { u8 Com_Len; Com_Len = strlen((char*)Info_data); USART2_SendString(Info_data, Com_Len); }只需要简单的调用即可 ，如下所示：
void speaker0(void) { SYN_FrameInfo(1,(u8 *)"[v6][m6][t5]¸高德地图持续为您导航"); HAL_Delay(3000); }5 、舵机
本俩配送小车共搭载了3个舵机 ，一个用于摄像头的抬头低头 ，两个用于打开和关闭仓门 。
首先要将定时器周期配置为20ms ，然后给出的PWM高电平应为0.5ms至2.5ms ，即PWM占空比为2.5%至12.5% 。我的ARR值设置为1000 ，因此修改范围为25~125 。
舵机PWM占空比设置程序如下所示： /*---------------------- 舵机PWM设置 ----------------------*/ // PWM占空比设置范围：25 ~ 125 void Servo1_pwm_Set(int Servo1_n) { HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1); Servo_PWM_sConfigOC.Pulse = Servo1_n; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &Servo_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); }三 、Jetson nano上位机程序和可视化界面
对于Jetson nano上位机程序的编写 ，我使用的是Python语言 ，主要功能视觉用的是OpenCV ，界面设计用的是PyQt5 。先从我使用Jetson nano编写程序时遇到的问题介绍起吧 。
0 、遇到的问题和解决方案
（1） 、Serial
在安装python的serial库后遇过一个问题 ，在引用serial ，即import serial时出现了报错：
AttributeError: module serial has no attribute Serial解决方案
：
一开始只使用了pip3 install serial安装serial库 ，少安装了一个pyserial 。
正确的安装方法： pip3 install serial pip3 install pyserial（2） 、端口号问题
如果按照nano系统默认的端口配对 ，当接入多个端口时 ，拔插一个端口后名字就会改变 ，非常麻烦 ，需要一直改程序 ，或者不拔插端口 ，很不现实 。
于是我决定定死端口 ，给要用的端口配对好名称 ，对应摄像头ID配对好摄像头接口名称 ，只要除摄像头外的接口插在对应的端口上就可以防止以上问题发生 。
因此 ，解决方案：
（1） 、打开终端 udevadm info /dev/videoxx(/dev/ttyUSBxx) # 查看当前端口所在接口的信息 cd /etc/udev/rules.d sudo gedit serial.rules进入文档 ，以下为我的配置案例 ，可参考使用：
ACTION=="add",KERNEL=="video*",ATTRS{idVendor}=="0bc8", ATTRS{idProduct}=="5880", MODE:="0777", SYMLINK+="car_video" ACTION=="add",KERNELS=="1-2.1.1:1.0",SUBSYSTEMS=="usb",MODE:="0777",SYMLINK+="car_scanner" ACTION=="add",KERNELS=="1-2.2:1.0",SUBSYSTEMS=="usb",MODE:="0777",SYMLINK+="car_mcu" ACTION=="add",KERNELS=="1-2.4:1.0",SUBSYSTEMS=="usb",MODE:="0777",SYMLINK+="car_gyro"退出后输入以下命令完成配置 。
sudo /etc/init.d/udev restart重新拔插一次端口就ok了 。
（3） 、调节摄像头曝光度问题
一开始我在windows使用opencv能够正常切换摄像头自动和手动曝光 ，但是来到nano的ubuntu系统上就不能用了 ，也可能是opencv的版本问题 ，后面我解决的方法是在终端上对摄像头模式进行调节 。
首先需要安装pexpect库： pip3 install pexpect在程序里调用如下：
# 自动调节 child = pexpect.spawn(v4l2-ctl -d /dev/car_video -c exposure_auto=3) time.sleep(1) # 手动调节 child = pexpect.spawn(v4l2-ctl -d /dev/car_video -c exposure_auto=1) time.sleep(1) child = pexpect.spawn(v4l2-ctl -d /dev/car_video -c exposure_absolute=50) time.sleep(1)v4l2-ctl -d /dev/car_video -c exposure_auto=xx为终端命令 。
exposure_auto=3为自动调节 ，1为手动调节 ，exposure_absolute=50指曝光值为50 。
以下为摄像头改变为手动曝光模式： def video_modeltoled(self): self.video.release() child = pexpect.spawn(v4l2-ctl -d /dev/car_video -c exposure_auto=1) time.sleep(1) child = pexpect.spawn(v4l2-ctl -d /dev/car_video -c exposure_absolute=1) time.sleep(1) while True: self.video = cv2.VideoCapture("/dev/car_video") # 定义识别红绿灯摄像头对象 if self.video.isOpened() is True: print(摄像头已打开 。) break elif self.video.isOpened() is False: print(未接入摄像头 。)1 、扫码模块
首先需要配置好扫码模块的功能 ，配置完成后 ，则开始编写扫码模块调用程序 。
如下所示 ，我的扫码模块是串口通信的 ，因此在运行主程序前先要判断扫码模块是否连接成功 。 while True: # 判断串口是否正常连接 ，且防止报错 try: self.scanner_ser = serial.Serial("/dev/car_scanner", 115200, timeout=10) # 定义串口对象 if self.scanner_ser.isOpen(): # 判断串口是否成功打开 print("扫码模块连接成功 。") break else: print("扫码模块连接失败 。") except: print("扫码模块未接入 或 扫码模块串口端口号错误 。") pass进入while后将判断扫码模块是否连接成功 ，如果连接成功则退出while ，否则将不停地循环while ，直至确认连接成功为止 。当终端打印出 扫码模块连接失败 。扫码模块未接入 或 扫码模块串口端口号错误 。 时 ，试着拔插扫码模块 ，即可成功连接 ，程序退出while ，正常运行 。
而后开始扫码工作： print(进入扫码模式 。) self.textEdit.setPlainText("进入扫码模式 。") while True: # 等待扫描二维码 ret, img = self.video.read() # 使用摄像头获取图像 scanner_data = self.scanner_run() # 运行扫码模块信息获取函数 if scanner_data == b11: print(二维码信息为 11 。) self.textEdit.append("二维码信息为 11 。") self.QR_label.setText(11) self.mcu_ser.write($a.encode(utf-8)) self.end_num = 1 break elif scanner_data == b12: print(二维码信息为 12 。) self.textEdit.append("二维码信息为 12 。") self.QR_label.setText(12) self.mcu_ser.write($a.encode(utf-8)) self.end_num = 2 break elif scanner_data == b21: print(二维码信息为 21 。) self.textEdit.append("二维码信息为 21 。") self.QR_label.setText(21) self.mcu_ser.write($b.encode(utf-8)) self.end_num = 1 break elif scanner_data == b22: print(二维码信息为 22 。) self.textEdit.append("二维码信息为 22 。") self.QR_label.setText(22) self.mcu_ser.write($b.encode(utf-8)) self.end_num = 2 break self.textEdit.append("打开Qt界面 。")该程序为主程序中的一部分 ，当中有些是和扫码模块无关的 ，在这里稍微解释一下：
关于self.scanner_run()函数下文会挂上程序 。 self.textEdit和self.QR_label都为配送小车主界面的控件 ，分别用于显示终端打印信息和二维码信息 。 self.mcu_ser则为单片机串口对象 ，此处发送$a为打开1号仓门 ， $b为打开2号仓门 。 self.end_num定义目的地变量 。 使用ret, img = self.video.read()目的是确保摄像头图像获取通道不会一直堵塞着 ，导致后续获取的图像有所延时 。当然这里也可以在前面使用self.video.release()直接关闭摄像头 ，也可防止出现这种问题 ，后面完成扫码后再次打开摄像头即可 。因为此处资源占用也不多 ，不会导致程序运行过慢 ，所以我也是直接调取摄像头来解决该问题 。scanner_run程序如下所示：
def scanner_run(self): # 扫码模式 scanner_data = self.scanner_ser.read(4) scanner_data = scanner_data.splitlines() if scanner_data: scanner_data = scanner_data[0] return scanner_data2 、可视化界面
（1） 、视觉调试界面
赛场调试时间紧迫 ，如果视觉方面出现什么错误 ，每次都要重新跑一遍才能发现错误出在哪里那将浪费很多的时间 ，因此我编写了一个上位机视觉调试qt界面 ，如下所示 。
视觉调试界面功能： 右侧第二行3个按键分别为3种识别或者说摄像头的模式 ，自动曝光则是摄像头切换自动曝光模式 ，手动曝光则是人为调节曝光度 ，颜色识别模式则是识别色块或是红绿灯的模式 。 右侧第三行可实现在手动曝光模式下切换曝光值 ，输入曝光值后按确认即可 。 右侧颜色区块选择是我在写程序的时候默认保存了一些阈值范围 ，方便快速切换到某个区域 ，再进行微调 。 下面6行拖动条则是调节HSV阈值的 ，H范围为0-180 ，S范围为0-255 ，V范围为0-255 。左边为摄像头拍摄的图像 ，右边为颜色识别后的图像 。
（2） 、配送小车主界面
如下图所示 ，当扫描完二维码 ，并获得下位机反馈回来的出发信号时 ，上位机打开此配送小车主界面 。
配送小车主界面功能： 界面左上角图像为小车的颜色识别图像 ，在其右侧为摄像头拍摄后进行一定比例缩小的原图像 。这两张图像伴随小车行进实时变换 ，方便在运行中和编写逻辑程序后确认程序是否存在bug ，也方便修改bug时的调试 。 界面左下角为配送小车扫描到的二维码信息 ，进行可视化便于调试 。 界面右下角为配送小车主程序运行时的信息打印 ，同样也是便于调试和检测程序是否存在bug 。3 、颜色识别
以下程序可调转至该链接有详细的解析：OpenCV python（三）【图像预处理：颜色空间转换】 && 颜色识别
(1) 、区块识别
挂几个函数：
def transform(self, image): # 颜色空间转换函数 # 颜色空间转换 ，image为导入的RGB图像 image_g = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # GRAY图像 image_hsv = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2HSV) # HSV图像 return image_g, image_hsv def color(self, image_hsv, color_mod): # 颜色识别函数 if color_mod is 1: image_hsv = image_hsv[142:192 , 0:255] image_color = cv2.inRange(image_hsv, (109, 78, 77), (157, 180, 180)) # HSV图像二值化(紫色) elif color_mod is 2: image_hsv = image_hsv[72:182 , 0:255] image_color = cv2.inRange(image_hsv, (60, 70, 95), (96, 255, 255)) # HSV图像二值化(绿色) elif color_mod is 3: if self.brown_model is 1: if self.end_num is 1: image_hsv = image_hsv[122:192 , 155:255] elif self.end_num is 2: image_hsv = image_hsv[122:192 , 0:100] else: pass # 。 。 。 。 。 。等等 image_color = cv2.inRange(image_hsv, (0, 95, 36), (13, 255, 255)) # HSV图像二值化(棕色1) image_color = cv2.erode(image_color, (3, 3), iterations=5) # 腐蚀 image_color = cv2.dilate(image_color, (3, 3), iterations=5) # 膨胀 return image_color(2) 、红绿灯识别
上述的调节曝光度则是为现在红绿灯识别做准备 ，一般环境下看红绿灯效果如下：
上图亮的是红灯 ，但是完全看不出来红色 ，后面和师兄聊过后 ，师兄建议我试试看调节曝光度看看 ，于是我尝试了一下 ，如下图所示：
识别效果很不错 ，容错率很高 ，效果如下：
四 、电路设计
以下为我们设计的单片机扩展板和电源板 。
以上为智能终端配送机器人的创作思路和部分代码 ，可能或多或少也会存在一些问题 ，如有错误的话还请指正 。过段时间整理好后再开源 。
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