智能小车

功能

• App 远程控制
• 实时监控画面
• 速度多档调节

硬件框图

硬件方案

​基于涂鸦智能开发的 Wi-Fi&BLE 音视频核心板（BK7256 音视频核心板）设计了智能小车，外设资源丰富。除音视频功能外，还提供 UART、IIC、SPI、PWM 等外设，并预留 LCD 屏（8080 或 RGB565）接口，SD 卡接口。可以根据场景需求，调用外围接口。

智能小车主要分为主控部分（BK7256 音视频核心板）、摄像头采集电路和电机驱动部分。更多信息，可参考 BK7256 音视频核心板资料。

主控板设计

原理图

BK7256 是一颗高性能同时支持 Wi-Fi 6 和蓝牙的芯片。使用 32 位双 RISC-V 作为内核，最大时钟 320M。集成音频 ADC/DAC、CMOS 摄像头接口、16bit RGB 显示屏、8080 显示屏接口，支持硬件 jpeg 编解码。内置 512K 内存，8M PSRAM 和 4M flash。工作电压支持 2.7V~5V 宽电压范围。

涂鸦智能三明治 Wi-Fi&BLE 核心板 BK7256 的原理图如下图所示：

PCB

涂鸦智能三明治 Wi-Fi&BLE 核心板 BK7256 的 PCB 如下图所示：

电机驱动扩展板设计

原理图

PCB

动力系统分析

电源系统

​智能小车采用了锂电池供电的方式，特点是工作噪音小、运行平稳、环保节能、价格便宜。使用输出电压 12V 左右的锂电，比如 3S 或 4S 航模电池，放电可达 15C 甚至 20C 以上，动力强劲。非航模锂电池组也可以，这类价格会低一些，而且使用寿命长，安全性好。选型时，最大输出电流建议选择 5A 以上。

​由于各个系统会用到各种不同的电压，因此，除了电池之外，还需要准备降压模块。模块上的降压芯片推荐 LM2596S，支持可调节输出，以便通过调节模块上的电位器，获取任意需要的电压值。LM2596S 输入电压范围高达 40V，输出电压范围从 1.2V 至 37V，在各种线路和负载条件下的最高电压容差为 ±4%，输出负载电流可达 3A，效率高，具有热关断和电流限制保护功能。更多信息，可参考 LM2596S 数据手册。

说明：电机驱动扩展板上使用以上两个降压模块（LM2596S），一块把 12V 电压稳压到 5V，另外一块把 5V 稳压到 3.3V。

减速电机

​减速电机就是在直流电机基础上，增加一个高精密的减速器。一般直流电机的转速都是一分钟几千上万转，增加减速器可以降低电机转速，增加电机扭矩，使得可控性更强。选择减速电机时，电机的额定电压需要和选择的电池相匹配，常见的 12V 额定电压电机供电范围在 11~16V 之间，12V 最佳。

推荐一款 MG513P60_12V 电机，这款电机额定电压为 12V，1：60 的减速比，额定输出电流为 0.36A，减速后空载转速为 183RPM 左右，扭矩达 2kg*cm，最大负载能力高达 6kg。再搭配 65mm 直径轮胎，速度大概 0.5m/s，完全满足智能小车的运动需求。这款电机搭配了霍尔编码器，通过磁感应的原理，可以检测电机转速，从而实现速度检测和里程距离统计。

电机驱动

​电机驱动采用 TB6612FNG 驱动芯片，这是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件。它具有大电流 MOSFET-H 桥结构，VM 电源电压最大支持 15V，输出平均电流可达 1.2A，峰值电流允许 3.2A，导通电阻也只有 0.5 欧姆，内置过热保护和低压检测电路，PWM 信号输入频率可允许 100KHz。

相比 L298N 的热耗性和外围二极管续流电路，TB6612FNG 无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。TB6612FNG 驱动芯片双通道电路输出，可同时驱动 2 个电机。智能小车使用了两个电机加上一个万向轮，因此，我们只需要 1 片该芯片就可以。

另外，当 STBY 处于高电平时，可利用芯片上的 IN1 和 IN2 这两个输入信号，选择正转、反转、短路制动和停机四种模式的其中一种模式，真值表如下：

AIN1	AIN2	模式
0	1	反转
1	0	正转
1	1	短路制动
0	0	停机

更多信息，可参考 TB6612FNG 数据手册。

参考原理图如下：

摄像头采集

原理图

智能小车采用了 Y05-GC0328C-V5 摄像头模组采集图像（30 万像素）。GC0328C 是一款 VGA CMOS 图像传感器芯片，通过它可以实时采集图像。

实物图

驱动电路

GC0328C 摄像头连接到 CN1 接口上。

产品创建

功能需求

App 端功能	描述
小车行进方向控制	前进、后退、向左、向右。
显示摄像头画面	实时监控。

设备端功能	描述
配网模式	上电，设备进入配网状态，指示灯快闪。配网成功，指示灯常亮。
移除配网	长按按键 5s，移除配网。（主控板：KEY 按键）
复位按键	短按复位按键，程序复位。（主控板：RST 按键）

环境搭建

产品创建

智能小车用到了宠物喂食器的面板，因此，在创建产品时选择 小家电 品类下面的 宠物喂食器，通讯协议：WiFi-蓝牙。功耗类型：标准功耗。

可以选择全部的功能点（请勿随意删除，可能会导致面板数据丢失或无法打开面板等情况）。同时，需要在 自定义功能 里添加一个 DP 点，用于控制小车的行进方向。面板选择宠物公版面板。在 硬件开发 中，没有 BK7256 芯片可以选择，此时可以借助 BK7252 Wi-Fi & Bluetooth 芯片即可，主要是为领取激活码用于后续开发。

注意：高级功能中 IPC 能力以及 RTC 能力必须选择，用于实时显示视频。

设备连线

烧录授权接线：通过 USB 接口直接烧录授权（串口 1）。

核心板引脚	烧录工具引脚	烧录工具
TX1	USB-RX（跳帽连接）
RX1	USB-TX（跳帽连接）	MICROUSB 数据线接 P7
3.3V	3.3V
GND	GND

电机接线：

电机	GPIO
左边直流减速电机控制脚	P16、P15、P24
右边直流减速电机控制脚	P22、P45、P25

软件方案

代码结构

* 涂鸦应用入口文件，原厂 main() -> user_main() -> pre_app_init() -> tuya_iot_init() -> app_init() -> pre_deivce_init() -> device_init()。
* 对于每一个芯片平台，存在一些差异性，此处可以对差异性进行处理。应用的特殊处理应该放到应用预留接口里实现。应用预留接口包括：
* pre_app_init()：用于系统初始的前置准备工作，此时涂鸦 Device OS 尚未启动。
* app_init()：用于应用初始化，此时涂鸦 Device OS 已经初始化。
* pre_device_init()：设备功能启动前置准备工作，此时设备功能尚未启动。
* device_init()：设备功能启动，完成之后设备进入正常工作状态。

智能小车软件代码结构如下：

└──tuyaos-iot-standard-demo
├── apps
├── tuyaos_demo_quickstart_car
│ │ ├── include
│ │ │ ├── openssl_aes_cbc.h
│ │ │ ├── openssl_encrypt.h
│ │ │ ├── tuya_app_control.h
│ │ │ ├── tuya_app_key.h
│ │ │ ├── tuya_device.h
│ │ │ ├──tuya_dp_process.h
│ │ │ ├──tuya_ipc_encrypt.h
│ │ │ ├──tuya_ipc_media.h
│ │ │ ├── tuya_ipc_packager.h
│ │ │ ├──tuya_ipc_streamer.h
│ │ │ ├──tuya_push_stream_service.h
│ │ │ ├── tuya_push_thread.h
│ │ │ ├──tuya_tal_2_tkl.h
​ │ │ │ └──tuya_video_service.h
​ │ │ ├── src
​ │ │ │ ├── openssl_aes_cbc.c
​ │ │ │ ├── openssl_encrypt.c
​ │ │ │ ├── tuya_app_control.c
​ │ │ │ ├── tuya_app_key.c
​ │ │ │ ├── tuya_device.c
​ │ │ │ ├──tuya_dp_process. c
​ │ │ │ ├──tuya_ipc_encrypt.c
​ │ │ │ ├── tuya_ipc_packager.c
​ │ │ │ ├── tuya_ipc_streamer.c
​ │ │ │ ├──tuya_push_stream_service
​ │ │ │ ├── tuya_push_thread.c
​ │ │ │ └── tuya_video_service.c

功能部分

资源介绍

资源使用&引脚分配

资源使用	资源类型	备注
直流减速电机方向控制*2	P16，P15；P22，P45（GPIO）	需要 4 个 IO 口
直流减速电机速度控制*2	P24，P25（PWM4，PWM5）	需要 2 个 PWM 外设
摄像头	DVP	GC0328
按键	P9（GPIO）	移除配网按键（低电平有效）
指示灯	P6（GPIO）	配网指示灯（高电平点亮）

小车行进档位

档位	PWM 占空比
零档	0
二档	20%
二档	50%
三档	70%
四档	90%
五档	100%

自定义功能

DP 名称	DP ID	功能点名称	数据传输类型	数据类型	功能点属性
小车行进	111	control	可下发可上报(rw)	枚举型(Enum)	go，back，right，left

功能分析

电机驱动部分

图2-1 电机模块驱动图

直流电机的转动

• PIN正 引脚输出高电平，PIN负 引脚输出低电平，电机即可正转。
• PIN正 引脚输出低电平，PIN负 引脚输出高电平，电机即可反转。

直流电机的转速

当 PWM 输出最大占空比的时候，电机全速转动。

注意事项

• 频繁切换电机的转向，可能会烧坏直流减速电机驱动器。
• 直流减速电机是相对安装的。对于小车来说，一个电机正转，一个电机反转，才是正转。

小车转向

• 左边电机前进，右边电机后退，小车右转。
• 左边电机后退，右边电机前进，小车左转。

在 device_init() 函数里面对电机进行初始化

小车前进运动，除了前进按键，其它任意控制方向的按键可以停止小车前进。

枚举小车行进方向。

App 控制小车运动。

控制小车行进方向。

摄像头采集部分

1. 在 device_init() 函数里，对摄像头服务进行初始化。

   

2. 创建线程，采集摄像头数据。

   

3. 视频流获取任务。

   

4. 读上来的图片都是存放到 PSRAM 中的，在 PSRAM 中开了两个 100K 的缓存区。

   

5. 用缓存区用完之后要释放。

   

摄像头推流部分

1. 在 device_init() 函数里，对推流服务进行初始化。

   

2. 创建推流服务线程。

   

3. 推流服务线程，等联网成功后进行推流网关的初始化。

   

   

   

   1. 设置推流网网关图片缓存区大小，max_frame_size 缓存区大小。

      

   2. 获取推流网关注册接口，SetMediaSetting 网关基础信息配置，RegisterCb 网关回调注册，FillSkill 能力值初始化。

      

   3. 将通过 FillSkill 接口初始化的能力值上报给云端，gw_if.id 设备网关 ID，skill_info 具体能力值。

      

   4. __get_frame_cb 是推流网关的取图回调函数。推流网关通过该回调获取音视频数据。

      

   5. 判断一帧数据的首尾 4 个字节，防止错误的帧。

      

   6. 采用分段加密的方法可以节省内存，节省一张图片（640*480）的大小（30K 左右）。

      

      注意：PSRAM 中写操作是按 4 字节对齐的，读取按字节对齐即可。

4. 拷贝数据到推流网关中。

   

5. 释放缓存区。

   

App 控制部分

小车行进控制

• App 面板控制小车一共有 4 个按键：前进按键、后退按键、左转按键和右转按键。
• 小车一共有 5 个状态：前进状态、后退状态、左转状态、右转状态和停止状态。
• 小车停止状态，是通过判断当前状态是否是面板按下的状态来实现的。例如，小车现在是前进状态，按下后退、左转、右转按键，即可使小车进入停止状态。
• 小车还可以加速，同样是通过判断当前状态是否是面板按下的状态来实现的。例如，小车现在是前进状态，按下前进按键，小车加速。

实时监控画面

App 面板上可以实时监控画面，每隔两分钟云端会自动断开。单击一下，会重新获取视频流。