智能送药小车技术深度剖析与实现

智能送药小车技术深度剖析与实现

在2021年的全国大学生电子设计竞赛（电赛）中，智能送药小车成为了众多参赛团队竞相挑战的热门课题。这一项目不仅考验了参赛者的电子设计、嵌入式编程和机器视觉等多方面的能力，还推动了医疗自动化领域的技术进步。本文将详细分析智能送药小车的实现方案，包括OpenMV数字识别、红线循迹、STM32HAL库freeRTOS、串级PID控制等关键技术，并探讨小车的自动返回功能及整体设计思路。

一、项目背景与需求分析

智能送药小车旨在解决医院环境中药物运输的效率和精准度问题。通过集成先进的机器视觉、传感器技术和智能控制系统，小车能够实现药物的自动、高效、安全运输。具体来说，小车需要完成以下任务：

1. 自动循迹：在复杂的医院环境中，小车能够准确识别并跟随预设的路径。
2. 数字识别：识别路径上的数字标识，以实现精准定位和导航。
3. 药品管理：确保药品的存在、重量和运输的完整性。
4. 远程交互：支持远程指令交互，提高系统的灵活性和可操作性。

二、关键技术与实现方案

1. OpenMV数字识别

OpenMV是一个专为嵌入式视觉设计的小型机器视觉库和硬件平台。通过集成高性能的图像处理算法，OpenMV能够在低功耗的嵌入式系统上实现复杂的视觉任务。在智能送药小车项目中，OpenMV被用于实现数字识别功能。具体来说，我们采用了模板匹配的方法，通过比较预定义的模板与待检测图像区域来寻找最佳匹配，从而识别路径上的数字标识。这种方法具有高精度和实时性，能够满足小车的导航需求。

2. 红线循迹

红线循迹是智能小车常用的路径识别方法之一。在智能送药小车项目中，我们采用了灰度传感器来实现红线循迹。灰度传感器能够检测路径上的颜色变化，从而引导小车沿着红线行驶。为了保证循迹的准确性和稳定性，我们采用了闭环控制策略，通过不断调整小车的行驶方向和速度来保持其沿着预设路径行驶。

3. STM32HAL库freeRTOS

STM32是智能小车常用的主控芯片之一，其强大的性能和丰富的外设资源使得它成为智能小车设计的首选。在智能送药小车项目中，我们采用了STM32HAL库进行底层驱动的开发，并结合freeRTOS实时操作系统实现了多任务管理。通过合理划分任务优先级和调度策略，我们确保了小车在复杂环境中的稳定运行和高效响应。

4. 串级PID控制

串级PID控制是一种常用的运动控制方法，通过引入速度环和位置环来提高系统的控制精度和稳定性。在智能送药小车项目中，我们采用了串级PID控制策略来实现小车的精准定位和运动控制。具体来说，我们通过编码器获取小车的实时位置和速度信息，并将其作为反馈信号输入到PID控制器中进行调整。通过这种方式，我们实现了小车在复杂环境中的高精度定位和稳定运动。

5. 小车自动返回

为了实现小车的自动返回功能，我们采用了基于编码器和PID控制的定位方法。在送药过程中，小车会实时记录自己的行驶路径和位置信息。当需要返回时，小车会根据记录的信息自动规划返回路径并沿着预设路径行驶回药房。为了保证返回的准确性和稳定性，我们还采用了闭环控制策略对小车进行实时调整。

三、整体设计与实现

在整体设计方面，我们采用了模块化设计思路，将智能送药小车分为视觉识别模块、运动控制模块、药品管理模块和远程交互模块等四个部分。各个模块之间通过串口或I2C等通信接口进行数据传输和指令交互。

• 视觉识别模块：负责实现数字识别和红线循迹功能，采用OpenMV和灰度传感器等硬件实现。
• 运动控制模块：负责实现小车的精准定位和运动控制功能，采用STM32主控芯片和编码器等硬件实现。
• 药品管理模块：负责确保药品的存在、重量和运输的完整性，采用压力传感器等硬件实现。
• 远程交互模块：负责实现远程指令交互功能，采用蓝牙等无线通信方式实现。

在软件实现方面，我们采用了C语言和Python等编程语言进行底层驱动和上层应用的开发。通过合理划分软件模块和优化代码结构，我们确保了智能送药小车在复杂环境中的稳定运行和高效响应。

四、总结与展望

本文详细分析了2021年电赛F题智能送药小车的实现方案，包括OpenMV数字识别、红线循迹、STM32HAL库freeRTOS、串级PID控制等关键技术。通过实践验证，我们证明了这些技术在智能送药小车项目中的有效性和可行性。未来，我们将继续优化和完善智能送药小车的设计和实现方案，推动其在医疗自动化领域的应用和发展。同时，我们也希望这一项目能够为其他类似智能车辆的设计和实现提供参考和借鉴。

此外，值得一提的是，在智能送药小车的设计与实现过程中，千帆大模型开发与服务平台为我们提供了强大的技术支持和丰富的资源。通过利用该平台的模型训练和优化功能，我们进一步提高了小车的数字识别精度和鲁棒性。这使得小车在复杂环境中能够更好地完成药物运输任务，为医疗自动化领域的发展做出了积极贡献。