DIY娃娃机

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前言

  不知道大家有没有和我一样，有时候脑子里突然冒出来一个大胆的想法，然后就立马行动，学习，努力去实现它！
  这不，有一次我去游乐场，看到商场里的娃娃机，理工男思维马上上线：这个娃娃机的主控板是什么呢？整个程序的代码是怎么样的呢？步进电机怎么控制爪子的移动，爪子抓取收放又是怎么样的呢？

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  于是，半年后，就有了下面这个东西。

夹娃娃

一、硬件材料

  原本只想搭个简易版的，但是越做下去就野心越大，买的东西越来越多:
  带显示屏的主控板STM32103探索者100+，木板+亚克力50+，亚克力爪子套件30+，遥控手柄30+，蓝牙音箱40+，HC-05蓝牙模块30+，电机3x20+，舵机，红外传感器，霍尔传感器*3，稳压模块，5V升9V的数据线（插上充电宝就能用），H桥驱动模块x2，传送带齿轮联轴器，游戏币，一堆小娃娃…

上图吧：

二、软件设计

1.实现功能

1. LCD屏幕显示操作界面与动画。
2. 投币检测。
3. 索尼PS2手柄无线控制娃娃机。
4. 舵机控制爪子抓取，减速电机控制爪子前后左右上下移动。
5. HC-05蓝牙模块接收来自手机APP端发来的指令。
6. 支持60s倒计时无投币动作就待机睡眠。

2.设计思路

1. 整个程序搭载在UCOSIII实时多任务操作系统中运行:
     把各个功能独立至一个个任务中，每个任务按重要性划分出优先级，采用时间片轮换调度的方式给任务分配合适的时间片来占用CPU，确保每个任务都能在较短的时间完成一个任务周期。
2. 把所有任务分成三种类型，方便管理：
    （1）在特定时间环节才要执行的任务。整个娃娃机的功能实现可以根据不同的环节把它们划分成三步任务：1等待投币->2选择模式->3夹娃娃 ->回到1。这些任务按顺序运行，当判断到该结束当前任务时就挂起它，然后切换至下个任务，如此循环往复，便实现了整个娃娃机的功能。
    （2）全程都要执行的任务。例如读取PS2手柄数据，接收蓝牙收到来自手机的信息等。把它们创建成一个个独立出来的任务，按照实际情况设定间隔多少时间运行一次，定时更新接收的数据信息。
    （3）不确定何时会发生的任务。比如说投币检测、暂停调试按键等这些外部事件。这些重要的意外发生任务就交由外部中断函数处理，把中断的优先级设置到最高，可以打断正常运行的程序，确保投币、调试等动作能快速准确地响应。

3.资源分配

1. USART3串口连接HC-05模块（USART3_TX 接 PB10，USART3_RX接 PB11）接收APP上位机数据。
2. 定时器TIM2用于夹娃娃倒计时。
3. TIM3_CH1~CH2(PC6 ~7)输出PWM方波控制爪子前后、左右的电机。
4. TIM4_CH1~CH2（PD 12-13）)输出PWM方波,分别控制上下收发爪子的电机和爪子抓取的舵机。
5. 按键WK_UP（PA0）占用IO总线0外部中断，用于待机唤醒。
6. IO口PA2占用IO总线2外部中断，连接红外传感器，用于投币检测。
7. 按键KEY0~KEY1(PE4、PE3)占用IO总线4、3外部中断，用于调试爪子上下位置故障。
8. IO口PF6接霍尔传感器，占用IO总线EXTI9_5外部中断，用于检测爪子上下电机旋转的圈数。
9. PAin(4)、PAin(5)连接两个霍尔传感器，用于爪子前后左右移动的限位检测。
10. PB12~15接PS2接收器（分别对应DI、DO、CS、CLK），接收PS无线手柄的数据。

注： 写这部分的目的是记录下资源使用情况，这样出问题了方便检修。

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三、总结

  最后，整个项目从外形框架的搭建到程序规范收尾，修修补补写了几千行代码，做做停停也用了大半年，整个过程下来还是有所感悟有所收获的：

1. 一旦下定决心做一件事情，就一定要坚持到底，只要你努力去学习和付出，到最后肯定会成功的！
2. 遇到问题卡住无法前行时，千万不要气馁，可以先冷静放松一下，过一段时间再去思考这个问题时，你会有不一样的思路的。要相信若遇到的问题和障碍上百，那解决克服它们的方法肯定上千。
     例如，我在想如何升降爪子的时候，就卡了很久，一开始想的是用舵机配合伸缩杆的方案的，但是舵机的扭矩不够大；于是只能用电机，电机方案则需要带有编码器来记录上下圈数的，由此去找了带编码器的电机，如步进电机等，但是找到的体积重量功率都太大了；于是最后找了全网体积最小的减速电机，扭矩功率都满足要求，但是它没有自带编码器，我就想，都到了这一步了，就自己设计一个编码器吧，然后一个基于霍尔传感器+磁铁的方案就产生了，但是做好之后又出现了新问题：当磁铁刚好停在传感器附近时，就会产生很多毛躁干扰信号，直接导致数据错误！濒临崩溃的时候我想到了解决方法：检测完后强制延时让电机转出这个干扰区再停下！哈哈，最后终于得出了一套稳定的方案了，感谢当时的坚持！
3. 每一部分的程序都要先单独测试一遍先，切忌全部程序写好再测试！切忌全部程序写好再测试！切忌全部程序写好再测试！重要的事情说三遍，特别是程序量大的时候，这是血的教训！
     刚开始的时候我就异常自信，非常相信自己的逻辑思维能力，然后直接写了个几个模块集成到一起的程序，编译的时候也没问题，但是下载到板子上后程序跑飞了！我检查了好久，浪费了很多时间跟精力！最后才发现是定时器的一个参数配置错了！
     所以，我就记住了，以后每创建一个任务以实现某个功能前，都要先备份好，写个独立于其他模块的简单例程，看看这份新加上去的代码有没有Bug，能不能实现预期效果；因为如果全部程序写完的话出错是很难定位查Bug 的。
     有时候，按部就班是最有效率的。