辽宁科技大学 114000
摘要】该项目是以STM32F407ZET6作为主控的一款图书馆检索机器人，主要由机械手，STM32F4 ，OpenMV,步进电机等组成。OpenMV摄像头是用来实现图像识别，即实现识别每本书的编码，而机械手是用来取书的，步进电机控制机械手移动。该项目解决了我们人力检索带来的耗时，耗力问题。以往的检索方式是给你一个大概的区域，然后你自己去找，而我们的这个机器人是能够带你找到准确的位置并把书给你取出来。
关键字：STM32F407ZET6,OpenMV摄像头，图像识别，步进电机。
1.引言
1.1图书馆检索机器人发展背景
机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。而如今在各个领域基本都有机器人的存在，如侦察，高危作业，图书馆等。
当然它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，机器人的引入大大的减少了人力物力,同时也提高了生产力，所以它的发展是社会，科技进步必然的结果。
1.2研究内容
该项目是以STM32F4为主控[1]，OpenMV为图像识别模块，机械手做为检索和取书的工具，步进电机用来控制机械手移动的位置；具体功能是用户在图书馆电脑上查到某一本书的大概区域后，到那个区域去；因为在每一个区域都有一个机器人，此时用户将书的编号给OpenMV摄像头识别[3]，然后STM32F4主控就会控制步进电机从这个区域开始位置逐一的检索，当OpenMV识别到与用户所需借书的编号匹配是，该步进电机就会停下，然后器械手就学会取下该书，步进电机再把该书送到指定的区域放下，此时用户就能把书拿走，这便解决了人力检索的烦恼。
2主要模块及作用
2.1 OpenMV
OpenMV是一个开源，低成本，功能强大的机器视觉模块。以STM32F427CPU为核心，集成了OV7725摄像头芯片，在很小的模块上，以C语言实现机器视觉核心算法，也能进行Python编程开发。
我们的项目得用到数字识别，这便需要使用KNN算法；K最近邻(k-Nearest Neighbor，KNN)分类算法，是一个理论上比较成熟的方法，也是最简单的机器学习算法之一。该方法的思路是：如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别。
2.2 机械手
机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。在该项目中我们通过STM32[2]主控编程来实现该机械手对图书的定位抓取动作，对该机械手的要求的是机械结构的好，控制精度高，各个手关节得灵活；应用到得算法是三轴机械臂逆解算法，该算法是定位抓取关键的算法；该算法用到了空间几何的数学知识，但在该项目中所需要的空间角度得用到MPU6050来测量。
3.硬件设计
3.1电源设计
因为单片机主控为5v供电[4]，所以我们得把220V交流室电转换为5V的直流电，这便得用到电路得知识；将交流转化为直流可以用半波整流，或全波整流电路，在这我用到的是全波整流电路，电路是由4个二极管构成；但把交流电转化为直流后还得把它降压到5V给单片机供电，该降压电路得用到LM317模块；该模块呢能够输出1.25v-37v的直流电压。
全波整流原理：在这种整流电路中，在半个周期内，电流流过一个整流器件（比如晶体二极管），而在另一个半周内，电流流经第二个整流器件，并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。全波整流整流前后的波形与半波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的两个半波，这就提高了整流器的效率，并使已整电流易于平滑。因此在整流器中广泛地应用着全波整流。该整流电路是该系统硬件部分最关键的部分，因为它为整个系统提供电源；具体电路如图3.1整流及降压电路图所示：
图3.1整流及降压电路图
3.2 时钟电路
时钟电路是单片机的心脏，单片机执行所有的程序都是通过晶振来实现的；晶振的作用是提供时钟源，而单片机执行一条指令是需要一个机器周期的时间，而这个时间就是由时钟电路提供的，所以可想而知晶振在单片机电路中是何其的重要；时钟电路是由一个晶振和两个电容还有一个电阻组成，如图3.2 时钟电路图所示：
图3.2 时钟电路图
4.结题
我们团队通过几个月的努力终于完成了该项目；从中我们得到了宝贵的经验，以及心性的磨练，虽然有痛苦，但经历了这些后使得我们更加成熟稳重，为以后做项目积累了一定得经验；该项目对图书馆检索有一定的帮助，但毕竟技术不太成熟，所以还得改进才能投入市场。
5.参考文献
[1]意法半导体.STM32中文参考手册. 第10版 .意法半导体（中国）投公司2010.
[2]刘军 .例说 STM32.北京：北京航空航天大学出版社，2011.
[3]OpenCV轻松入门.李立宗 出版时间：2019-05
[4]从零学起：开关电源设计入门: 化学工业出版社,2018
孙朝付 1995.1.14 男 汉族 籍贯：贵州 兴义 学历 ：本科 职称：学生 研究方向：嵌入式 单位：辽宁科技大学 邮编：114000
论文作者:孙朝付，杨昌平，郭子玉
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/11
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