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学号:4114190051 山东第一医科大学毕业设计（论文）题目：基于 stm32 微控制器的绘图机器人设计院（部）系医学信息工程学院所学专业电子信息科学与技术年级、班级 2015 级本科 1 班完成人姓名张伯琰指导教师姓名专业技术职称杜海涛副教授 2019 年 6 月 8 号

论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业：电子信息科学与技术班级： 2015 级本科 1 班签名：年月

山东第一医科大学本科毕业设计（论文）摘要在信息化发展迅速的当今时代背景下，人工智能与大数据成为热点话题，吸引了大部分人的关注，尤其是智能机器人更是令不少人为之折腰。计算机技术的飞速发展，让机器人渗入的领域更加广泛，代替人类进行的工作种类也越来越多。过快的发展、过多的需求以及领域的过于广泛反而容易让人们更沉浸于让机器人去代替原本人类进行的简单劳动，却忘记了一些原本就是大机器做的工作，比如绘图技术方面。绘图技术应用在很多设计方面，譬如服装设计、工业设计、教育教学、工程设计等。但就我查询得知，在目前很多还是采用由专业人士绘画出来之后，利用打印机进行打印或者彩印，对于普通的设计人员来说，并不是合适的选择。因此我们设计了一种更为低成本切对纸张无特殊要求的绘图机。本设计采用 STM32 单片机作为处理控制的核心单元，结合使用上位机控制软件通过图像处理将位图转化为笔的路径信息，信息经串口发送到 STM32 控制器。控制器利用 Bresenham 直线算法计算前后的两个坐标之间的线段各点坐标，通过各点的位置转换为驱动步进电机转动的脉冲量、方向等量，最终达到控制笔头移动。绘图方案为绘制轮廓图。该设计方案可靠，成本低廉，同时拥有良好的绘图精度，该机器人能够应用于各种草图的绘制等领域。关键字：STM32；Bresenham；图像处理；绘图机器人

山东第一医科大学本科毕业设计（论文） Abstract In the current era of rapid development of information technology, artificial intelligence and big data have become hot topics, attracting the attention of most people, especially intelligent robots, which are many people who are bent over. The rapid development of computer technology has made the field of robot penetration more extensive, and there are more and more types of work to replace humans. Too fast development, excessive demand, and too broad a field tend to make people more immersed in letting robots replace the simple labor that humans have done, but forget some work that was originally done by large machines, such as drawing technology. Drawing technology is used in many design aspects, such as fashion design, industrial design, education and teaching, engineering design. However, as far as I can find out, many of them are still used by printers for printing or color printing after being painted by professionals. It is not a suitable choice for ordinary designers. Therefore, we have designed a plotter that has no special requirements for paper at a lower cost. The design adopts the STM32 single-chip microcomputer as the core unit of processing control. Combined with the upper computer control software, the bitmap is converted into the path information of the pen through image processing, and the information is sent to the STM32 controller through the serial port. The controller uses the Bresenham line algorithm to calculate the coordinates of the points of the line between the two coordinates before and after, and converts the position of each point into the pulse amount and direction of the stepping motor to finally control the movement of the tip. The drawing scheme is to draw a contour map. The design is reliable, low cost, and has good drawing accuracy. The robot can be applied to various sketches and other fields. Key words: STM32; Bresenham; Image processing; Drafting robot

山东第一医科大学本科毕业设计（论文）目录第一章绪论 ................................................................. 1 1. 基于 stm32 微控制器的绘图机器人研究设计的目的 .......................... 1 2. 基于 stm32 微控制器的绘图机器人研究设计的设计功能 ...................... 1 第二章系统整体方案设计 ..................................................... 2 第三章硬件设计 ............................................................. 4 1. 硬件电路资源使用设计 .................................................. 4 1.1 STM32F103RBT6 片上资源 ............................................ 4 1.2 外围芯片资源 ..................................................... 4 2. 机械结构设计 .......................................................... 5 3. 通信原理 .............................................................. 9 第四章软件设计 ............................................................ 11 1. 上位机程序设计 ....................................................... 11 1.1 二值化算法 ...................................................... 11 1.2 轮廓化算法 ...................................................... 13 1.3 描边算法 ........................................................ 14 1.4 串口通信数据格式 ................................................ 16 2. 下位机程序设计 ....................................................... 17 2.1 缓冲区算法 ...................................................... 17 2.2 Bresenham 直线算法 ............................................... 17 2.3 坐标轴的确定 .................................................... 19 第五章系统调试与实验结果 .................................................. 21 1. 系统调试 ............................................................. 21 2. 实验结果 ............................................................. 24 参考文献 ................................................................ 25 致谢 ................................................................... 26 附录 ................................................................... 27

第一章绪论第一章绪论 1. 基于 stm32 微控制器的绘图机器人研究设计的目的在信息化发展迅速的当今时代背景下，人工智能与大数据成为热点话题，吸引了大部分人的关注，尤其是智能机器人更是令不少人为之折腰。计算机技术的飞速发展，让机器人渗入的领域更加广泛，代替人类进行的工作种类也越来越多。过快的发展、过多的需求以及领域的过于广泛反而容易让人们更沉浸于让机器人去代替原本人类进行的简单劳动，却忘记了一些原本就是大机器做的工作，比如绘图技术方面。绘图技术应用在很多设计方面，譬如服装设计、工业设计、教育教学、工程设计等。但就我查询得知，在目前很多还是采用由专业人士绘画出来之后，利用打印机进行打印或者彩印。从实际情况中发现，小型打印机虽然价格较为便宜，易出现故障，打印纸张必须为通用类型；大型打印机则价格昂贵、需专业维修、购买配套耗材。对于普通的设计人员来说，并不是合适的选择。因此我们研发了一种更为低成本切对纸张无特殊要求的绘图机。 2. 基于 stm32 微控制器的绘图机器人研究设计的设计功能此绘图机器人拥有图形二值化，二值图形轮廓化，描边轮廓图等功能，方便绘制各种图形表格，大大提高人们的办工效率，可更换各种笔芯，使得打印多样化。 1

第二章系统整体方案设计第二章系统整体方案设计本系统利用上位机识别图像对图像进行处理，然后将轨迹信息通过串口发送给下位机，下位机接受到点的坐标，通过这些坐标计算出步进电机转动所需要的 pwm 信号和 en 信号 dir 信号和抬笔舵机所需信号。绘图机器人的整体系统设计框架如图 2-1 所示。蓝星上位机串口 STM32 主控 EN DIR PWM PWM TOP 步进电机步进电机驱动板 PWM 抬笔舵机 PWM BOT 步进电机绘图机器人的模块组成设计如图 2-2 所示。图 2-1 整体系统设计串口上位机 STM32 +驱动电路图 2-2 模块组成设计（立体图）如图 2.2 所示本设计采用了 T 型结构（图 2.3 即为 T 型写字机结构）极大地简化了对 2

材料的需求，减少了占地面积。中控模块集成了 CH340G，上位机与下位机通信仅需要一根 MicroUSB 数据线即可。下位机的绘图机器人躯干机械结构设计如图 2-3 所示第二章系统整体方案设计限位开关惰轮光轴写字头滑动轴步进电机传动带图 2-3 机械结构设计（俯视图） 3

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