# MPS 智能机器人 完整系统方案

基于MPS芯片FOC无刷控制 + 树莓派网关 + 小智AI语音 + HAOS家居联动

## 一、整体设计思路

项目采用四层分布式解耦架构，自上而下分为语音交互层、决策网关层、实时控制层、执行硬件层。 STM32专注8kHz实时FOC电机控制，树莓派负责行走、WebUI、MQTT物联网转发，小智AI提供语音入口，最终接入HAOS家庭中枢实现全屋联动。

高精度取料 自主避障行走 语音交互控制 智能家居联动 Web可视化调试

## 二、系统整体硬件架构框图

第1层 · 人机交互层
🎤
麦克风阵列
语音采集 降噪
🧠
小智AI模组
ESP32-S3 ASR/TTS
🔊
扬声器
TTS语音播报
📱
Web浏览器
电脑/手机本地控制
▲ WiFi MQTT / HTTP ▼
第2层 · 本地决策网关层
🍓
树莓派4B
核心决策 网关中枢
🌐
Flask WebUI
可视化控制面板
📡
MQTT客户端
双向消息转发
📏
超声波模块
避障测距 安全防护
⚙️
N20电机驱动
四轮行走 差速转向
▲ UART 串口 115200bps ▼
第3层 · FOC实时控制层
🎛️
STM32F103
8kHz FOC中断 主控制
⚡
MPM3519
电源芯片 降压稳压
🔌
MP6540H
三相BLDC驱动芯片
🧭
MA600A
磁角度传感器 SPI
⚡
MCS1805
霍尔电流传感器 ADC
▲ SVPWM / 采样反馈 ▼
第4层 · 执行机构层
🔄
2804无刷电机
取料执行机构
🚗
N20减速电机×4
底盘行走机构
🔄
滑环
头部旋转供电
▲ MQTT 局域网 ▼
家居中枢层
🏠
HAOS家庭中枢
MQTT服务端 全屋联动
💡
智能家居设备
灯光/窗帘/传感器

## 三、各模块功能与实现详解

### 3.1 MPS无刷控制板（STM32端 main.c）

核心职责：高精度实时FOC磁场定向控制，不涉及上层业务，纯电机实时控制。

- MPM3519：宽压输入大电流降压，为整套控制板稳定供电
- MP6540H：三相半桥驱动，接收SVPWM信号放大驱动电机
- MA600A：SPI读取转子绝对角度，位置/速度闭环反馈源
- MCS1805：隔离采样相电流，电流闭环+过流保护

6种控制模式：

模式0 速度开环 | 模式1 位置开环 | 模式2 电流开环
模式3 速度闭环 | 模式4 位置闭环 | 模式5 电流闭环

安全机制：电压斜坡缓启动、堵转检测、电流零点自动校准、nFault故障捕获

### 3.2 树莓派网关（serial-mqtt-webui.py）

核心职责：承上启下的网关中枢，行走控制+人机交互+物联网转发。

- 行走控制：GPIO驱动四路N20电机，前后左右差速转向
- 超声波避障：20cm安全阈值，前进时实时监测，遇障自动停车
- 自动探索：独立线程运行，遇障转向、四面受困后退算法
- 串口桥接：双向透传STM32的FOC指令与状态回显
- Web可视化：Flask深色控制面板，快捷指令+双日志实时刷新
- MQTT网关：对接HAOS，语音指令下发、机器人状态上报

### 3.3 小智AI语音头部

核心职责：自然人机交互入口，语音控制机器人+智能家居。

- 云端ASR高精度语音识别
- 语义解析后通过MQTT下发指令到树莓派
- 支持两类指令：机器人运动类、家居设备控制类
- TTS语音播报机器人状态、操作结果、告警信息
- 滑环供电支持头部360°旋转，线材不缠绕

### 3.4 HAOS家庭中枢联动

核心职责：全屋物联网中枢，机器人融入智能家居生态。

- MQTT Broker服务端，统一消息中转
- 远程查看机器人运行状态、下发指令

## 四、软件数据流实现框图

### 📥 控制指令下行链路

语音输入 / Web按钮 / HAOS远程
▼
MQTT消息发布到主题 foc/cmd
▼
树莓派订阅接收 → handle_motor_command 解析
▼
├ 行走指令 → GPIO直接驱动N20电机
└ 取料指令 → UART串口发往STM32
▼
STM32 cmd_parse 解析指令
▼
FOC算法运行 → SVPWM输出驱动无刷电机

### 📤 状态数据上行链路

MA600A角度 / MCS1805电流 / 转速
▲
STM32 TIM2 8kHz中断采样计算
▲
串口定时回传 stat 状态帧
▲
树莓派串口读取线程接收缓存
▲
├ Web前端轮询实时刷新日志
└ MQTT发布到 foc/resp 主题
▲
HAOS状态面板 / 小智TTS播报

## 五、完整物料清单（BOM）

### 5.1 主控与计算单元

物料名称 | 规格型号 | 数量 | 功能说明
--- | --- | --- | ---
主控核心板 | STM32F103C8T6 | 1 | FOC无刷电机实时控制，对接全套MPS芯片
网关主控 | 树莓派4B 4GB | 1 | 行走控制、WebUI、MQTT网关、串口桥接
语音模组 | 小智AI ESP32-S3开发板 | 1 | 语音唤醒、ASR识别、TTS播报、MQTT输出

### 5.2 MPS核心芯片组（控制板）

芯片型号 | 类型 | 数量 | 核心功能
--- | --- | --- | ---
MPM3519 | 同步降压电源芯片 | 1 | 宽压输入大电流稳压，整机供电
MP6540H | 三相BLDC驱动芯片 | 1 | 内置三相半桥，驱动无刷电机
MA600A | TMR磁角度传感器 | 1 | SPI读取转子绝对角度，FOC位置反馈
MCS1805 | 隔离霍尔电流传感器 | 1 | 相电流采样，电流闭环、过流保护

### 5.3 运动执行与外设

物料名称 | 规格 | 数量 | 说明
--- | --- | --- | ---
无刷电机 | 2804 直流无刷 | 1 | 取料执行机构
减速电机 | N20 6V 100rpm | 4 | 底盘四轮行走
直流电机驱动 | L298N 双路 | 2 | 驱动四路N20电机
超声波模块 | HC-SR04 | 1 | 避障测距，20cm安全阈值
滑环 | 微型帽式滑环 | 1 | 头部旋转供电与信号
电池模组 | 24V 5A锂电池组 | 1 | 整机供电

## 六、方案核心优势

✅ 分层解耦设计

实时控制与上层业务分离，STM32保证电机控制实时性，树莓派负责业务逻辑，互不干扰，可独立升级。

✅ 多入口统一控制

语音、Web网页、HAOS家居、本地按键四种控制方式，共用一套指令体系，体验一致。

✅ 完整闭环感知

位置、速度、电流三重闭环，超声波环境感知，堵转、过流、欠压多重安全保护。

✅ 家居生态融合

标准MQTT协议接入HAOS，可与全屋智能设备联动，拓展自动化场景。

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