1、项目全景与需求分析：分拣机行业背景、项目目标、核心功能需求、技术选型

各位同学，欢迎来到《分拣机嵌入式全栈开发》的第一课。

做嵌入式开发这么多年，我见过太多人一上来就画原理图、写代码。结果呢？做到一半发现芯片选错了，传感器不匹配，通信协议根本跑不通。说白了，这就是典型的「需求没理清，后面全白干」。今天这一章，我们就先把地基打牢。

1.1 分拣机行业背景：为什么我们要学这个？

先聊聊行业。分拣机这东西，你可能在快递中转站、物流仓库里见过。传送带哗哗地跑，包裹唰唰地分到不同出口。嗯，背后就是一套嵌入式系统在控制。

我几年前参与过一个电商仓库的分拣机项目。客户要求每小时分拣 3000 件，误差率低于 0.01%。当时我心想，这要求不低啊。但真正做起来才发现，难点不在硬件，而在「实时性」和「可靠性」的平衡。

分拣机的核心场景无非三个：

• 物流分拣：快递、包裹、电商订单。量大，速度快。
• 工业分拣：零件、电子元器件、食品。精度要求高。
• 医疗分拣：药品、试剂、样本。容错率极低。

你想想看，如果分拣错了，轻则退货重发，重则医疗事故。所以这个行业对嵌入式系统的要求就一个字：稳。

1.2 项目目标：我们要交付什么？

我们这个课程的目标，是设计并实现一台「小型智能分拣机」的原型机。注意，是原型机，不是工业级产品。但麻雀虽小，五脏俱全。

具体目标如下：

• 功能完整：能识别不同颜色/形状的物体，并分拣到指定位置。
• 实时响应：从检测到执行，延迟不超过 50ms。
• 可扩展：预留接口，方便以后加装扫码枪、称重模块。
• 成本可控：整机 BOM 成本控制在 500 元以内。

我记得当时做第一个版本时，光电机驱动就烧了三次。后来才发现是电源纹波太大。嗯，这些坑后面都会讲到。

1.3 核心功能需求：分拣机到底要做什么？

功能需求，说白了就是「用户希望机器怎么干活」。我们把它拆成几个模块：

1.3.1 物料识别

这是第一步。物料来了，你得知道它是什么。常见方案有：

• 颜色传感器：识别红、绿、蓝等颜色。便宜，但受环境光影响大。
• 光电传感器：检测有无物体。简单粗暴。
• 摄像头 + 图像识别：高级玩法，能识别形状、二维码。但算力要求高。

我们这次用颜色传感器 + 光电传感器组合。为什么？因为性价比高，而且实时性好。我在项目中遇到过用摄像头做识别，结果 OpenCV 处理一帧要 200ms，根本来不及。后来果断换方案。

1.3.2 传送与分拣执行

识别完了，得把物料送到对应位置。这里涉及：

• 传送带控制：步进电机或直流电机。需要调速和启停控制。
• 分拣机构：推杆、气动喷嘴、或者机械臂。我们选推杆，结构简单。
• 位置检测：限位开关或编码器。确保推杆到位。

你想想看，如果推杆没到位，物料就卡住了。所以执行器的反馈信号非常重要。

1.3.3 人机交互

操作员总得知道机器在干嘛吧？所以需要：

• 显示屏：显示当前分拣数量、故障信息。
• 按键：启动、停止、复位。
• 蜂鸣器/LED：报警提示。

这部分看似简单，但 UI/UX 设计不好，操作员会骂娘的。我见过一个项目，按键布局不合理，工人每天按错几十次。后来重新画了 PCB 才解决。

1.4 技术选型：芯片、传感器、执行器、通信协议

技术选型是重头戏。选对了，后面一路顺风；选错了，天天加班改板子。我个人习惯是先列需求，再选型，不盲目追新。

1.4.1 主控芯片选型

主控芯片是大脑。我们这次的需求是：

• 至少 2 路 PWM（控制电机）
• 至少 4 路 GPIO（传感器、按键）
• 1 路 UART（调试或通信）
• 1 路 I2C 或 SPI（连接显示屏）
• 实时性好，中断响应快

我推荐 STM32F103C8T6。为什么？

• 性价比高：淘宝几块钱一片。
• 生态成熟：HAL 库、CubeMX、各种例程。
• 性能够用：72MHz 主频，足够处理分拣逻辑。

1.4.2 传感器选型

传感器是眼睛。我们选：

传感器类型	型号	接口	用途
颜色传感器	TCS34725	I2C	识别物料颜色
光电传感器	E18-D80NK	GPIO	检测物料有无
限位开关	微动开关	GPIO	推杆到位检测

TCS34725 这个芯片我用了很多次。它内置了滤光片，抗干扰能力不错。但要注意，它需要校准。我曾经在项目里没做白平衡校准，结果红色和橙色老是分不清。后来加了一步校准流程，问题解决。

1.4.3 执行器选型

执行器是手脚。我们选：

• 传送带电机：28BYJ-48 步进电机 + ULN2003 驱动板。便宜，控制简单。
• 推杆：SG90 舵机。5V 供电，PWM 控制角度。

这里有个坑要注意。SG90 舵机虽然便宜，但扭矩小。如果物料太重，推不动。我建议分拣轻量级物料（<50g）用这个方案。如果物料重，得换金属齿轮舵机或者气动推杆。

1.4.4 通信协议选型

通信协议是神经。我们这次用：

• UART：用于调试和上位机通信。波特率 115200。
• I2C：连接颜色传感器和 OLED 显示屏。
• PWM：控制舵机和步进电机。

为什么不选 SPI？因为 I2C 只需要两根线，省 GPIO。而且 TCS34725 和 OLED 都是 I2C 接口，一根总线搞定。

1.5 本章小结

好，这一章我们聊了分拣机的行业背景、项目目标、功能需求和技术选型。说白了，就是搞清楚「我们要做什么」和「用什么做」。

下一章，我们会开始画系统框图，然后进入硬件设计。到时候我会手把手教你怎么画原理图、怎么布局 PCB。嗯，那才是真正动手的时候。

记住一句话：需求分析做得越细，后面踩的坑越少。别急着写代码，先把需求吃透。