业务和功能介绍
1、立项背景和目标
在实验室理化分析（如农业、医药、化工）中，固体颗粒/粉末样品的缩分和等分是必不可少的前处理环节。传统人工分样存在精度低、效率慢、易交叉污染等问题。本项目旨在开发一款高精度的自动化分样设备，通过精确的机械运动与动态称重结合，实现一键式、无人值守的等分/不等分/缩分操作，目标是将分样误差控制在极低范围内，提升实验室标准化作业水平。
2、软件功能与核心功能模块
系统软件分为三大核心模块：
高精度感知模块：负责24位高精度ADC（称重传感器）的数据采集与实时滤波。
运动执行模块：负责震荡下料器（PWM调功）与旋转接样盘（步进电机位置闭环）的精准协同控制。
HMI人机交互模块：基于LCD触摸屏，提供多模式（等分/缩分）参数设置、实时状态监控、故障报警及配方存储功能。
3、业务流程与功能路径
用户通过触摸屏选择分样模式并输入目标重量 -> 系统自动完成容器去皮清零 -> 启动主轴电机将空杯旋转至下料口 -> 开启震荡下料器，根据实时称重数据动态调节下料速率（粗加->细加->点滴） -> 达到目标重量后瞬间停止下料 -> 记录数据并驱动转盘切换至下一个接样杯 -> 循环直至任务完成并蜂鸣提示。
在实验室理化分析（如农业、医药、化工）中，固体颗粒/粉末样品的缩分和等分是必不可少的前处理环节。传统人工分样存在精度低、效率慢、易交叉污染等问题。本项目旨在开发一款高精度的自动化分样设备，通过精确的机械运动与动态称重结合，实现一键式、无人值守的等分/不等分/缩分操作，目标是将分样误差控制在极低范围内，提升实验室标准化作业水平。
2、软件功能与核心功能模块
系统软件分为三大核心模块：
高精度感知模块：负责24位高精度ADC（称重传感器）的数据采集与实时滤波。
运动执行模块：负责震荡下料器（PWM调功）与旋转接样盘（步进电机位置闭环）的精准协同控制。
HMI人机交互模块：基于LCD触摸屏，提供多模式（等分/缩分）参数设置、实时状态监控、故障报警及配方存储功能。
3、业务流程与功能路径
用户通过触摸屏选择分样模式并输入目标重量 -> 系统自动完成容器去皮清零 -> 启动主轴电机将空杯旋转至下料口 -> 开启震荡下料器，根据实时称重数据动态调节下料速率（粗加->细加->点滴） -> 达到目标重量后瞬间停止下料 -> 记录数据并驱动转盘切换至下一个接样杯 -> 循环直至任务完成并蜂鸣提示。
项目实现
1、整体架构和设计思路
系统采用“分层解耦”的设计架构。底层硬件驱动层（BSP）负责配置时钟、GPIO、I2C/SPI总线及定时器中断；中间件层包含RTOS任务调度（或时间片轮询状态机）及数字滤波算法；应用层负责LVGL界面交互与核心业务逻辑。为保证实时性，称重采集与电机控制放在高优先级中断/任务中，UI刷新和通信放在低优先级中。
2、“我”的负责模块和结果
作为该项目的核心嵌入式开发工程师，我负责了从底层驱动跨越到应用层的全栈开发：
底层驱动开发：独立编写了高精度ADC芯片（如HX711/ADS125x）的SPI/I2C驱动，以及步进电机加减速控制驱动。
核心算法实现：针对下料过程设计了“动态称重预测算法”与分段式PID控制，将最终分样精度误差成功控制在 ±0.2g（注：此处数据请根据你们公司产品实际精度修改）以内。
应用层与UI：对接硬件接口，完成了业务状态机的编写，并开发了稳定流畅的触摸屏交互界面。
结果：该系统代码已稳定运行于公司量产产品中，经受住了实验室高强度的连续运行考验。
3、“我”遇到的难点、坑，和解决方案
难点（动态称重干扰）：设备在震荡下料时，机械高频震动会传导至称重传感器，导致ADC采样数据剧烈跳动，无法准确判断是否到达目标重量。
解决方案（软硬结合屏蔽）：在硬件端协助优化了传感器的物理减震隔绝；在软件端，我放弃了简单的平均滤波，查阅资料后引入了“滑动窗口+去极值+一阶滞后”的复合数字滤波算法，并在下料临界点采用“停震-静态采样-补偿”的策略，完美解决了震动干扰导致的重量超调问题。
难点（UI阻塞导致控制延时）：初期版本中，屏幕刷新时会偶尔导致电机步进脉冲丢失或下料关断不及时。
解决方案：重构了系统的时序架构，将UI渲染与核心控制解耦。利用硬件定时器中断产生严格的电机脉冲，保证了动作的微秒级实时性，彻底消除了界面操作对底层物理执行的干扰。
系统采用“分层解耦”的设计架构。底层硬件驱动层（BSP）负责配置时钟、GPIO、I2C/SPI总线及定时器中断；中间件层包含RTOS任务调度（或时间片轮询状态机）及数字滤波算法；应用层负责LVGL界面交互与核心业务逻辑。为保证实时性，称重采集与电机控制放在高优先级中断/任务中，UI刷新和通信放在低优先级中。
2、“我”的负责模块和结果
作为该项目的核心嵌入式开发工程师，我负责了从底层驱动跨越到应用层的全栈开发：
底层驱动开发：独立编写了高精度ADC芯片（如HX711/ADS125x）的SPI/I2C驱动，以及步进电机加减速控制驱动。
核心算法实现：针对下料过程设计了“动态称重预测算法”与分段式PID控制，将最终分样精度误差成功控制在 ±0.2g（注：此处数据请根据你们公司产品实际精度修改）以内。
应用层与UI：对接硬件接口，完成了业务状态机的编写，并开发了稳定流畅的触摸屏交互界面。
结果：该系统代码已稳定运行于公司量产产品中，经受住了实验室高强度的连续运行考验。
3、“我”遇到的难点、坑，和解决方案
难点（动态称重干扰）：设备在震荡下料时，机械高频震动会传导至称重传感器，导致ADC采样数据剧烈跳动，无法准确判断是否到达目标重量。
解决方案（软硬结合屏蔽）：在硬件端协助优化了传感器的物理减震隔绝；在软件端，我放弃了简单的平均滤波，查阅资料后引入了“滑动窗口+去极值+一阶滞后”的复合数字滤波算法，并在下料临界点采用“停震-静态采样-补偿”的策略，完美解决了震动干扰导致的重量超调问题。
难点（UI阻塞导致控制延时）：初期版本中，屏幕刷新时会偶尔导致电机步进脉冲丢失或下料关断不及时。
解决方案：重构了系统的时序架构，将UI渲染与核心控制解耦。利用硬件定时器中断产生严格的电机脉冲，保证了动作的微秒级实时性，彻底消除了界面操作对底层物理执行的干扰。
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我在作品中负责的角色：
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· 系统功能模块划分与交互流程设计
· 基于 tkinter 的图形用户界面开发
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