【RA-Eco-RA6M4开发板评测】基于 RA6M4 MCU的工业生产线安全监测系统项目介绍

一、项目背景与应用场景

本项目以工业自动化装配生产线为目标场景，针对生产线中“机械臂 -工件”“工件 -人员” 的安全距离监测需求，依托 RA6M4MCU 构建综合监测系统。该场景下，需实时完成三项核心任务：一是通过光敏传感器采集生产线环境光强（适配ADC功能），保障照明条件符合操作规范；二是驱动超声波模块（HC-SR04/JSN-SR04T）监测机械臂与工件的距离（适配定时器、ADC综合应用），避免碰撞；三是将距离数据、光强数据通过串口上传至上位机（适配UART/SCI），同时通过DAC输出波形控制警示灯亮度，最终为生产线安全检测功能提供硬件与软件验证基础。

二、项目组成

项目核心围绕

RA6M4 MCU的五大功能模块展开，各模块职责与测评目标对应如下：

ADC信号采集模块：连接光敏传感器，完成 12位单通道采样，输出光强数据至串口 /LCD，目标精度≥11位、速率≥100KSPS；

DAC 波形输出模块 ：生成正弦 /三角波，控制警示灯亮度，通过示波器验证失真率，目标频率≥10kHz、THD＜1%；

多路串口通信模块 ：移植Modbus 协议，实现MCU与上位机的双向通信，目标波特率≥1Mbps、误码率＜10⁻⁶；

高精度定时器模块 ：通过GPT 生成PWM驱动机械臂辅助电机，通过 AGT实现超声波回波的输入捕获，目标分辨率≤1μs、误差＜0.1%；

超声波测距综合模块 ：整合定时器（触发捕获）与ADC（数据辅助校准），实现10~1000cm测距，经滑动滤波后精度达 ±1cm、刷新率≥10Hz。

三、开发环境准备

软件工具链 ：IDE采用 e²studio（版本 V2024.04）搭配RenesasFSP（V4.5.0），支持MCU外设可视化配置；调试器使用板载J-Link，实现代码烧录与实时调试；

核心库与协议 ：基于FSP HAL 库开发ADC/DAC/UART/TIM驱动，移植 nanoMODBUS库实现串口协议解析，借助 GitCode搭建代码仓库管理工程；

可视化工具 ：采用串口虚拟示波器（https://github.com/CieNTi/serial_port_plotter），实时显示ADC采样数据与超声波测距结果，辅助性能分析。

四、软硬件准备

1.LCD

参考Arduino 进行连接，找到开发板原理图标记相应引脚

2.光敏传感器

3.HC-SR04超声传感器

最终的电路连接如下

（二）软件准备

基础工程：通过FSP 配置ADC（单通道、12位分辨率）、DAC（波形生成模式）、UART（波特率1Mbps）、GPT/AGT定时器（分辨率 1μs）；

功能代码：ADC采样中断服务函数、DAC波形数据生成函数、Modbus协议帧解析 /封装函数、定时器 PWM生成与输入捕获函数、滑动滤波算法（5点滑动平均）；

测试脚本：上位机串口大数据量传输测试脚本（发送10万帧数据统计误码）、超声波测距精度对比脚本（记录10~1000cm各距离误差）。

五、测试环境

模块测试环境 ：ADC测试（光敏传感器 +LCD，暗箱 /强光环境模拟光强变化）、DAC测试（示波器直接连接 DAC输出引脚，观测 THD与频率）、串口测试（PC通过 USB转串口连接 MCU，用Modbus工具发送大数据包）、定时器测试（示波器测PWM输出占空比误差，信号发生器输入标准脉冲测捕获精度）；

综合测试环境 ：模拟生产线场景，将RA6M4开发板、超声波模块（安装于机械臂旁）、上位机串联，机械臂带动工件在10~1000cm范围内移动，记录测距精度、刷新率及串口数据稳定性。

六、系统框图与程序流程图

（一）系统框架

（二）超声波测距程序流程图