基于STM32的智能循跡小車的設計

1、燕山大學課程設計說明書燕山大學課 程 設 計 說 明 書題目：基于STM32的智能循跡小車的設計學院（系）： 理學院 年級專業(yè)： 12級智能傳感器 學 號： 120108040006 學生姓名： 賀紅紅 指導教師： 杜會靜 徐超 教師職稱： 副教授 講師 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）： 理學院 基層教學單位：12級智能傳感器 學 號120108040006學生姓名賀紅紅專業(yè)（班級）12級智能傳感器設計題目基于STM32的智能循跡小車的設計設計技術(shù)參數(shù) 設計參數(shù)： 以SMT32作為主控制器，由紅外傳感器作為檢測工具，兩者相輔相成，控制電機電機轉(zhuǎn)動。 設計要求1. 按要求組裝好小車，編寫

2、程序，使得小車按下按鍵后停兩秒自啟，并沿著黑膠帶行駛，到達終點線后停止。2. 在滿足1的條件下，調(diào)試小車，使小車走的快而穩(wěn)。工作量 15個工作日 平均每個工作日約8小時工作計劃 2015/6/27-2015/7/1 焊接STM32開發(fā)板，組裝小車。2015/7/2-2014/7/10 學習STM 32開發(fā)板的使用，進行編程練習。調(diào)試小車2015/7/11 課設結(jié)題答辯。參考資料1控制電機 楊渝欽2 STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐王詠虹 徐煒 郝立平3Cortex-M3嵌入式處理器原理與應用范書瑞4 電子元器件與實用電路基礎(chǔ)韓廣興指導教師簽字基層教學單位主任

3、字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。年 月 日 基于STM32的智能循跡小車的設計賀紅紅 理學院12級智能傳感器摘要：主要分析了基于STM32的小車控制系統(tǒng)的設計過程，此系統(tǒng)主要包括STM32控制器、按鍵控制電路、電機驅(qū)動電路、紅外探測電路等。以STM32為主控芯片及其外圍擴展電路實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能，用紅外探測電路實現(xiàn)小車循跡功能，小車速度由PWM波控制，控制電動小車的速度及轉(zhuǎn)向，從而使小車順利通過直線，虛線，十字路口，S彎，實現(xiàn)循跡功能。在硬件設計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了電機控制功能，LED顯示功能，以及小車簡單循跡的軟件設計方案。關(guān)鍵字： STM32 電機 傳感器 PWM

4、KEILDesign of intelligent tracking car based on STM32 Abstract:. Mainly analyzes the design process of the car control system based on STM32, this system mainly includes the STM32 controller, button control circuit, motor drive circuit, infrared detection circuit, etc. STM32 as main control chip and

5、 extend the peripheral circuit to realize the whole system function, the function of infrared detection circuit is used to implement the car tracking, vehicle speed is controlled by a PWM wave, control the speed of the electric car and steering, which makes the car pass straight line, dotted line, i

6、ntersection, S bending, realize the tracking function. On the basis of the hardware design to realize the function of motor control, LED display function, and software design scheme of simple car tracking.Keywords:STM32、 The motor、 The sensor、 PWM、 KEIL.學習目的 1. 學習STM32工作原理及使用方法； 2. 學習計算機程序設計； 3. 學習編

7、程并掌握軟件調(diào)試。二二二二二二年三月六日學習軟件Keil uVision、串口獵人學習任務學會利用STM32和紅外線傳感器設計智能循跡小車一、 引言智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是許多高新技術(shù)綜合集成的載體。它體現(xiàn)了車輛工程、人工智能、自動控制及計算機技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，是未來汽車發(fā)展的趨勢。本文提出了一個基于STM32芯片為控制核心，附以紅外傳感器采集外界信息的智能小車系統(tǒng)設計方案。充分利用該芯片高速運算、處理能力，來實現(xiàn)小車自動識別路線按跡行走，自帶的PWM輸出功能，調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。通過模糊控制和PWM脈寬調(diào)制技術(shù)的結(jié)合，提高了對車位置控制精度。智能循跡小車組裝組裝

8、步驟：一、 第一步：電路部分基本焊接二、 電路焊接部分比較簡單，焊接順序按照元件高度從低到高的原則，首先焊接8個電阻，焊接時可用萬用表確認阻值是否正確，焊接有極性的元件如三極管、LED指示燈、電解電容、芯片務必分清楚極性盡量參考圖片的元件方向焊接，焊接時間不能太長否則容易焊壞。初步焊接完成后請務必細心核對，防止粗三、 提供的小車元器件有小車主板，電機，STM32芯片，紅外傳感器，電池插座，螺絲螺母，電池，車輪，排線等。按照說明書及圖片安裝小車，其中有一點與說明書不同：按照正常把電機與車輪裝在主板上，但是此時，小車前排傳感器與電機和車輪較近，這對反應時間有很大的影響，這時我們就會把電機反過來裝，

9、這樣距離較遠，調(diào)整反應時間，小車會走的相對較穩(wěn)。組裝好的小車如下圖所示：圖 1.小車正反面二、 傳感器檢測模塊 小車上裝有紅外傳感器，當小車在地面行走時，黑膠帶地面對光的反射程度不一樣，根據(jù)反射光的強弱分辨出是地板還是黑膠帶。黑膠帶檢測是小車研究中重要的一部分，紅外傳感器相當于小車的眼睛，其探測視角小，方向性強，只對紅外線具有較高靈敏度，從而避免了外界光線的干擾；跑道黑帶能夠吸收紅外線，而白色跑道能夠反射紅外線，從而檢測到跑道黑帶。因而選用紅外傳感器作為小車探測器。圖 2.小車檢測電路 紅外傳感器由我們自己焊接完成，其電路如下所示： +vccInc 發(fā)射器 接受器 GND 圖3.紅外傳感電路

10、三、 控制器模塊 系統(tǒng)采用STM32芯片作為循跡小車的中央控制器，完成傳感器信息收集、電機控制、外部擴展等功能。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，ST

11、M32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當于0.5mA/MHz。本系統(tǒng)的核心控制板是STM32F103的最小系統(tǒng)，它由電源電路、實時時鐘、系統(tǒng)時鐘電路、JTAG接口電路、復位電路、按鍵電路、串口電路等組成。STM32如下圖所示：圖 3 STM32芯片圖 小車前方裝有五個自制的紅外傳感器，當紅外傳感器檢測到地面黑線時，將該信號發(fā)送到STM32芯片，STM32芯片通過控制電機來控制輪子的轉(zhuǎn)速，從而使小車實現(xiàn)直走、轉(zhuǎn)彎、停止等功能。這樣就達到了小車循跡的目的。四、 電機模塊 電機是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，或者將一種形式的電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的電能。電動機是將

12、電能轉(zhuǎn)換為機械能（俗稱馬達），發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)換為電能。電動機在電路中用字母“M”（舊標準用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源,我們這次使用的是L9110電機，L9110 是為控制和驅(qū)動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電 路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。該芯片有兩個 TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反向運動，它具有 較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過 800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達 1.5A；同時它 具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感

13、性負載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動 繼電器、直流電機、步進電機或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。L9110 被廣泛應用于玩具汽 車電機驅(qū)動、脈沖電磁閥門驅(qū)動，步進電機驅(qū)動和開關(guān)功率管等電路上。下圖分別為電路圖。 圖 4 L9110電機電路圖五、 軟件編程設計 先分析工作原理和工作要求，利用小車前方的五個紅外傳感器探測到黑線，然后把信號發(fā)送到STM32芯片，STM32芯片通過控制電機來控制輪子的轉(zhuǎn)速，從而使小車實現(xiàn)直走、轉(zhuǎn)彎、停止等功能。這樣就達到了小車循跡的目的。在這次小車的設計中，要求小車在起點時2秒自起，依次通過轉(zhuǎn)彎，直行，虛線，十字路口，S彎。分析完要求后，可按照要求編寫對應程序，六、 總結(jié)

14、在這為期15天的課程設計中，雖然時間很短，但學到的東西有很多，感觸也不少。首先，同為大三學生，別人卻對這方面很有研究，能給我們教授知識，令人佩服，這也激發(fā)了大家的斗志。給大家很大的鼓勵。另外在這次課設中學到的不僅是課本上的知識，更提高了我們的實踐能力。包括焊接、貼片、組裝小車等，這些在平時學習跟生活中學不到的東西，讓這次課設變得更為生動有趣。除此之外，整個課設過程中，大家一起努力，大大地提高了自己的動手能力。雖然課設時間很緊，很忙碌，但這種充實感代替了疲憊感。學到了很多東西，增強了動手能力。七、 參考資料 1控制電機 楊渝欽2 STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐王詠虹

15、徐煒 郝立平3Cortex-M3嵌入式處理器原理與應用范書瑞4 電子元器件與實用電路基礎(chǔ)韓廣興八、 附錄 void car_stay(void) /小車停止速度left_pwm=0; right_pwm=0; leftb_pwm=0;rightb_pwm=0;void go_stright(void) /小車直行速度left_pwm=40; right_pwm=40;leftb_pwm=0;rightb_pwm=0;void go_stright_slow(void) /小車慢直行速度left_pwm=30; right_pwm=30; leftb_pwm=0;rightb_pwm=

16、0;void turn_left_slow(void) /左轉(zhuǎn)大彎速度left_pwm=20; right_pwm=27;leftb_pwm=0;rightb_pwm=0;void turn_right_slow(void) /右轉(zhuǎn)大彎速度left_pwm=27; right_pwm=20;leftb_pwm=0;rightb_pwm=0;void turn_left_quick(void) /左小彎速度left_pwm=5; right_pwm=20;leftb_pwm=0;rightb_pwm=0;void turn_right_quick(void) /右小彎速度left_pwm=20;

17、 right_pwm=5;leftb_pwm=0;rightb_pwm=0;void turn_back(void) /后退速度left_pwm=0; right_pwm=0; leftb_pwm=10;rightb_pwm=10;2.本次設計主程序/*Name:main.c*Discribe :*Libery edition:ST3.5.0*Writer :FS*/#include "stm32f10x.h"#include "PWM.h"#include "key.h"#include "gpio.h"#inc

18、lude "xunji.h"#include "time.h"/* * º¯ÊýÃû£ºmain * ÃèÊö £ºÖ÷º¯Êý * ÊäÈë £ºÎÞ * Êä³ö £ºÎÞ */ uint8_t

19、left1,left2,mid,right1,right2; uint16_t left_pwm=0,right_pwm=0,leftb_pwm=0,rightb_pwm=0; uint16_t time=0,final_stay_time=0; uint32_t delay_time1=0x31450,delay_time2=0x31450;/10£¬100ms void Delay_2s(void); void delay_(_IO u32 nCount); void final_stay(void);int main(void)KEY_GPIO_Config();TI

20、M4_PWM_Init();Infrared_GPIO_Config();TIM2_NVIC_Configuration();TIM2_Configuration();while(1)if(Key_Scan(GPIOC,GPIO_Pin_1)=KEY_ON)Delay_2s();TIM4->CCR1=20; /左輪占空比改變寄存器操作TIM4->CCR3=20; /右輪占空比改變寄存器操作break;while (1) left2=rd_left2;left1=rd_left1;mid=rd_mid;right1=rd_right1;right2=rd_right2;TIM4-&g

21、t;CCR1=left_pwm; /左輪占空比改變寄存器操作TIM4->CCR3=right_pwm; /右輪占空比改變寄存器操作if(mid )go_stright();elseif(left1)turn_left_slow();else if(left2)turn_left_quick();else if(right1)turn_right_slow();else if(right2)turn_right_quick();else if(left2=1 && left1=1 && right1=1 && right2=1)go_stright_slow();/11011else if(left2=1 && left1=0 && right1=1 && right2=