【正文】 020年推出，此結(jié)構(gòu)是用來(lái)滿足日漸復(fù)雜的不同性能要 求的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)所面向的領(lǐng)域，Cortex 系列可以分為 A、 R、 M 三個(gè)分工明確的系列 [1]。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示： 基于 stm32 的智能小車設(shè)計(jì) 8 圖 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 智能小車控制系統(tǒng)具備了障礙物檢測(cè)、自主避障、自主循跡等功能。尤其突出的是美國(guó)卡內(nèi)基梅隴大學(xué)機(jī)器人研究所已經(jīng)完成了 Navlab 系列的自主車輛的研究，這一研究成果代表了國(guó)外智能車輛的主要研究方向。智能小車是集成了多種高新技術(shù)，它不僅融合了 電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件 等許多學(xué)科的知識(shí)，而且還涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)，它是一個(gè)國(guó)家高科技技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。超聲波避障 。小車在運(yùn)動(dòng)時(shí)，避障程序優(yōu)先于循跡程序，用超聲波避障電路進(jìn)行測(cè)距并避障，在超聲波模塊下我們使用舵機(jī)來(lái)控制超聲波的發(fā)射方向，用紅外探測(cè)電路實(shí)現(xiàn)小車循跡功能。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 基于 stm32 的智能小車設(shè)計(jì) 4 摘要 本次試驗(yàn)主要分析了基于 STM32F103 微處理器的智能小車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提出了實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制功能、智能小車簡(jiǎn)單循跡和避障功能的軟件設(shè)計(jì)方案，并在 STM32 集成開發(fā)環(huán) 境 Keil 下編寫了相應(yīng)的控制程序，并使用mcuisp 軟件進(jìn)行程序下載。PWM。通過(guò)建立起簡(jiǎn)易智能小車的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生從理論走向?qū)嵺`，培養(yǎng)同學(xué)們的動(dòng)手能力，使同學(xué)們?cè)诹私庵悄芑娖鞯墓ぷ髟淼幕A(chǔ)上，還使同 學(xué)們獲得完成整體項(xiàng)目的能力，并掌握了Stm32 開發(fā)板的編程原理，為同學(xué)們進(jìn)入 ARM 領(lǐng)域提供了基礎(chǔ) 。 國(guó)內(nèi)研究概況：我國(guó)對(duì)于智能車輛的研究較晚，始于上世紀(jì) 80年代，而且現(xiàn)在大部分還是使用入門級(jí)別的 51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究的，為了彌補(bǔ)與國(guó)外研究的差距，開設(shè)了全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 。相應(yīng)的控制系統(tǒng)主要由以下四個(gè)模塊組成：避障模塊、循跡模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、中央處理模塊四個(gè)模塊組成，系統(tǒng)總體框架如圖 所示： 圖 系統(tǒng)框架圖 我們本節(jié)主要任務(wù)是了解各 個(gè)模塊的功能，掌握各個(gè)模塊所使用的器件的使用方法，并能夠編寫相應(yīng) 的程序代碼。 Stm32 處理器的出現(xiàn)為微控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車車身系統(tǒng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等對(duì)功耗和成本敏感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高系統(tǒng)性能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，使編程的復(fù)雜性，集高性能、低功耗、低成本大大簡(jiǎn)化，并使它們?nèi)跒橛谝惑w [2]。因此， CortexM3 處理器是由 ARM 公司設(shè)計(jì)的首款基于 ARMv7M 體系結(jié)構(gòu)的 32 位標(biāo)準(zhǔn)處理器，它不僅具有低功耗、少門數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有短中斷延遲、低調(diào)試成本等眾多優(yōu)點(diǎn)，使它在眾多的處理器中脫穎而出。本次試驗(yàn)，我們使用的是 stm32f103 處理器 。 4 個(gè)驅(qū)動(dòng)單元是：通用 DMA1，通用 DMA2，內(nèi)核 DCode 總線和系統(tǒng)總線。最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 213 所示： 圖 最小系統(tǒng)電路原理圖 主要電路原理圖的設(shè)計(jì)及功能如下所示： 系統(tǒng)時(shí)鐘電路主要作用是提供節(jié)拍，就相當(dāng)于人類的心臟跳動(dòng)，隨著心臟的跳動(dòng)，血液就會(huì)到達(dá)全身部位，所以系統(tǒng)時(shí)鐘的重要性就不言而喻啦。 電路 JTAG 電路原理圖如圖 所示： 圖 JAG 電路原理圖 JTAG 的主要功能是使目標(biāo)文件燒到核處理器中。 (x 可以是 A,B,C,D,E? 比如 GPIOA 就是端口 A) 但是，對(duì)于 stm32 這種級(jí)別的處理器，幾百個(gè)寄存器記起來(lái)談何容易。} (x 可以是 A,B,C,D,E? 比如 GPIO_A 就是端口 A) 通過(guò)使用 GPIO_ResetBits（）函數(shù)就可以直接對(duì)寄存器進(jìn)行操作啦。 其次 這個(gè)外部信號(hào) 通過(guò)編號(hào) 2 的邊沿檢測(cè)電路 ，這個(gè)邊沿檢測(cè)電路受到“上升沿選擇寄存器”、“下降沿選擇寄存器”的控制，我們可以控制這兩個(gè)寄存器來(lái)選擇中斷的觸發(fā)方式。由于我們采用的是外部信號(hào)觸發(fā)中斷 ，所以我們只需了解外部中斷的請(qǐng)求機(jī)制，對(duì)于 事件的中斷請(qǐng)求機(jī)制，我們?cè)谶@里不做介紹。 = GPIO_Mode_IPU。 =EXTI_Line1。 EXTI_Init(amp。 = 0x06。 ? 編寫中斷服務(wù)函數(shù) void EXTI1_IRQHandler(void){}主要代碼詳見(jiàn)附錄 2. stm32 定時(shí) /計(jì)數(shù)器介紹 Stm32 系列的單片機(jī)一般包含 8 個(gè)計(jì)數(shù) /定時(shí)器， TIM TIM8 分別為高級(jí)控制定時(shí)器， TIM2~TIM5 為通用定時(shí)器， TIM6 以及 TIM7 為基本定時(shí)器。 //輸入捕獲狀態(tài) u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL。 GPIO_Configuration()。 //控制舵機(jī)方向 TIM5_Cap_Init(0XFFFF,721)。 驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)及其原理 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的實(shí)物圖如圖 所示： 圖 驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的主要器件是芯片 LM293D，內(nèi)部原理圖如圖 所示： 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部原理圖 全橋式驅(qū)動(dòng)電路的 4 只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，如圖 所示， K K2為一組， K K4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必定關(guān)斷。下面我們就簡(jiǎn)單介紹下這些寄存器： 首先是預(yù)分頻寄存器（ TIMx_PSC），該寄存器可以用設(shè)置對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，然后在提供給計(jì)數(shù)器作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。因?yàn)檫@ 2個(gè)寄存器差不多，我們僅以通道 CH1 為例，介紹其中的 TIMx_CCMR1 為例，該寄存器的各位描述如下圖所示： 圖 TIMx_CCMR1/2 寄存器各位描述 這里我們只介紹該寄存器的 OCxM 位，我們就以 TIMx_CCMR1 中的 OC1M（控制通道 CH1）為例，該位功能如下圖所示： 基于 stm32 的智能小車設(shè)計(jì) 19 圖 OC1M 功能描述 我們使用的是 PWM 輸出模式，所以 OC1M 必須設(shè)置為 110/111。要想使 PWM 從 I/O 口輸出，此位必須設(shè)置為 1。 使能 GPIO 和端口復(fù)用功能時(shí)鐘。在開啟了 TIM3 的時(shí)鐘之后，我們要設(shè)置 PSC 和 ARR 寄存器的值來(lái)控制 PWM 的輸出周期。 =TIM_CounterMode_Up。在庫(kù)函數(shù)中 PWM 通道設(shè)置是通過(guò) TIM_OC1Init~TIM_OC4Init 來(lái)設(shè)置的，這里我們需要 3 路 PWM 輸出，所以 我們需要使用函數(shù) TIM_OC1Init、TIM_OC2Init、 TIM_OC3Init。 = TIM_OCPolarity_High。TIM_OCInitStructure)。完成以上配置后，我們要使能定時(shí)器 TIM3。 我們可以知道，通過(guò)定時(shí)器 3 控制 PWM 波的占空比，從而實(shí)現(xiàn)速度方面的控制。我們僅介紹如何通過(guò)庫(kù)函數(shù)進(jìn)行端口配置。 = GPIO_Speed_50MHz。PD8 置 1 GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8)。而對(duì)智能小車來(lái)說(shuō)，避障模塊之于小車就相當(dāng)于眼睛之于人類。 在使用 HCSR04 模塊進(jìn)行超聲波測(cè)距的同時(shí) ，我們可以使用舵機(jī)進(jìn)行輔助。 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊由一個(gè)超聲波發(fā)射器、一個(gè)超聲波接收器和控制電路組成，避障模塊的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 實(shí)物正反面結(jié)構(gòu)圖 如結(jié)構(gòu)圖所示 VCC 提供 5v 電源， GND 為接地線， TRIG 為觸發(fā)信號(hào)線， ECHO為回向信號(hào)輸出線。為了防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回向信號(hào)的影響，我們的測(cè)量周期不易過(guò)小。舵機(jī)的實(shí)物圖如圖 所示： 圖 舵機(jī)實(shí)物圖 舵機(jī)的工作工作原理是 stm32 微處理器發(fā)出數(shù)據(jù)給舵機(jī)，舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，它會(huì)產(chǎn)生周期為 20ms，寬度為 的基準(zhǔn)信號(hào)，它將微處理器傳輸?shù)闹绷髌秒妷号c電位器的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，獲得電壓差輸出。 角度與脈寬的對(duì)應(yīng)圖如圖 所示： 基于 stm32 的智能小車設(shè)計(jì) 24 圖 舵機(jī)角度與脈寬對(duì)應(yīng)圖 HCSR04 模塊硬件電路設(shè)計(jì) 超聲波模塊硬件原理 圖如下圖所示： 圖 超聲波硬件原理圖 HCSR04 模塊主要由發(fā)射器、接收器和部分電路組成。 由于配置定時(shí)器中斷模式十分簡(jiǎn)單，我們就不在詳細(xì)介紹，其詳細(xì)代碼見(jiàn)附錄 4.定時(shí)器 TIM2 的中斷周期計(jì)算公式為 T=((arr+1)*(psc+1))/Tclk。 GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7)。 輸入捕獲的原理，簡(jiǎn)單的講就是通過(guò)檢測(cè) TIM5（定時(shí)器）通道 CH1 的邊沿信號(hào)，當(dāng)邊沿信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)前寄存器的值 TIM1_CNT 存放到通道的捕獲 /比較寄存器（ TIM5_CCR1）里面。 TIM5_PSC、 TIM5_ARR、 TIM5_CCR1 這 3個(gè)寄存器用法與前節(jié)中相同，我們就不在贅述，而在本實(shí)驗(yàn)中，捕獲 /比較寄存器 TIM5_CCMR1 非常重要，該寄存器的各位描述如下圖所示： 基于 stm32 的智能小車設(shè)計(jì) 27 圖 TIMx_CCMR1 各位描述 我們使用的是 TIM5 捕獲 /比較通道 CH1，所以圖中只介紹 [7:0]位。 然后，我們?cè)倏纯纯刂萍拇嫫?TIMx_CR1，我們只用到了最低位，所以我們僅介紹位 0 的功能， TIMx_CR1 寄存器各位描述及位 0 功能描述如下如所示： 圖 TIMx_CR1 寄存器各位描述及位 0 功能描述 我們要使能計(jì)數(shù)器，所以位 0 設(shè)置為 1。 ? 初始化 TIM5，設(shè)置 TIM5 的 psc 和 arr?；?stm32 的智能小車設(shè)計(jì) 29 = TIM_CounterMode_Up。 =TIM_Channel_1。 = 0x00。 TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE)。 = ENABLE。 我們知道了如何設(shè)置 TIM5 的 CH1 為輸入捕獲模式，我們是在 TIM5 的中斷服務(wù)函數(shù)中采集持續(xù)時(shí)間 t 的， TIM5CH1_CAPTURE_STA 為輸入捕獲狀態(tài)，TIM5CH1_CAPTURE_VAL 為輸入捕獲值， 中斷服務(wù)函數(shù)如下所示 : if((TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。//標(biāo)記成功捕獲了一次 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF。 //標(biāo)記成功捕獲到一次上升沿 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5)。 TIM_SetCounter(TIM5,0)。0X80)//成功捕獲到了一次上升沿 { temp=TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。//得到總的高電平時(shí)間 TIM_Cmd(TIM2, DISABLE)。 if(t==1) { Midstate=temp。 //舵機(jī)左轉(zhuǎn) } if(t==3) {t=0。}} else { if(flag==0){farward_Low()。 rotate_Left()。 } TIM_Cmd(TIM2, ENABLE)。循跡模塊 的設(shè)計(jì)就是使小車能準(zhǔn)確的識(shí)別黑帶的軌跡。要做到 4 路循跡，需要使用 4 個(gè)獨(dú)立的紅外探測(cè)器器件。我們知道 IR 探測(cè)器是由紅外發(fā)射管、紅外接收管和部分電路組成。 因此 可以通過(guò)調(diào)節(jié) R2 的電阻值，改變比較電壓的大小即“ —”端電壓的大小，從而控制探測(cè)的距離。但是， 在提升電路的處理速度的同時(shí)，帶來(lái)的缺點(diǎn)就是分辨率降低，因?yàn)橹灰?du 附近輸出的電壓值就不會(huì)改變。 編寫中斷服務(wù)函數(shù) 我們?cè)谥袛喑跏蓟?，就需要寫中斷服?wù)函數(shù)啦，我們就以 PE1 為例，當(dāng)PE1的值發(fā)生變化時(shí)，我們就進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，在中斷服務(wù)函數(shù)中判斷紅外探基于 stm32 的智能小車設(shè)計(jì) 35 測(cè)器是否在黑帶上方，如果在，此時(shí)我們需要使小車向