【正文】 020年推出，此結構是用來滿足日漸復雜的不同性能要 求的軟件設計，根據所面向的領域，Cortex 系列可以分為 A、 R、 M 三個分工明確的系列 [1]。實驗系統(tǒng)結構如圖 所示： 基于 stm32 的智能小車設計 8 圖 實驗系統(tǒng)結構圖 智能小車控制系統(tǒng)具備了障礙物檢測、自主避障、自主循跡等功能。尤其突出的是美國卡內基梅隴大學機器人研究所已經完成了 Navlab 系列的自主車輛的研究，這一研究成果代表了國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，它不僅融合了 電子、傳感器、計算機硬件、軟件 等許多學科的知識，而且還涉及到當今許多前沿領域的技術，它是一個國家高科技技術水平的重要體現。超聲波避障 。小車在運動時，避障程序優(yōu)先于循跡程序，用超聲波避障電路進行測距并避障，在超聲波模塊下我們使用舵機來控制超聲波的發(fā)射方向，用紅外探測電路實現小車循跡功能。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 涉密論文按學校規(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，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 基于 stm32 的智能小車設計 4 摘要 本次試驗主要分析了基于 STM32F103 微處理器的智能小車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計過程。在硬件設計的基礎上提出了實現電機控制功能、智能小車簡單循跡和避障功能的軟件設計方案，并在 STM32 集成開發(fā)環(huán) 境 Keil 下編寫了相應的控制程序，并使用mcuisp 軟件進行程序下載。PWM。通過建立起簡易智能小車的設計，引導學生從理論走向實踐，培養(yǎng)同學們的動手能力，使同學們在了解智能化電器的工作原理的基礎上，還使同 學們獲得完成整體項目的能力，并掌握了Stm32 開發(fā)板的編程原理，為同學們進入 ARM 領域提供了基礎 。 國內研究概況：我國對于智能車輛的研究較晚，始于上世紀 80年代，而且現在大部分還是使用入門級別的 51單片機進行設計與研究的，為了彌補與國外研究的差距，開設了全國大學生電子設計競賽 。相應的控制系統(tǒng)主要由以下四個模塊組成：避障模塊、循跡模塊、電機驅動模塊、中央處理模塊四個模塊組成，系統(tǒng)總體框架如圖 所示： 圖 系統(tǒng)框架圖 我們本節(jié)主要任務是了解各 個模塊的功能，掌握各個模塊所使用的器件的使用方法，并能夠編寫相應 的程序代碼。 Stm32 處理器的出現為微控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車車身系統(tǒng)和無線網絡等對功耗和成本敏感的嵌入式應用領域實現高系統(tǒng)性能系統(tǒng)提供了基礎，使編程的復雜性，集高性能、低功耗、低成本大大簡化，并使它們融為于一體 [2]。因此， CortexM3 處理器是由 ARM 公司設計的首款基于 ARMv7M 體系結構的 32 位標準處理器，它不僅具有低功耗、少門數等優(yōu)點，而且還具有短中斷延遲、低調試成本等眾多優(yōu)點，使它在眾多的處理器中脫穎而出。本次試驗，我們使用的是 stm32f103 處理器 。 4 個驅動單元是：通用 DMA1，通用 DMA2，內核 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計及功能如下所示： 系統(tǒng)時鐘電路主要作用是提供節(jié)拍，就相當于人類的心臟跳動，隨著心臟的跳動，血液就會到達全身部位，所以系統(tǒng)時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，對于 stm32 這種級別的處理器，幾百個寄存器記起來談何容易。} (x 可以是 A,B,C,D,E? 比如 GPIO_A 就是端口 A) 通過使用 GPIO_ResetBits（）函數就可以直接對寄存器進行操作啦。 其次 這個外部信號 通過編號 2 的邊沿檢測電路 ，這個邊沿檢測電路受到“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寄存器來選擇中斷的觸發(fā)方式。由于我們采用的是外部信號觸發(fā)中斷 ，所以我們只需了解外部中斷的請求機制，對于 事件的中斷請求機制，我們在這里不做介紹。 = GPIO_Mode_IPU。 =EXTI_Line1。 EXTI_Init(amp。 = 0x06。 ? 編寫中斷服務函數 void EXTI1_IRQHandler(void){}主要代碼詳見附錄 2. stm32 定時 /計數器介紹 Stm32 系列的單片機一般包含 8 個計數 /定時器， TIM TIM8 分別為高級控制定時器， TIM2~TIM5 為通用定時器， TIM6 以及 TIM7 為基本定時器。 //輸入捕獲狀態(tài) u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL。 GPIO_Configuration()。 //控制舵機方向 TIM5_Cap_Init(0XFFFF,721)。 驅動模塊結構及其原理 電機驅動模塊的實物圖如圖 所示： 圖 驅動電路實物圖 電機驅動模塊的主要器件是芯片 LM293D，內部原理圖如圖 所示： 圖 電機驅動內部原理圖 全橋式驅動電路的 4 只開關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，一組導通則另一組必定關斷。下面我們就簡單介紹下這些寄存器： 首先是預分頻寄存器（ TIMx_PSC），該寄存器可以用設置對時鐘進行分頻，然后在提供給計數器作為計數器的時鐘。因為這 2個寄存器差不多，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 的智能小車設計 19 圖 OC1M 功能描述 我們使用的是 PWM 輸出模式，所以 OC1M 必須設置為 110/111。要想使 PWM 從 I/O 口輸出，此位必須設置為 1。 使能 GPIO 和端口復用功能時鐘。在開啟了 TIM3 的時鐘之后，我們要設置 PSC 和 ARR 寄存器的值來控制 PWM 的輸出周期。 =TIM_CounterMode_Up。在庫函數中 PWM 通道設置是通過 TIM_OC1Init~TIM_OC4Init 來設置的，這里我們需要 3 路 PWM 輸出，所以 我們需要使用函數 TIM_OC1Init、TIM_OC2Init、 TIM_OC3Init。 = TIM_OCPolarity_High。TIM_OCInitStructure)。完成以上配置后，我們要使能定時器 TIM3。 我們可以知道，通過定時器 3 控制 PWM 波的占空比，從而實現速度方面的控制。我們僅介紹如何通過庫函數進行端口配置。 = GPIO_Speed_50MHz。PD8 置 1 GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8)。而對智能小車來說，避障模塊之于小車就相當于眼睛之于人類。 在使用 HCSR04 模塊進行超聲波測距的同時 ，我們可以使用舵機進行輔助。 HCSR04 超聲波測距模塊由一個超聲波發(fā)射器、一個超聲波接收器和控制電路組成，避障模塊的實物結構圖如圖 所示： 圖 實物正反面結構圖 如結構圖所示 VCC 提供 5v 電源， GND 為接地線， TRIG 為觸發(fā)信號線， ECHO為回向信號輸出線。為了防止發(fā)射信號對回向信號的影響，我們的測量周期不易過小。舵機的實物圖如圖 所示： 圖 舵機實物圖 舵機的工作工作原理是 stm32 微處理器發(fā)出數據給舵機，舵機內部有一個基準電路，它會產生周期為 20ms，寬度為 的基準信號，它將微處理器傳輸的直流偏置電壓與電位器的電壓數據進行比較，獲得電壓差輸出。 角度與脈寬的對應圖如圖 所示： 基于 stm32 的智能小車設計 24 圖 舵機角度與脈寬對應圖 HCSR04 模塊硬件電路設計 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。 由于配置定時器中斷模式十分簡單，我們就不在詳細介紹，其詳細代碼見附錄 4.定時器 TIM2 的中斷周期計算公式為 T=((arr+1)*(psc+1))/Tclk。 GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7)。 輸入捕獲的原理，簡單的講就是通過檢測 TIM5（定時器）通道 CH1 的邊沿信號，當邊沿信號發(fā)生變化時，當前寄存器的值 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個寄存器用法與前節(jié)中相同，我們就不在贅述，而在本實驗中，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 的智能小車設計 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，我們再看看控制寄存器 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 我們要使能計數器，所以位 0 設置為 1。 ? 初始化 TIM5，設置 TIM5 的 psc 和 arr?；?stm32 的智能小車設計 29 = TIM_CounterMode_Up。 =TIM_Channel_1。 = 0x00。 TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE)。 = ENABLE。 我們知道了如何設置 TIM5 的 CH1 為輸入捕獲模式，我們是在 TIM5 的中斷服務函數中采集持續(xù)時間 t 的， TIM5CH1_CAPTURE_STA 為輸入捕獲狀態(tài)，TIM5CH1_CAPTURE_VAL 為輸入捕獲值， 中斷服務函數如下所示 : if((TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。//標記成功捕獲了一次 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF。 //標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。//得到總的高電平時間 TIM_Cmd(TIM2, DISABLE)。 if(t==1) { Midstate=temp。 //舵機左轉 } if(t==3) {t=0。}} else { if(flag==0){farward_Low()。 rotate_Left()。 } TIM_Cmd(TIM2, ENABLE)。循跡模塊 的設計就是使小車能準確的識別黑帶的軌跡。要做到 4 路循跡，需要使用 4 個獨立的紅外探測器器件。我們知道 IR 探測器是由紅外發(fā)射管、紅外接收管和部分電路組成。 因此 可以通過調節(jié) R2 的電阻值，改變比較電壓的大小即“ —”端電壓的大小，從而控制探測的距離。但是， 在提升電路的處理速度的同時，帶來的缺點就是分辨率降低，因為只要在 du 附近輸出的電壓值就不會改變。 編寫中斷服務函數 我們在中斷初始化之后，就需要寫中斷服務函數啦，我們就以 PE1 為例，當PE1的值發(fā)生變化時，我們就進入中斷服務函數，在中斷服務函數中判斷紅外探基于 stm32 的智能小車設計 35 測器是否在黑帶上方，如果在，此時我們需要使小車向