【正文】 。 /*設(shè)置引腳速率為50MHz */ = GPIO_Speed_50MHz。原地左轉(zhuǎn)：左輪向后轉(zhuǎn)，右輪向前原地右轉(zhuǎn)：左輪向前轉(zhuǎn)，右輪向后向左偏轉(zhuǎn)，左右輪轉(zhuǎn)速比為2：5向右偏轉(zhuǎn)，左右輪轉(zhuǎn)速比為5：2 驅(qū)動(dòng)模塊程序流程框圖具體程序如下所示：/******************************************************************************** * 文件名 ： * 描述 ：直流電機(jī) L298N 驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù) * 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：emouse STM32競(jìng)賽平臺(tái) * 硬件連接： * | L298N硬件連接： | * | PC6 IN1（右電機(jī)） | * | PC7 IN2 | * | PC8 IN3 (左電機(jī)) | * | PC9 IN4 | * | PA8 ENA (右電機(jī)PWM) | * | (TIM1CH1) | * | PA9 ENB (左電機(jī)PWM) | * | (TIM1CH2) | * || * | 測(cè)速傳感器接口： | * | PB8 SL (左電機(jī)測(cè)速) | * | (TIM4CH3) | * | PB9 SR (右電機(jī)測(cè)速) | * | (TIM4CH4) | * * 庫(kù)版本 ： * 時(shí)間 ：13/06/26 * 作者 ：溫世波**********************************************************************************/include /************************************************ 電機(jī)模塊初始化配置*************************************************//* * 函數(shù)名：Motor_GPIO_Config * 描述 : 電機(jī)模塊IO端口配置 * * 輸入 ：無(wú) * 輸出 ：無(wú) * 調(diào)用 ：內(nèi)部調(diào)用 */static void Motor_GPIO_Config (void){ /*定義一個(gè)GPIO_InitTypeDef類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體*/ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure。 L298N控制電機(jī)功能表輸入電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行標(biāo)志Ven（6腳、11腳）C（5腳、10腳）D（7腳、12腳）HHL正轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)LH反轉(zhuǎn)00停止電機(jī)制動(dòng)11停止L停止電機(jī)未受控制本次畢業(yè)設(shè)計(jì)利用電腦鼠自帶芯片的PWM模塊產(chǎn)生PWM信號(hào)（含占空比調(diào)整）實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的電腦鼠配備的是直流電機(jī)，而基于標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器的PWM是目前調(diào)控直流電機(jī)的典型模塊。防止與墻壁碰撞。0x14) TurnRight(2)。 break。 break。 } case 0x08://L F 如果左方和前方均有墻壁（轉(zhuǎn)彎），如果距離較遠(yuǎn)，向右調(diào)整，反之向右轉(zhuǎn)。 else MoveRight(3)。 break。0x04)/*判斷前方的墻距離是否較近，如果是，離墻距離遠(yuǎn)向左慢速轉(zhuǎn)大彎，否則距離墻較近，向左快速轉(zhuǎn)小彎*/ MoveLeft(3)?；诖私M信號(hào)，主控制模塊做出路徑?jīng)Q策判定。（1）主要是電腦鼠運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的調(diào)整和在岔路口路徑?jīng)Q策的判定等功能的基本應(yīng)用。測(cè)試使用的迷宮為單迷宮，且迷宮包含擋板、方柱（擋板連接）、地板。 碼盤(pán)轉(zhuǎn)一圈記錄車(chē)輪行進(jìn)距離（l）根據(jù)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)（n）計(jì)算迷宮鼠行進(jìn)距離（L） L=n*l/圈 碼盤(pán)示意圖 測(cè)試賽道 本次畢設(shè)所使用的賽道是依據(jù)“IEEE 標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”競(jìng)賽規(guī)則（）而設(shè)計(jì)的測(cè)試迷宮。利用5個(gè)傳感器檢測(cè)電路完成對(duì)行進(jìn)方向擋板的檢測(cè)，獲得迷宮墻壁信息。相對(duì)地，直流電機(jī)可以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等功能且具有較高的過(guò)負(fù)載能力和較大的速度調(diào)節(jié)范圍，有利于電腦鼠在此次研究環(huán)境下的任務(wù)執(zhí)行。而且步進(jìn)電機(jī)在執(zhí)行點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng)命令時(shí)（假設(shè)為直線），需要經(jīng)過(guò)提速、恒速、減速的過(guò)程。此外，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的精度與步進(jìn)電機(jī)的步距精度、直流電機(jī)的線性度、矢步振蕩直接相關(guān)。CPU 輸出脈沖控制。高轉(zhuǎn)速難以獲得，效率低，耗電大。目前，步進(jìn)電機(jī)和普通直流電機(jī)是使用最為廣泛的兩種驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 電腦鼠MCU電路原理圖 電機(jī)選擇與分析本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的電腦鼠驅(qū)動(dòng)模塊使用的是基于脈寬調(diào)制的集成電路芯片L298N，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制兩個(gè)直流電機(jī)。外設(shè)為DMA、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制PWM、PDR等。STM32F103R8T6核心使用的是ARMamp。本次畢設(shè)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是基于ARM公司發(fā)布的RealView MDK開(kāi)發(fā)工具中集成的Keil uVision4。電腦鼠系統(tǒng)可以劃分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。面向局部的迷宮搜尋策略可以迅速解決目標(biāo)搜尋任務(wù)，具有時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)。 迷宮問(wèn)題的搜尋策略上述的搜尋準(zhǔn)則解決的是電腦鼠在迷宮行進(jìn)中微觀的最優(yōu)決策問(wèn)題，即保證目標(biāo)地點(diǎn)的成功抵達(dá)，而搜尋策略（或稱(chēng)搜尋模式[1, 18, 19]）則解決的是迷宮墻壁記憶、等高線繪制、最短路徑等問(wèn)題。（5）亂序準(zhǔn)則：或稱(chēng)亂數(shù)準(zhǔn)則，在迷宮中行進(jìn)的電腦鼠面對(duì)兩種以上選擇方向時(shí)，以隨機(jī)值（隨機(jī)方向）作為下一步的行進(jìn)方向。目前常用的搜尋準(zhǔn)則如下所示[1, 4, 12, 15, 16]：（1）左手準(zhǔn)則：在迷宮中行進(jìn)的電腦鼠面對(duì)兩種以上選擇方向時(shí)，優(yōu)先選擇向左行進(jìn)，其次選擇向前行進(jìn)，最后選擇向右行進(jìn)?；谠撍枷?，將迷宮格柵（擋板）表征為數(shù)值“1”，迷宮空格表征為數(shù)值“0”，據(jù)此可以利用一個(gè)二值的二維矩陣表征迷宮，即將迷宮進(jìn)行數(shù)學(xué)化的抽象描述。由于設(shè)計(jì)中“連續(xù)轉(zhuǎn)彎”規(guī)定部分的需要，迷宮外圍是一個(gè)封閉式的擋板。面向不同環(huán)境的路徑規(guī)劃決策方式與實(shí)時(shí)避障功能是當(dāng)前移動(dòng)機(jī)器人性能研究中表征自主能力的重要檢測(cè)指標(biāo)[10]。（2）電腦鼠軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括程序初始化模塊、迷宮墻壁記憶模塊、紅外探測(cè)與反饋模塊、運(yùn)動(dòng)及其驅(qū)動(dòng)控制模塊、決策模塊等等?！巴颠\(yùn)動(dòng)”示意圖（2）連續(xù)轉(zhuǎn)彎：電腦鼠從A點(diǎn)出發(fā)，先后經(jīng)B，C，D點(diǎn)之后，到達(dá)A處；之后掉頭原路返回。目前電腦鼠迷宮競(jìng)賽就參與程度、設(shè)計(jì)水平、發(fā)展程度而言，主要集中在美國(guó)、日本、英國(guó)、新加坡等，例如APEC（美國(guó)）、ALL JAPAN MICROMOUSE CONTEST（日本）、Singapore InterSchool Micromouse Competition（新加坡）、Euromouse maze contest（英國(guó)）[4]。國(guó)際電氣和電子工程學(xué)會(huì)（IEEE）每年都要舉辦一次國(guó)際性的電腦鼠走迷宮競(jìng)賽，而對(duì)應(yīng)的賽事要求、設(shè)計(jì)成果等內(nèi)容業(yè)已成為參與電腦鼠研究的關(guān)注點(diǎn)[3]。 研究?jī)?nèi)容與思路本文以“IEEE 標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”競(jìng)賽規(guī)則為研究背景，以STM32F103R8T6增強(qiáng)型系列微控制器[8]作為電腦鼠主控制器，具體依據(jù)課題設(shè)計(jì)要求分別完成規(guī)定部分，包括三個(gè)獨(dú)立部分：（1）往返運(yùn)動(dòng)：電腦鼠從起始點(diǎn)A處出發(fā)，運(yùn)行到擋板B處，并原路返回至起始點(diǎn)A處。 “尋找目標(biāo)點(diǎn)”示意圖課題研究具體的研究?jī)?nèi)容分為以下幾個(gè)部分：（1）電腦鼠硬件結(jié)構(gòu)研究與分析，包括電腦鼠主控制模塊的特征與開(kāi)發(fā)原理、電機(jī)選擇與驅(qū)動(dòng)模塊分析、紅外檢測(cè)模塊、迷宮擋板探測(cè)模塊、電源模塊、速度感應(yīng)與狀態(tài)調(diào)整模塊、電動(dòng)機(jī)選取與分析等等。2 現(xiàn)有迷宮算法簡(jiǎn)述迷宮算法的研究屬于移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究的一部分[9]，是優(yōu)化與提升移動(dòng)機(jī)器人性能的重要研究環(huán)節(jié)。 迷宮的數(shù)字模型表征，共有1010個(gè)方格組成。101088 迷宮示意圖依據(jù)上述分析，迷宮的位置單元，即每一個(gè)方格，可以用一個(gè)數(shù)值屬性來(lái)表征該位置是否可以通行，而所有位置單元的數(shù)值屬性的集合可以用一個(gè)矩陣來(lái)描述。在迷宮行進(jìn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)至少兩個(gè)方向，即有兩個(gè)以上的選擇，通過(guò)設(shè)計(jì)好的搜尋算法，電腦鼠判定優(yōu)先行進(jìn)的方向和順序。（4）中右準(zhǔn)則：在迷宮中行進(jìn)的電腦鼠面對(duì)兩種以上選擇方向時(shí)，優(yōu)先選擇向前行進(jìn)，其次選擇向右行進(jìn)，最后選擇向左行進(jìn)。對(duì)于單迷宮(無(wú)回路)而言，其“入口”與“出口”的在拓?fù)鋵W(xué)上始終是封閉的，因此，在迷宮中的行進(jìn)者只需一直沿單一墻壁前進(jìn)必然抵達(dá)目的地；對(duì)于復(fù)迷宮而言，上述“法則”不能完全解決，但是只考慮本次課題中設(shè)計(jì)的迷宮問(wèn)題，可以認(rèn)為課題中面向的迷宮是由多個(gè)單迷宮組成，因此利用上述準(zhǔn)則中的任意一種就可以充分解決目標(biāo)搜尋問(wèn)題。面向全迷宮的搜尋策略可以獲得迷宮的全部位置信息，利于未來(lái)獲取目標(biāo)最優(yōu)路徑的選取和算法優(yōu)化，但是對(duì)于時(shí)間要求較高的任務(wù)或比賽，該策略會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間而不具有實(shí)用性。3 硬件系統(tǒng)分析 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與設(shè)計(jì)工具本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以“IEEE 標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”競(jìng)賽規(guī)則為研究背景，選用基于“IEEE 標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”標(biāo)準(zhǔn)的課題測(cè)試賽道作為測(cè)試環(huán)境。針對(duì)本次課題要求，電腦鼠功能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)于控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊等。在實(shí)際工程應(yīng)用中，STM32F103R8T6適用于多種工作場(chǎng)合：電機(jī)驅(qū)動(dòng)、探測(cè)控制等常規(guī)電子設(shè)備；可編程控制器、繼電器等工業(yè)設(shè)備等。芯體尺寸32位，速度72MHZ，RAM為20KB，程序存儲(chǔ)64KB，存儲(chǔ)類(lèi)型FLASH，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器為A/D16*12B，電壓電源（Vcc/Vdd），工作溫度為40—85攝氏度。 驅(qū)動(dòng)電路圖 電機(jī)比較驅(qū)動(dòng)模塊中電機(jī)是決定電腦鼠行進(jìn)與運(yùn)動(dòng)姿態(tài)調(diào)整的基本工具[13, 22]。 步進(jìn)電機(jī)與直流電機(jī)的比較電機(jī)類(lèi)型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)控制方式步進(jìn)電機(jī)每步的進(jìn)度在3%~5%，且誤差不會(huì)累積，具有行進(jìn)準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)；開(kāi)環(huán)控制使得電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低；電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍較大且易于控制。速度同步控制、低速控制等難度大，且低速啟動(dòng)有振動(dòng)，價(jià)格高，控制器要求高。（2）精度：在執(zhí)行行進(jìn)、方向調(diào)整、姿態(tài)控制等過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)模塊接收控制模塊命令并由電機(jī)執(zhí)行，而較高的電機(jī)精度能夠保證上述命令的執(zhí)行效果與測(cè)試結(jié)果。結(jié)合近期我校的迷宮鼠競(jìng)賽均換成了直流電機(jī)，因此可以預(yù)測(cè)直流電機(jī)將越來(lái)越會(huì)被普及到各種賽事中。顯然，在該條件下步進(jìn)電機(jī)難以高效完成任務(wù)。通過(guò)設(shè)置不同的發(fā)射頻率實(shí)現(xiàn)在各個(gè)方向上遠(yuǎn)距和近距的環(huán)境探測(cè)功能。 碼盤(pán)是測(cè)量角位移的數(shù)字編碼器，在電腦鼠中與車(chē)輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)用光電傳感器計(jì)數(shù)從而監(jiān)測(cè)碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，因而測(cè)量車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，結(jié)合迷宮位置單元的長(zhǎng)度完成行進(jìn)路徑的計(jì)數(shù)，從而獲得方位信息。一個(gè)位置單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)15cm15cm的方格，擋板單元為10cm（高度厚度）。開(kāi)始N等待觸發(fā)初始化Y探測(cè)到終點(diǎn)Y路徑優(yōu)化N結(jié)束回到起點(diǎn)Y迷宮探測(cè)N紅外探測(cè)，讀取傳感器數(shù)值路口檢測(cè)姿態(tài)控制路程控制 主程序流程圖 路徑?jīng)Q策功能的實(shí)現(xiàn)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求包括（1）“連續(xù)轉(zhuǎn)彎”、（2）“目標(biāo)搜尋”。其中，“左”、“前”、“右”反饋的擋板信息用于路徑判定；“左前”、“右前”反饋的信息用來(lái)調(diào)整電腦鼠行進(jìn)姿勢(shì)，防止與擋板碰撞。0x1c) { case 0x18://F { if(sensorsStateAuxiliaryamp。 } case 0x14://LF電腦鼠在跑道中位置朝向過(guò)于偏左，向右調(diào)整 { TurnRight(3)。防止與墻壁碰撞*/ MoveForward(5)。 break。 else MoveRight(3)。 else TurnRight(2)。 } case 0x00://死路，向右調(diào)整或向右轉(zhuǎn)，返回 { if((~sensorsStateAuxiliary)amp。 } }上述程序中各類(lèi)情況如下列各圖進(jìn)行描述：電腦鼠電腦鼠（a）case 0x18：11000判斷前方的墻距離是否較近，如果是，離墻距離遠(yuǎn)向左慢速轉(zhuǎn)大彎，否則距離墻較近，向左快速轉(zhuǎn)小彎（b）case 0x14:10100電腦鼠在跑道中位置朝向過(guò)于偏左，向右調(diào)整電腦鼠電腦鼠（c）case 0x0c：01100如果左方墻壁距離較遠(yuǎn)，繼續(xù)前行，如果距離較近，向右轉(zhuǎn)。通過(guò)對(duì)兩個(gè)電機(jī)分別下達(dá)控制各自轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的指令信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦鼠行進(jìn)速度、行進(jìn)方向的控制與調(diào)整。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，利用L298N對(duì)