【正文】 引導(dǎo)車輛 (Automated Guided Vehicle,AGV)， 從嚴(yán)格意義上說，這是一臺移動機(jī)器人。 智能車輛的研究最終必將促進(jìn)各行業(yè)的繁榮興旺，帶動整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，改善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)整個國家的信息化水平。在民用方面，不僅可以作為自動或輔助駕駛系統(tǒng)以減少交通事故，還可以作為智能輪椅幫助殘疾人士。當(dāng)車輛平臺通過機(jī)器視覺或控制車輛的縱向或橫向運(yùn)動避開風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可認(rèn)為該車輛具有智能性。本文采用總分的形式展開的， 首先從整體設(shè)計(jì)上對小車做個簡單的概述，再分別從小車的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。 關(guān)鍵詞： STM32F103ZET6；智能循跡小車；傳感器；電機(jī)驅(qū)動；舵機(jī) II Abstract Smart car as a modern new invention is the future direction of development, in an environment where it can operate automatically at preset mode, without human management can be applied to the use of science exploration, dangerous jobs, etc.. Therefore, the research and development of intelligent car control system has great significance. The design is based on China Robot Competition and RoboCup Open robot tourism project as the background, using STM32F103ZET6 as the master chip, designed and manufactured a person intelligent tracking car. This paper takes the form of expanded score, first from the overall design of the car to be a simple overview, and then were small cars hardware architecture and software design are described in detail. Car from the chassis and humanoid upper body position, using a plete two halfbridge driver IC + low resistance Nchannel MOSFET drive motor constructed role in grayscale sensors, infrared sensors and touch switch feedback signal Next, the car can achieve forward, backward, turn left, turn right, and other basic functions, you can selfidentify placement of barricades, find the best route and arrive at the voice broadcast attractions。 20世紀(jì)后半葉以來，濃縮著人類文明的汽車工業(yè)得到了迅速發(fā)展。在科學(xué)研究方面，智能機(jī)器人還可以代替人在高危環(huán)境甚至外星上從事探索和勘探工作。智能車輛作為 ITS 的重要組成部分和未來世界汽車技術(shù)研究發(fā)展的方向 ，雖然近期內(nèi)完全無人駕駛的智能車輛實(shí)用化條件尚不成熟，但是對其進(jìn)行前瞻性探討和基礎(chǔ)性研究，可以作為重要的技術(shù)儲備，有利于搶占未來技術(shù)的制高點(diǎn)，具有極其重要的戰(zhàn)略地位和研究價(jià)值，其研究工作仍然顯得十分必要和迫切。從 50年代后半期到 60年代前 3 半期，以美國為首，德國、英國以及日本等國家就展開對自動駕駛和車輛導(dǎo)航技術(shù)的研究。由事先人為寫好的決策，下載到控制器中 ，小車在場地上能夠智能化的實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、停止、避障、不同角度的拐彎、自主循跡、可變速行駛、準(zhǔn)確定位停車等功能?；?STM32 的智能小車的設(shè)計(jì) 4 第 2 章 開發(fā)工具簡介 語音合成軟件 Voice Reader 軟件簡介 Voice Reader 為語音合成軟件。音頻編輯區(qū)為語音調(diào)用區(qū)，此區(qū)域內(nèi)調(diào)用的語音文件將不再占用存儲器的空間。 軟件界面 圖 MCUISP 軟件界 7 第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 整體方案設(shè)計(jì)思路 把同一側(cè)的兩個電機(jī)進(jìn)行級聯(lián)，所以只需兩路 PWM 控制電機(jī)，改 變 PWM 的占空比就可實(shí)現(xiàn)對小車速度的控制。 觸碰 開關(guān)碰到景點(diǎn)后，產(chǎn)生一個信號，傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng) 馬上返回控制 信號 給電機(jī)驅(qū)動 ，使電機(jī)反方向轉(zhuǎn)動，返回繼續(xù)循跡， 同時(shí)給語音模塊一個信號，使其語音播報(bào)，然后繼續(xù) 去碰撞下一個景點(diǎn) ，從而完成“旅游”的任務(wù)。 控制器模塊 傳感器檢測到的信號傳遞給控制器，由控制器處理，根據(jù)事先寫好的決策，然后產(chǎn)生相應(yīng)的信號返回到電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)對小車的控制?？稍L問的存儲器空間被分為 8 個主要塊，每個 塊 均為 512MB。 由上可見， STM32F103ZET6 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng) 等特點(diǎn)。 灰度傳感器 (1)工作原理 灰度 傳感器 是一種模擬傳感器， 它的主要元件就是 一 個 發(fā)光二極管 、 一 個 光 敏 三極管 ， 將它們 安裝在同一面上。 ② 外界光線的強(qiáng)弱對其影響非常大，會直接影響到檢測效果，在對具體項(xiàng)目檢測時(shí)注意包裝傳感器，避免外界光的干擾。 E18D80NK 紅外避障傳感器 完全符合上述要求，此外， 該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn) ，所以被設(shè)計(jì)選擇 E18D80NK 紅外避障傳感器來實(shí)現(xiàn)智能小車對障礙物和景點(diǎn)的檢測 。 圖 碰撞開關(guān)傳感器 (2)接法 觸碰開關(guān)的一端接 5V 電源和一個 1k 上拉電阻，再引出條信號線，保證開關(guān)斷開時(shí)一直維持在高電平，在另一端接地，保證開關(guān)接觸時(shí)為低電平。 LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。 (2)工作原理 直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變， 所以電機(jī)能保持一個方向轉(zhuǎn)動。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。 MOSFET 驅(qū)動芯片自帶硬件剎車功能和電能反饋功能。 電源 模塊 電源模塊，顧名思義就是給整個系統(tǒng)供電的，它是整個系統(tǒng)能量的來源，關(guān)系到整個小車是否穩(wěn)定 運(yùn)行。綜合考慮， 最終選定為集成三端穩(wěn)壓芯片為LM2596的電源穩(wěn)壓模塊，如圖 本設(shè)計(jì)選用的 電源穩(wěn)壓模塊實(shí)物圖。 舵機(jī)安裝了一個電位器（或其它角度傳感器）檢測輸出軸轉(zhuǎn)動角度，控制板根據(jù)電位器的信息能比較精確的控制和保持輸出軸的角度。 控制方案 (1)控制時(shí)序要求 舵機(jī)的控制一般需要一個 20ms 左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為~ 范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。 WT588D 語音模塊 功能概述 WT588D 語音芯片是一款功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語音單片機(jī)芯片。 基于 STM32 的智能小車的設(shè)計(jì) 24 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在 本次設(shè)計(jì)中 ， 硬件是整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作 的保障。 本 設(shè)計(jì) 中通過控制 STM32F103ZET6 單片機(jī)的通用定時(shí)器 TIM5 來生成 控制電機(jī)的 PWM， 因?yàn)橥ㄓ枚〞r(shí)器 TIM5 有四個通道可以生成 PWM，本設(shè)計(jì)中采用 TIM5 的2 個通道 CH3(PA2)和 CH4(PA3)生成可變占空比的 PWM， 從而可以實(shí)現(xiàn) PA2 口和 PA3口輸出不同占空比的脈沖波形。 循跡流圖 直線循跡流程圖如圖 ： 開 始電 機(jī) 正 轉(zhuǎn)正 中 間 的 傳 感 器是 否 在 白 線 上 ？是 前 進(jìn) 還 是 后 退 ？電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)兩 側(cè) 速 度 相 同左 速 度 大 右 速 度 大結(jié) 束前 進(jìn) 后 退左 偏 右 偏不 偏 圖 直線循跡流程圖 基于 STM32 的智能小車的設(shè)計(jì) 26 路口處理模塊 路口減速 當(dāng)小車接近十字路口或交叉路口時(shí)，只有使小車速度減慢，然后拐彎，才能使小車能夠順利的拐過去，不至于因?yàn)樗俣冗^快沖出去，所以路口減速對整個控制也很重要。 具體程序見附錄。具體程序見附錄。所以對應(yīng)舵機(jī)的每一個角度，只需在程序中給不同的占空比即可。檢查完畢，用萬用表測量一下電路板正負(fù)電源兩段之間 的電阻，排除電源短路的可能性。對于后退循跡也是同樣的調(diào)試。 (2)分析過程 由于碰撞開關(guān)接 IO 口的一端在開關(guān)沒有閉合的情況下是處于懸空狀態(tài)，單片機(jī)有時(shí)候檢測的是高電平，有時(shí)候誤檢測為低電平，所以在碰撞開關(guān)斷開的情況下必須將電平拉高。 (3)解決方案 從硬件和軟件兩方面著手，在程序中，瞬間加減速或突然反轉(zhuǎn)過程給以平滑過渡，比如：電機(jī)速度從 10加速到 1000，在程序中不要從 10直接變成 1000，而是從 10加 1一直加到 1000，這就起到了平滑的作用；在硬件上，在接 PWM 端口并聯(lián)一個無極性電容，再接地，當(dāng)瞬間電流過大，電容將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，這也起到了緩沖的作用。所以在一個系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅僅注重軟件設(shè)計(jì)，還要保證硬件設(shè)計(jì)的良好性能，做到統(tǒng)籌兼顧。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE)。 = GPIO_Speed_50MHz。 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12)。 TIM_SetCompare4(TIM5,Right)。GPIO_InitStructure)。 = GPIO_Mode_Out_PP。我還要感謝在一起愉快的度過的侏羅紀(jì)工作室的小伙伴們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。該控制系統(tǒng)運(yùn)用了單片機(jī)、灰度傳感器、紅外避障傳感器、直流電機(jī)、 PWM 調(diào)速等技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)了智能小車能直線循跡、直角拐彎、語音播報(bào)、尋找最佳路徑等要求。 (2)分析過程 電機(jī)突然加減速，會產(chǎn)生瞬間大電流，導(dǎo)致舵機(jī)供電不足，所 以舵機(jī)才會“軟弱無力”。 端口電壓不匹配問題 (1)遇到的問題 單片機(jī) IO 口經(jīng)常燒壞，測量接入 IO 口器件的電壓值，最高電壓為高電平 +5V。 減速調(diào)試 將減速程序下載到最小系統(tǒng)板里，到場地上找一個十字路口，當(dāng)小車行駛到路口時(shí)，能感覺到明顯的減速過程，調(diào)節(jié)兩側(cè)電機(jī)的 PWM 占空比，使其處在一個合適的減速過程。 (2)碰撞開關(guān)傳感器調(diào)試 碰撞開關(guān)實(shí)質(zhì)上就是個點(diǎn)觸式開關(guān)，將買來的 碰撞開關(guān)進(jìn)行改造，在碰撞開關(guān)的一端接地，另一端接一個 1K 的電阻，再接 +5V 電源，在 1K 電阻與碰撞開關(guān)連接之間引出條信號線，開關(guān)正常狀態(tài)下使其電壓為 +5V，碰撞時(shí)，開關(guān)接通，使其輸出電壓為 0V。在起始區(qū)內(nèi)的動作表演，在程序中先寫好一個個動作的子程序，在表演時(shí)，排好 順序調(diào)用各子程序即可實(shí)現(xiàn)動作的連貫表演。 舉起手臂 當(dāng)小車靠近景點(diǎn)時(shí)，小車上身的手臂必須舉起去觸碰景點(diǎn)，所以軟件設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)紅外傳感器檢測到時(shí)，小車減速前進(jìn)并舉起手臂，當(dāng)小車碰撞到景點(diǎn)后返回，紅外傳感器檢測不到時(shí)，使手臂放下，繼續(xù)尋找下一個景點(diǎn)。用延時(shí)法右拐彎原理類似，當(dāng)小車執(zhí)行完路口減速模塊，使左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，然后使其保持這個右轉(zhuǎn)狀態(tài)，延時(shí)一段時(shí)間，然后使其停下，看其是否轉(zhuǎn)正，通過不斷基于 STM32 的智能小車的設(shè)計(jì) 28 測試，可確定出轉(zhuǎn)正的具體時(shí)間。左側(cè)路口減速實(shí)現(xiàn)方法類似，路口減速流程圖如圖 所示，具體程序見附錄。 轉(zhuǎn)向控制 電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制是通過給電機(jī)驅(qū)動的控制轉(zhuǎn)向的端口賦高低電平即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件和軟件共同完成一定任務(wù)的，只有兩者緊密的結(jié)合協(xié)調(diào)一致才能組成高性能的應(yīng)用系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中要相互適應(yīng)，相互配合，達(dá)到最高性價(jià)比。配套 WT588DVioceChip 上位機(jī)操作軟件可隨意更換 WT588D 語 音單片機(jī)芯片的任何一種控制模式，把信息下載到 SPIFlash 上即可。 圖 舵機(jī)角度控制與脈寬關(guān)系圖 小型舵機(jī)的工作電壓一般為 ~，轉(zhuǎn)速也不是很快，一般為 ，所以假如你更改角度控制脈沖的寬度太快時(shí)，舵機(jī)可 能反應(yīng)不過來。 舵機(jī)的主體結(jié)構(gòu)如圖 ，主要有幾個部分：外殼、減速齒輪組、電機(jī)、電位器、控制電路。 ON/0FF(接 關(guān)斷電源輸出 )方便靈活擴(kuò)展單片機(jī)控制 模塊的輸出狀態(tài) 。 (2)特點(diǎn) ① 能量密度高：標(biāo)稱電壓為 ，能量密度是鉛