【導(dǎo)讀】STM32F103ZET6作為主控芯片，設(shè)計(jì)制作了一款人型智能循跡小車。軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。種通用性的術(shù)語，指全部或部分完成一項(xiàng)或多項(xiàng)駕駛?cè)蝿?wù)的綜合車輛技術(shù)。智能車輛屬于戶外移動(dòng)智能機(jī)器人的一種。當(dāng)車輛平臺(tái)通過機(jī)器視覺或控制車輛的縱。向或橫向運(yùn)動(dòng)避開風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可認(rèn)為該車輛具有智能性。一方面表現(xiàn)在產(chǎn)量不斷增加，汽車制作業(yè)已成為全。隨著車輛的普及和保有量的。日益增加，不可避免地帶來了交通事故、交通擁擠、環(huán)境污染、能源浪費(fèi)等諸多問題。在民用方面，不僅可以作為自動(dòng)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。效率已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以后開展起來的關(guān)于智能交通系統(tǒng)。的研究，被認(rèn)為是解決各種交通問題的一個(gè)很好的途徑。智能車輛作為ITS發(fā)展的重。為衡量一個(gè)國(guó)家社會(huì)文明和科技進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。作為一個(gè)新型的交叉學(xué)科領(lǐng)域，

　　

【正文】 與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 硬件調(diào)試 基本調(diào)試 基本調(diào)試，查看硬件電路的連接是否與邏輯圖一致，用萬用表檢測(cè)有無短路或斷路現(xiàn)象，器件的規(guī)格、極性是否有誤。檢查完畢，用萬用表測(cè)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。 模塊調(diào)試 (1)灰度傳感器的調(diào)試 將灰度傳感器接通電源后，距離綠地毯或白線 1~2cm 的高度測(cè)試，調(diào)節(jié)灰度傳感器上的電位器，將灰度傳感器打到綠地毯上時(shí)，使其輸出電壓在 3V 以上，將灰度傳感器打到白線上時(shí)，使其輸出電壓在 1V 以下，再將灰度傳感器的輸出接在電壓比較器 LM339 的輸入上，調(diào)節(jié) LM339 的參考電壓即 INPUT為 2V左右，這樣電壓比較器的輸出就只有兩種狀態(tài)，即低電平 ，高電平 。 (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(gè)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(gè) 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(hào)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。 (3)紅外避障傳感器調(diào)試 將紅外避障傳感器接 +5V 電源，接 1k 左右的上拉電阻，測(cè)其信號(hào)線電壓，調(diào)節(jié)紅外傳感器背后的小旋鈕，使其作用距離為 30cm 左右，使其在 30cm 以內(nèi)，輸出電壓為 +5V， 30cm 以外，輸出電壓為 0V。 (4)穩(wěn)壓模塊調(diào)試 將各穩(wěn)壓模塊的輸入端都接 + 的鋰鐵電池，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓模塊上的電位器，使其輸 出分別為 +5V、 +、 +12V，分別給傳感器、舵機(jī)、電機(jī)供電。 31 軟件調(diào)試 電機(jī)的 PWM 調(diào)試 將單片機(jī)產(chǎn)生電機(jī) PWM 的兩個(gè)端口 PA PA3 引出兩條線，接在示波器的輸出端，顯示出來是一個(gè)個(gè)脈沖，通過編程改變 PWM 寬度的數(shù)值，在示波器上觀察脈沖寬度是否改變，若隨編程數(shù)值相應(yīng)變化，則說明電機(jī) PWM 沒有問題。 舵機(jī)的 PWM 調(diào)試 將單片機(jī)產(chǎn)生舵機(jī) PWM 的 8 個(gè)端口都引出接線，接在示波器的輸出端，顯示出來是一個(gè)個(gè)脈沖，并且要求脈沖周期是 20ms，脈沖寬度在 ~ 之間變化，通過編程改變 PWM 寬度的數(shù)值，在示波器上觀察脈沖寬度是否改變，若脈沖周期是20ms，脈沖寬度隨編程數(shù)值在 ~ 之間作相應(yīng)變化，則說明舵機(jī) PWM 沒有問題。 軟硬聯(lián)調(diào) 直線循跡調(diào)試 將直線循跡程序下載到最小系統(tǒng)板里，到場(chǎng)地上在一段白線上調(diào)試，根據(jù)小車循跡情況不斷修正兩側(cè)電機(jī) PWM 的占空比，直到在直線部分能穩(wěn)穩(wěn)的循跡為止。對(duì)于后退循跡也是同樣的調(diào)試。 拐彎調(diào)試 將拐彎程序下載到最小系統(tǒng)板里，到場(chǎng)地上找一個(gè)十字路口或丁字路口，根據(jù)小車拐彎角度調(diào)整兩側(cè)電機(jī) PWM 的占空比，直到小車拐彎能拐正為止。 減速調(diào)試 將減速程序下載到最小系統(tǒng)板里，到場(chǎng)地上找一個(gè)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(gè)合適的減速過程。 路口忽略調(diào)試 將路口忽略程序下載到最小系統(tǒng)板里，到場(chǎng)地上找一個(gè)十字路口，當(dāng)小車行駛到路口時(shí)，不減速，以同樣的速度穿過路口，即達(dá)到要求。 基于 STM32 的智能小車的設(shè)計(jì) 32 碰撞景點(diǎn)調(diào)試 將碰撞景點(diǎn)程序下載到最小系統(tǒng)板里，用手擋住前紅外，小車停止并舉起手臂，然后觸碰一下碰撞開關(guān)，使其接通，揚(yáng)聲器就會(huì)語音播報(bào)， 之后小車就會(huì)后退循跡，再放下手臂，這就說明碰撞景點(diǎn)模塊正常。 啟動(dòng)與停止調(diào)試 將啟動(dòng)程序下載到最小系統(tǒng)板里，小車在起始區(qū)出發(fā)之前，停止在起始區(qū)，上身做幾個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作，動(dòng)作完畢之后小車出發(fā)去旅游。將停止程序下載到最小系統(tǒng)板里，小車游完景點(diǎn)之后回到起始區(qū)，小車能穩(wěn)穩(wěn)的停在起始區(qū)。 遇到的問題及解決方案 碰撞開關(guān)檢測(cè)不穩(wěn)定問題 (1)遇到的問題 一開始時(shí)，碰撞開關(guān)一端接地，另一端直接接在單片機(jī)的 IO 口上，小車碰撞到景點(diǎn)后，有時(shí)候能返回，有時(shí)候不能返回，一直不穩(wěn)定。 (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(cè)的是高電平，有時(shí)候誤檢測(cè)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 在碰撞開關(guān)的一端接地，另一端接一個(gè) 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(hào)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。 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(cè)量接入 IO 口器件的電壓值，最高電壓為高電平 +5V。 (2)分析過程 通過查閱資料發(fā)現(xiàn)， STM32單片機(jī)一些 IO 口兼容 5V，一些 IO 口不兼容 5V，高電平只能為 ，所以 5V 的電壓接在不兼容 5V 的 IO 口上就會(huì)燒壞端口。 (3)解決方案 由于本設(shè)計(jì)傳感器供電及輸出、單片機(jī)供電等都是 5V，為了方便起見，只使用兼容 5V 的 IO 口，這樣就避免電壓不匹配問題。 33 瞬間電流過大問題 (1)遇到的問題 在端口電壓匹配的情況下，產(chǎn)生 PWM 的端口燒壞。 (2)分析過程 電機(jī)瞬間加減速或者突然反轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生很大的倒灌電流，從而燒壞 PWM 端口。在示波器上可以看出，突然反轉(zhuǎn)或瞬間加減速引起了很大的毛刺。 (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(gè)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(chǔ)存起來，這也起到了緩沖的作用。 電源不穩(wěn)定問題 (1)遇到的問題 小車人型上身在電機(jī)突然加減速時(shí)，胳膊上的舵機(jī)就“軟弱無力”了。 (2)分析過程 電機(jī)突然加減速，會(huì)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(huì)“軟弱無力”。 (3)解決方案 小車底盤電機(jī)和上身舵機(jī)分開供電，然后共地，這就解決了電源不穩(wěn)定問題。 基于 STM32 的智能小車的設(shè)計(jì) 34 總結(jié)與展望 歷經(jīng)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從最初的資料查找、方案設(shè)計(jì)，經(jīng)過最基本的電路設(shè)計(jì)、調(diào)試過程，再到軟件設(shè)計(jì)、測(cè)試，我學(xué)習(xí)了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。從傳感器信號(hào)的處理，到單片機(jī)接收并處理信號(hào)，再到輸出信號(hào)至外部系統(tǒng)，通過該作品的設(shè)計(jì)制作，使我更好的了解了各類傳感器，掌握了灰度傳感器和紅外避障傳感器的使用，并熟悉了單片機(jī)的中斷和定時(shí)器的控制，掌握了大功率驅(qū)動(dòng)芯片 IRF3205的使用，程序中對(duì)各種任 務(wù)的合理安排，使整體系統(tǒng)能夠更好的協(xié)同工作，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，更好的熟悉的了解了一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)過程。 同時(shí)，通過這次設(shè)計(jì)，使我明白了在一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)同等重要，硬件是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保障，只有在保證硬件設(shè)計(jì)良好的基礎(chǔ)上，才有可能從軟件設(shè)計(jì)上去提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)。很多時(shí)候，在硬件設(shè)計(jì)上出現(xiàn)的“硬傷”是使用軟件設(shè)計(jì)糾正不了的。所以在一個(gè)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。 測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)要求，小車采集灰度傳感器信號(hào)探測(cè)線 路，采集紅外避障傳感器信號(hào)進(jìn)行避障和碰撞景點(diǎn)，采集碰撞開關(guān)傳感器信號(hào)進(jìn)行語音播報(bào)，并根據(jù)單片機(jī)控制模塊的分析結(jié)果決策和控制下一步的運(yùn)動(dòng)形式。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。 但是本系統(tǒng)中還存在著不足：小車直線循跡的穩(wěn)定性未得到很好的解決，在正常光線的情況下，小車循跡很正常，但是當(dāng)外界突然出現(xiàn)強(qiáng)光，比如：閃光燈，就會(huì)影響到小車的正常循跡，這是由于灰度傳感器是由光敏器件制成的，對(duì)于突然的強(qiáng)光，灰度傳感器會(huì)誤檢測(cè)，把錯(cuò)誤的信號(hào)傳給主控板，從而影響了正常的循跡；電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有返回值，完全憑經(jīng)驗(yàn)賦值，今后可用編碼電機(jī)，用 PID 做閉環(huán)控制，更加精準(zhǔn)。學(xué)習(xí)的過程中雖然遇到很多困難，但經(jīng)過努力克服了困難解決了問題，最終完成了設(shè)計(jì)。 通過這次課程設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，同時(shí)也是對(duì)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果的一個(gè)綜合檢驗(yàn)。這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 35 致 謝 本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師王全州老師的親切關(guān)懷和悉心 指導(dǎo)下完成的。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(lì)著我。王老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向王老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。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(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。 感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中 給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版 的 過程中提供熱情的幫助。 最后，我要感謝我的家人，是他們給予我精神上的鼓勵(lì)、生活上的照顧、學(xué)業(yè)上的支持，才使這篇論文得以順利完成。 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正 ！ 基于 STM32 的智能小車的設(shè)計(jì) 36 參考文獻(xiàn) [1] 吳建平 ,殷戰(zhàn)國(guó) ,曹思榕 ,李坤垣 .紅外反射式傳感器在自主式尋跡小車導(dǎo)航中的應(yīng)用 [J] 中國(guó)測(cè)試技術(shù) 2020(6) [2] 劉迎春 .傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M] . 長(zhǎng)沙 :國(guó)防科技大學(xué)出版社 ,1992 [3] 楊明 .基于光電管尋跡的智能車舵 機(jī)控制 [J] 光電技術(shù)應(yīng)用 2020(1) [4] 宋健 ,姜軍生 ,趙文亮 . 基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) [J ].農(nóng)機(jī)化研究 ,2020 : 102～ 103 [5] 鄧岳 ,周輝 ,談?dòng)⒆?.基于 MC9S12DG128 單片機(jī)智能車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J] 實(shí)驗(yàn)室研究與探索2020(1) [6] 楊明 .基于光電管尋跡的智能車舵機(jī)控制 [J] .光電技術(shù)應(yīng)用 ,2020(1) [7] 李忠文 ,實(shí)用電機(jī)控制電路 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020 [8]郁有文 ,常建 ,程繼紅 .傳感器原理及工程應(yīng)用 .西安 :西安電子科技出 版社 ,2020 [9]張洋 ,劉軍 ,嚴(yán)漢宇 .原子教你玩 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 [10]姚文詳 ,宋巖 .CortexM3 權(quán)威指南 . 北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 37 附 錄 小車底盤及上身控制部分程序： 端口初始化： void Port_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure。 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE)。 =GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12。 = GPIO_Mode_Out_PP。 = GPIO_Speed_50MHz。 GPIO_Init(GPIOB, amp。GPIO_InitStructure)。 = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9。 = GPIO_Mode_IPU。 = GPIO_Speed_50MHz。 GPIO_Init(GPIOE, amp。GPIO_InitStructure)。 = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8。 = GPIO_Mode_IPU。 = GPIO_Speed_50MHz。 GPIO_Init(GPIOG, amp。GPIO_InitStructure)。 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12)。 //語音模塊下降沿觸發(fā) } 轉(zhuǎn)速控制： void Speed(u16 Left,u16 Right) { TIM_SetCompare3(TIM5,Left)。 TIM_SetCompare4(TIM5,Right)。 } 轉(zhuǎn)向控制： void Direction(u8 left,u8 right) { PBout(10)=left。 PBout(11)=right。 } 直線循跡： void Track(u8 select)