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本文用的单片机是STM32F103C8T6，循迹模块是五路循迹传感器，电机是直流电机，电机驱动模块是L293D
效果展示
这里是没优化完成的效果，后续优化完成会呈上
视频演示：https://www.bilibili.com/video/BV1ka4y197B8/
基于STM32和PID控制算法实现循迹功能
五路循迹传感器
工作原理
五路循迹传感器的核心是五个感光二极管，通过感知地上的黑线，从而实现对小车运动轨迹的控制和调整。就是这么简单！
传感器的工作原理是通过五个感光电二极管来感知地面上的黑线。当小车运动到黑线上方时，这些感光电二极管会接收到反射回来的光线，从而变化电子状态并产生电压信号。这些信号经过放大和滤波处理后，成为高低电平信号，被输入到控制器中，控制器再通过算法来分析这些数据，从而判断小车的位置和方向，并调整运动轨迹，使小车按照预设路径行驶。
硬件
五路循迹模块
引脚
让我们看一下它的引脚排列。
GND 是连接到STM32的地。
VCC 是传感器的电源，我们连接了5V的供电。
OUT1~OUT5 是5个传感器的引脚，用于发送电平信号。
接线
将五路循迹模快连接到STM32。
五路循迹传感器STM32VCC5VGNDGNDOUT1GPIO PA4OUT2GPIO PA5OUT3GPIO PA6OUT4GPIO PA7OUT5GPIO PB0
L293D电机驱动模块
L293D是一种基本的电机驱动器集成芯片（IC），它能够在任意方向驱动直流电机并控制惦记的速度。L293D是一个16引脚IC，每侧有8个引脚，可以很好的控制电机。
电路图
工作原理
L293D有4个方向控制输入引脚，IC左侧的引脚2、7（A2和A3）和右侧的引脚15、10（A0和A1）。左侧输入引脚调节连接在左端的电机旋转，右侧输入引脚调节右侧的电机。电机根据输入引脚上提供的高电平或低电平信号进行旋转。
例如：
引脚2 = 高，引脚7 = 低 顺时针旋转引脚2 = 低，引脚7= 高 逆时针旋转引脚2 = 低，引脚7 = 低 无旋转引脚2 = 高，引脚7= 高 无旋转
右侧同理。
接线
本次接线因为有底板设计了电机驱动模快，我们只需将4个输入引脚接在核心板上。
PID控制算法
PID是比例（proportion）、积分（integral）、微分（derivative）是一种闭环控制算法，通过反馈值进行误差计算，然后通过PID算法控制负载设备。
公式
原理
在PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间做出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数，比例系数越大，控制作用越强，则过渡越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数选择必须恰当，才能过渡时间短，稳定的效果。
积分，顾名思义就是一个累加的过程，积分调节的输出是与输入、输出反馈的误差的积分成正比关系，所以积分调节器的作用就是用来消除稳态误差。
为了加快调节过程，在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应，而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。
自动循迹思路
误差分析
约定左右轮速度调整：
left_motor_pwm_speed = left_motor_pwm_speed + pid_output
right_motor_pwm_speed = right_motor_pwm_speed - pid_output
1.异常情况，小车向需要右偏（左轮速度增加，右轮减少）
case 0x19: cur_error = 2; break; //B11001
case 0x1d: cur_error = 4; break; //B11101
case 0x1c: cur_error = 6; break; //B11100
case 0x18: cur_error = 7; break; //B11000
case 0x1e: cur_error = 8; break; //B11110
2.正常情况
case 0x0 : //B00000
case 0x1b: cur_error = 0; break; //B11011
3.异常情况，小车向需要左偏（右轮速度增加，左轮减少）
case 0x13: cur_error = -2; break; //B10011
case 0x17: cur_error = -3; break; //B10111
case 0x3 : cur_error = -4; break; //B00111
case 0x7 : //B00111
case 0x1 : cur_error = -7; break; //B00001
case 0xf : cur_error = -8; break; //B01111
4.极端情况，小车已经冲出赛道，根据冲出之前的误差，将误差调整到最大
case 0x1f: cur_error = pid.error > 0 ? 9 : -9; break;//B11111
五路循迹管电平读取状态代码
#define MOTOR_PWM_SPEED 500
#define MOTOR_PWM_MAX_SPEED 700
#define MOTOR_PWM_MIN_SPEED 0
#define PID_KP 25
#define PID_KI 0.8
#define PID_KD 15
typedef struct {
int8_t error;
int8_t last_error;
int8_t kp;
float ki;
int8_t kd;
} pid_t;
bool pid_contorl = true;
pid_t pid;
int32_t left_motor_pwm_speed = MOTOR_PWM_SPEED;
int32_t right_motor_pwm_speed = MOTOR_PWM_SPEED;
//读取状态
uint8_t read_irs_state( void )
{
int i;
uint8_t status = 0;
uint8_t state[5];
state[0] = HAL_GPIO_ReadPin( GPIOA,GPIO_PIN_4 );
state[1] = HAL_GPIO_ReadPin( GPIOA,GPIO_PIN_5 );
state[2] = HAL_GPIO_ReadPin( GPIOA,GPIO_PIN_6 );
state[3] = HAL_GPIO_ReadPin( GPIOA,GPIO_PIN_7 );
state[4] = HAL_GPIO_ReadPin( GPIOB,GPIO_PIN_0 );
for( i = 0; i < 5; i++ ) {
status |=( state[i] = 7 && pid.error = -9 && pid.error |