基于STM32F103C8T6的红外循迹避障小车 |
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基于STM32F103C8T6的红外循迹避障小车
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一，硬件原理图设计
编程思路：控制核心板IO口的电平（即电机驱动模块的AIN1，AIN2，BIN1，BIN2）从而控制AO1、AO2、BO1、BO2的电平高低，进而控制电机使其正转、反转、不转。由于单纯地拉高拉低电平只能让电机在转与不转的状态切换，故决定利用TIM4的两个通道分别产生两路PWM信号来控制电机速度，四个电机两个一组，同一侧的两个连接在同一个PWM上。(#include "dianji.h"文件中同时写了对循迹模块引脚的初始化) #ifndef _DIANJI_H #define _DIANJI_H #include "sys.h" #define IN1 PCin(13) #define IN2 PCin(14) #define IN3 PCin(15) #define IN4 PBin(12) void GPIO_XUJI_Init(void); void Motor_Init(void); void PWM_Init(void); void PWM_SetCompare(int16_t Compare); void Motor_SetSpeed1(float Speed); void Motor_SetSpeed2(float Speed); #endif #include "dianji.h" //循迹模块引脚初始化 void GPIO_XUJI_Init(void){ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14| GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); } //电机引脚初始化 void Motor_Init(void) { //电机正反转引脚配置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9| GPIO_Pin_5| GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); PWM_Init(); } //PWM初始化 void PWM_Init(void) { RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //开启定时器2的时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //开启GPIO时钟 /********** PWM引脚的GPIO配置 **********/ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //对定时器GPIO设置为复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); TIM_InternalClockConfig(TIM4); //TIM4配置 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; //TIM4配置 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1; //自动重装载值 ARR TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1; //设置预分频值 PSC TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseInitStructure); //C8T6的主频为72MHZ,设置的PWM频率为 72M/((ARR+1)*(PSC+1))=72M/(100*36)=20KHZ //TIM4的通道1配置 TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//PWM1模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //设置极性为高 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //CCR TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Enable);//使能预装载寄存器 //TIM4的通道2配置 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//PWM1模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //设置极性为高 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //CCR TIM_OC2Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC2PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Enable);//使能预装载寄存器 TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); //使能TIM4 } //设置占空比 void PWM_SetCompare(int16_t Compare) { TIM_SetCompare2(TIM4, Compare); TIM_SetCompare1(TIM4, Compare); } void Motor_SetSpeed1(float Speed) //设置电机1 2 转速，有符号量，正反转 { if (Speed 0) { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_9);//正转 PWM_SetCompare(Speed); } else if(Speed == 0) { GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_9);//停止 PWM_SetCompare(100); } } void Motor_SetSpeed2(float Speed) //设置电机3 4 转速，有符号量，正反转 { if (Speed0) { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_4);//正转 PWM_SetCompare(Speed); } else if(Speed == 0) { GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_4);//停止 PWM_SetCompare(100); } } 2.红外循迹编程思路：检测到黑线时红外模块将会返回低电平，否则返回高电平。 故只需要读取对应的IO端口电平用以控制小车转向从而实现巡线。（我使用的是四路循迹，中间两路用来检测黑线，两边的两路用来检测非黑线）
循迹逻辑：（黑色路线宽度为：大于P2到P3之间距离，小于P1到P4之间距离） case1：P2，P3检测到黑线，P1，P4未检测到黑线时，所有电机都正转 case2：P1，P2，P3检测到黑线，P4未检测到黑线时；或者P1，P2检测到黑线，P3，P4未检测 到黑线时；或者P1检测到黑线，P2，P3，P4未检测时；或者P2检测到黑线，P1，P3，P4未检测时到黑线时；以上四种情况皆为 P4侧电机正转，P1侧电机反转，使车身向P1侧转向。 case3：P2，P3，P4检测到黑线，P1未检测到黑线时；或者P3，P4检测到黑线，P1，P2未检测 到黑线时；或者P4检测到黑线，P1，P2，P3未检测时；或者P3检测到黑线，P1，P2，P4未检测时到黑线时；以上四种情况皆为 P4侧电机反转，P1侧电机正转，使车身向P4侧转向。 case4：其他所有情况，皆为所有电机都停止（包括P1，P2，P3，P4都检测到黑线的情况，由于自然光的原因，在车轮未放在地上时， P1，P2，P3，P4都会检测到自然光中黑线，故该情况下所有电机也都停止） if((!IN1)&&(!IN3)&&IN2&&IN4){ Motor_SetSpeed1(35); Motor_SetSpeed2(35); } else if(((!IN1)&&(!IN3)&&(!IN4)&&(IN2)) || ((!IN3)&&(!IN4)&&(IN1)&&(IN2))||((!IN3)&&(IN1)&&(IN2)&&(IN4)) || ((!IN4)&&(IN1)&&(IN3)&&(IN2))){ Motor_SetSpeed1(30); Motor_SetSpeed2(-30);//右转 } else if(((!IN1)&&(!IN3)&&(!IN2)&&(IN4)) || ((!IN1)&&(IN3)&&(!IN2)&&(IN4))||((!IN1)&&(IN3)&&(IN2)&&(IN4)) || ((IN1)&&(IN3)&&(!IN2)&&(IN4))){ Motor_SetSpeed1(-30); Motor_SetSpeed2(30);//左转 } else{ Motor_SetSpeed1(0); Motor_SetSpeed2(0); } 3.避障编程思路：红外避障模块检测到障碍时，会返回一个低电平。通过判断IO口的电平继而控制蜂鸣器。
3.占空比
PWM 占空比大小的改变通过对输出比较寄存器 TIMx_
CCR 以及自动重装载寄存器TIMx_ARR
的数值操作来实现，例如当 CCR=203 ,ARR=255 时，占空比为 204/256=80%。编程时将速度变量值写入 CCR寄存器，从而达到改变占空比和对电机调速的目的。
3） 运行性能和建议
1.器件输出状
态在驱动/制动之间切换时，电机转速和 PWM 占空比之
间能保持较好的线性关系，其运行控制效果好于器件在驱动/停止状态之间
切换，所以表 1 中的 INl/IN2 一般不采用 L/L 控制组合。
2.fPWM 较高时，电机运行连续平稳、噪音小，但器件功耗会随频率升
高而增大;fPWM 较低时，利于降低功耗，并能提高调速线性度，但过低的
频率可能导致电机转动连贯性的降低。通常 fPWM>1 kHz 时，器件能够稳定
的控制电机。
3.过大的 PWM 占空比会影响电机驱动电流的稳定性和器件的输出负载
能力，应根据不同的速度要求合理设定占空比范围。
4.器件工作温度过高会导致其输出功率的下降，电路 PCB 设计中应保
证足够面积的覆铜，这样有助于散热，利于器件长时间稳定工作
。
四，结果演示
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