基于stm32的智能小车(远程控制、避障、循迹) |
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基于stm32的智能小车(远程控制、避障、循迹)
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学完stm32，总是想做点东西“大显身手”一下，智能小车就成了首选项目，其核心只是就是PWM输出，I/O口引脚电平判断。 制作智能小车的硬件名单： 制作智能小车的硬件列表： （1） STM32C8T6核心板 一块( 2.4G遥控需要两块，手机遥控需要一块) （2） L298N电机驱动 两个(或一块) （4） 红外壁障模块 三个 （5） 红外循迹模块 三个 （7） 12V供电电池 一个 （8） 带电机轮子的小车支架(自带tt电机) 一个 2.4G遥控模式： （1） 2.4G无线通讯模块 两个 手机遥控模式： （1）：蓝牙模块 一个由于我们做的控制功能可以使用2.4G控制，也可以使用蓝牙进行控制，两种传输方式所需购买的模块不同，已在硬件名单中加以区分，接下来就一步步的实现。 一、先让小车跑起来！！！
我们在淘宝上买的那种智能小车底板都是自带tt电机的，不管我们用那种控制方式，首先要做的都是让电机先跑起来。 (一)、驱动一个电机转动：说到驱动电机，就不得不说一下L298N(电机驱动)了，为什么要说L298N呢？ 当时我第一次用电机的时候，也很疑惑，为什么要用L298N，我电机是5v的，直接连上单片机IO口，让其输出高低电平不久能控制电机转动吗？？？？但其实是不是的，IO口确实能输出5V的电压，也确实是和电机的电压一样，但大家不要忽略IO口输出的电流，也就是驱动能力。IO口输出的电流太小了，根本带不动电机啊。。。。举个例子：“可以想象一下让一个小伙子去耕地，他肯定拉不动，但如果给他一头牛，就让小伙拿着小皮鞭赶牛，让牛去耕地，very esay。” 而L298N的作用和刚刚说的“牛”的作用一样，，我们只需用单片机IO口控制L298N的工作，其他的脏活累活全让L298n去做，，好奸商的感觉 哈哈哈哈。
L298n电源接口的接线：电源12V正极→L298n正极 电源12V负极、单片机GND→L298n的GND L298n的5V输出→单片机的5V(用L298n产生的5V给单片机供电) 刚刚说过了 我们使用单片机的IO口输出控制L298n的工作，怎么控制呢？？看到逻辑输入那四个引脚了吗 对就是他们。 左边两个逻辑输入控制电机A(正传、反转、停止) 右边两个逻辑输入控制电机B(正传、反转、停止) 控制逻辑表如下： 直流电机 旋转方式 IN1 IN2 IN3 IN4 MOTOR-A 正转（调速） 1/PWM 0 反转（调速） 0 1/PWM 待机 0 0 刹车 1 1 MOTOR-B 正转（调速） 1/PWM 0 反转（调速） 0 1/PWM 待机 0 0 刹车 1 1 注：“1”代表高电平；“0”代表低电平；“PWM”代表脉宽调制波，调节占空比改变转速。IN1、IN2控制直流电机A，IN3、IN4控制直流电机B；两路是完全独立的。 输入端Inx有防共态导通功能，悬空时等效于为低电平输入。 具体如何控制正反转及停止的：简单说IN1、IN2 输出（0，1）正传、输出（1，1）反转、输出（1，1）制动。 具体的解释大家可以看这篇文章 ： L298N具体使用及控制 那我们只需要输出不同电平就能驱动电机正反转了，但是为了控制电机的转速，不能单纯的输出1、0，可以用PWM控制，通过调整PWM的占空比，就能控制电机的转速。（很好理解吧，我们日常开私家车，也不是一脚踩足油门，一脚刹车踩到底，而是均匀的升速，或者均匀的降速）这就是PWM的功能。 (二)、控制小车前进、后退、左转、右转刚刚已经了解了如何驱动一个电机的转动，那控制小车的前进方向，无非就是四个轮子搭配着运行。 前行：四个轮子都顺转 后退：四个轮子都逆转 左转：左侧两个轮子不动，右边两个轮子往前走。 右转：右侧两个轮子不动，左边两个轮子往前走。
四个电机，由于两个逻辑输入控制L298N的一个电机输出，所以每个电机需要两路PWM输出控制，共需要8路PWM(注意：这8路PWM输出都是连接到L298N的逻辑输入端)，本项目选择STM32单片机的TIM1与TIM4产生PWM输出， 驱动程序代码：PWM.C #include "pwm.h" // TIM1_PWM输出初始化 // TIM1_CH1 = PA8 // TIM1_CH2 = PA9 // TIM1_Reload_Num = TIM1自动重装值 // TIM1_Frequency_Divide = 时钟预分频数 void TIM1_PWM_Init_YX(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE); // 使能TIM1时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOB时钟 // 配置IO模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化PA8、PA9、PA10、PA11 //初始化TIM1的计数模式、分频值、重装载值等 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TIM1_Reload_Num; // 设置下一个更新事件后，装入自动重装载寄存器的值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =TIM1_Frequency_Divide; // 设置TIM3时钟预分频值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; // 设置时钟分割:TDTS = Tck_tim TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式 TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); // 根据参数初始化TIM1 //初始化TIM1_CH1、2的PWM TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 比较输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputState_Disable; // 比较输出N不使能 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 输出极性:TIM输出比较极性高 TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset; TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset ; TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); // 数初始化TIM1_OC1 TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); // 数初始化TIM1_OC2 TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE); // 使能TIM1的自动重装载寄存器 TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); // 主输出使能 TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); // 使能TIM1在OC1上的预装载寄存器 TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); // 使能TIM1在OC2上的预装载寄存器 TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); // 使能TIM1 } // TIM4_PWM输出初始化 // TIM4_CH1 = PB6 // TIM4_CH2 = PB7 // TIM4_Reload_Num = TIM1自动重装值 // TIM4_Frequency_Divide = 时钟预分频数 void TIM4_PWM_Init_YX(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); // 使能TIM4时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 使能GPIOB时钟 // 配置IO模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化TIM4的计数模式、分频值、重装载值等 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TIM4_Reload_Num; // 设置下一个更新事件后，装入自动重装载寄存器的值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =TIM4_Frequency_Divide; // 设置TIM4时钟预分频值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; // 设置时钟分割:TDTS = Tck_tim TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式 TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); // 根据参数初始化TIM4的计数方式 //初始化TIM4_CH1、2的PWM TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 比较输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 输出极性:TIM输出比较极性高 TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC2Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable); // 使能TIM4在OC1上的预装载寄存器 TIM_OC2PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable); // 使能TIM4在OC2上的预装载寄存器 TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); // 使能TIM4 }PWM.h #ifndef __PWM_H #define __PWM_H #include "stm32f10x.h" #define TIM1_Frequency_Divide 719 // TIM1时钟预分频值 #define TIM1_Reload_Num 99 // 自动重装载寄存器的值 #define TIM4_Frequency_Divide 719 // TIM1时钟预分频值 #define TIM4_Reload_Num 99 // 自动重装载寄存器的值 void TIM1_PWM_Init_YX(void) ; // TIM1_PWM输出初始化 void TIM4_PWM_Init_YX(void); // TIM4_PWM输出初始化 #endif /* __PWM_H */ 二、遥控 1、控制介绍对于遥控功能实现，肯定有以下三部分呀，遥控器——无线信号——小车，本人设计了两种方案，一种使用蓝牙信号控制，另一种使用2.4G信号控制。下面说一下两者的优缺点： ①2.4G信号控制：控制距离远，但是需要设计自己设计信号发射端，较为复杂。 ②蓝牙控制：传输距离较近，但是有许多蓝牙串口助手可以使用，可以用手机控制小车运行。本文就着重介绍使用蓝牙控制的方式。 2、蓝牙控制方式(可用手机控制小车)之所以选择蓝牙控制方式呢，当然是因为方便呀，虽然我们没有手柄，但是我们有手机啊，在手机上下载个蓝牙app，手机就可以做遥控器啦，而且网上有一些别人开发好的app，简单省事。 在这里着重介绍一下，本人使用appinventor自己开发了一款蓝牙app，使用效果还不错。 博主强烈建议大家学习一下appinventor，一款用于开发安卓手机app的平台，相信不少人看到这就打退堂鼓了，但是我想说的是：“很简单”、“很简单”、“很简单”！！！！！！，自己做毕设，做项目都可以用，强烈建议，建议，议！！！！！哈哈哈哈
蓝牙app的制作讲解，大家可以看一下我写的另一篇文章： Appinventor——蓝牙app(蓝牙遥控器、串口助手、温湿度显示、切换界面蓝牙依旧保持连接)_最穷不过要饭、不死总会出头的博客-CSDN博客 对于蓝牙模块的使用与传输，大家可以看一下我写的另一篇文章：HC-05（ZS-040）蓝牙模块使用详情（手机与蓝牙模块、手机蓝牙控制单片机、一对蓝牙之间的通信）_最穷不过要饭、不死总会出头的博客-CSDN博客_zs-040蓝牙at设置 3、程序注意：手机蓝牙app持续发送控制指令，那么确保触摸按键松手时，小车停止前行呢。本程序使用time3引用看门狗思想判断数据是否终止，在time3中断函数中停止小车。 当接收到控制指令时清空time3的当前值，如果按键不松手，则一直接收到控制指令，一直驱动小车运行。 当按键松手时，传输中断，无法清空tim3的当前值，触发定时器中断，小车刹车。 int main(void) { extern u8 receive_data; extern u8 time_flag; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //NVIC分组2：2位抢占优先级，2位响应优先级 delay_Init(); // 延时初始化（注：调用延时函数之前，必须先调用delay_Init()将SysTick初始化） TIM3_Time_Init(); // 定时器3初始化 TIM1_PWM_Init_JX(); // TIM1_PWM初始化 TIM4_PWM_Init_JX(); // TIM4_PWM初始化 uart2_init(9600); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx（作用：当蓝牙数据传输停止时，不在清空定时器当前值，触发中断，停车） while(1) { if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==1) { TIM_SetCounter(TIM3,0); //将定时器当前值清零，启动声光报警，1.5s后触发中断关闭 receive_data=USART_ReceiveData(USART2); if(receive_data == 0x31) //前进 { Car_forward(30); } else if(receive_data == 0x32) //后退 { Car_backward(30); } else if(receive_data == 0x33) //左转 { Car_Turn_Left(21); } else if(receive_data == 0x34) //右转 { Car_Turn_Right(21); } } if(time_flag == 1) { time_flag=0; Car_Stop(0); } } } 三、循迹本项目采用三个红外循迹模块。
其原理很简单，// 未碰到黑线(接收到红外光)：对应状态 = 0 // 碰到黑线(未接收到红外光)：对应状态 = 1 也就是说，正常沿着黑线行驶，循迹模块输出高电平。当偏离黑线时，循迹模块输出低电平。我们只需将相应的引脚配置为输入模式，在主循环中不断地采集引脚电平，当左侧出现低电平时，让小车向右转一点调整一定的角度。当右侧出现低电平时，让小车向左转一点调整一定的角度。 程序：trail.c（循迹） #include "trail.h" u8 Trail_Input = 0 ; // 三个寻迹模块的返回值 // 红外寻迹初始化(将PB3、PB4、PB5初始化为上拉输入) // 寻迹左 -- PB3 // 寻迹中 -- PB4 // 寻迹右 -- PB5 //******************************************************************************************************** void Trail_Init_YX(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // GPIOB时钟使能 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // 复用时钟使能 GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE); // 将PB3、PB4释放为通用GPIO口 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; // Trail--PB3、PB4、PB5 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); } //****************************************************************************************************** // 黑线寻迹函数 // 避障模块对应[PB5、PB4、PB3]，右移三位后，Trail_Input 的低三位分别对应右、中、左 //**************************************************************** void Trail_line_read(void) { Trail_Input = 0 ; Trail_Input = (((u8)GPIOB->IDR) & 0x38)>>3; } //****************************************************************trail.h #ifndef __TRAIL_H #define __TRAIL_H #include "stm32f10x.h" // Trail_Input的低三位分别对应[PB5、PB4、PB3]的状态值 // 未碰到黑线(接收到红外光)：对应状态 = 0 // 碰到黑线(未接收到红外光)：对应状态 = 1 //******************************************************************** extern u8 Trail_Input ; // 三个寻迹模块的返回值 //******************************************************************** // 黑线寻迹情况 //********************************************************************* #define Not_Find_Black_Line 0x00 // 未发现黑线 #define Middle_Find_Black_Line 0x02 // 中间发现黑线 #define Left_Find_Black_Line 0x01 // 左侧发现黑线 #define Left_Middle_Find_Black_Line 0x03 // 左中侧发现黑线 #define Right_Find_Black_Line 0x04 // 右侧发现黑线 #define Right_Middle_Find_Black_Line 0x06 // 右中侧发现黑线 #define Left_Right_Find_Black_Line 0x05 // 左右侧发现黑线 #define All_Find_Black_Line 0x07 // 全部发现黑线 //********************************************************************* void Trail_Init_YX(void); // 红外寻迹初始化 void Trail_line_read(void); // 寻迹模块引脚电平读取函数 #endif 四、避障原理与红外循迹差不多，用了三个避障模块。
避障模块的原理与循迹模块类似，我们依旧只需将注意力放在D0引脚的逻辑电平上即可，将3个模块对应单片机的PA4、PA5、PA6引脚配置为输入模式， 若未发现障碍物时，小车直行；当左侧或左前方发现障碍物时时，让小车向右调整一定的角度；当右侧或右前方发现障碍物时，让小车向左调整一定的角度，当正前方发现障碍物时，小车后退一定距离，然后从左侧绕过障碍物。 网上还有很多其他楼主，是用的一个舵机带动一个超声波避障模块做的，但是那种遇到障碍时，必须停下来，然后转动舵机 从而让超声波避障模块转动，测那边没有障碍，从而往那边走。而我们这种设计不需要停下小车再去判断，在行使的过程中直接判断。 程序：elude.c (避障) #include "elude.h" u8 Elude_Input = 0 ; // 三个红外避障模块的返回值 // 红外避障初始化(将PA4、PA5、PA6初始化为上拉输入) // 避障—左 -- PA4 // 避障—中 -- PA5 // 避障—右 -- PA6 void Elude_Init_YX(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // GPIOB时钟使能 // 避障：Elude--PA4、PA5、PA6 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6; // Elude--PA4、PA5、PA6 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); } // 红外避障读取引脚电平函数 // 读取[PA4、PA5、PA6]的状态值，分别对应左、中、右 // 未遇到障碍(未接收到红外光)：对应状态 = 1 // 遇到障碍(接收到红外光)：对应状态 = 0 void Elude_barrier_read(void) { Elude_Input = 0 ; Elude_Input = (((u8)GPIOA->IDR) & 0x70); }elude.h #ifndef __ELUDE_H #define __ELUDE_H #include "stm32f10x.h" // 未遇到障碍(未接收到红外光)：对应状态 = 1 // 遇到障碍(接收到红外光)：对应状态 = 0 //**************************************************************** extern u8 Elude_Input ; // 三个避障模块的返回值 //**************************************************************** // 红外避障情况 //********************************************************************* #define Not_Find_Barrier 0x70 // 未发现障碍 #define Middle_Find_Barrier 0x50 // 中间发现障碍 #define Left_Find_Barrier 0x60 // 左边发现障碍 #define Left_Middle_Find_Barrier 0x40 // 左中侧发现障碍 #define Right_Find_Barrier 0x30 // 右边发现障碍 #define Right_Middle_Find_Barrier 0x10 // 右中侧发现障碍 #define Left_Right_Find_Barrier 0x20 // 左右测发现障碍 #define All_Find_Barrier 0x00 // 全部发现障碍 //******************************************************************** void Elude_Init_YX(void); // 红外避障初始化 void Elude_barrier_read(void); // 避障模块引脚电平读取函数 #endif欢迎大家指正交流，有空可以一起讨论代码啊。 制作不易，感谢大家支持，感谢！！！！！！ --------------一个正在努力的人 完整工程链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w4004-24450682672.18.64a91b42wChteo&id=679724523188 |
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