自動循跡小車課程設(shè)計

1、課程報告課程名稱：嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用項目名稱：自動循跡小車院 系：理學(xué)院專 業(yè)：自動化1401學(xué) 號：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx姓 名：xxxxxxxx指導(dǎo)導(dǎo)師：xxxxxxxx2017年05月23日西京學(xué)院理學(xué)院制摘要本次課程設(shè)計主要完成基于STM32F103微處理器的智能小車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計。此智能小車系統(tǒng)的組成主要包括STM32F103控制器、電機驅(qū)動電路、紅外探測電路。本次試驗采用STM32F103微處理器為核心芯片，利用PWM技術(shù)對速度進行控制，循跡模塊進行黑白檢測，其他外圍擴展電路實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能。實現(xiàn)了智能小車能夠自動跟蹤地面上的黑色軌跡的任務(wù)。關(guān)鍵字：STM32

2、；紅外探測；PWM；電機控制AbstractThis course design mainly completes the system design of intelligent car control system based on STM32F103 microprocessor. The composition of this intelligent car system mainly includes STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit. This test uses STM32F

3、103 microprocessor as the core chip, the use of PWM technology to control the speed, tracking module for black and white detection, other peripheral expansion circuit to achieve the overall function of the system. To achieve the smart car can automatically track the black track on the ground task.Ke

4、ywords：STM32；infrared detection；PWM；motor control目錄1設(shè)計任務(wù)要求12方案設(shè)計及選型12.1 總體方案選擇12.2 車型選型12.3 器件選型23系統(tǒng)電路設(shè)計23.1 循跡模塊接口電路設(shè)計23.2 電機驅(qū)動模塊接口電路設(shè)計33.3 電源設(shè)計43.4 STM32小系統(tǒng)54系統(tǒng)軟件設(shè)計64.1 主程序設(shè)計64.2 功能函數(shù)設(shè)計65系統(tǒng)測試66結(jié)束語7參考文獻8附錄一：系統(tǒng)總體電路圖9附錄二：部分程序10附錄三：作品實物圖111設(shè)計任務(wù)要求 本設(shè)計通過對軌跡跟蹤問題的分析，制作了一輛能夠自動跟蹤地面上的黑色軌跡的智能小車。（1）設(shè)計搭建小車結(jié)構(gòu)框架，

5、兩驅(qū)或四驅(qū)不限，機械轉(zhuǎn)向靈活。（2）設(shè)計選型電源、電機、傳感器、STM32控制器板等電路模塊，完成方案設(shè)計和電路圖繪制。（3）設(shè)計功能函數(shù)和軟件流程圖。2方案設(shè)計及選型2.1 總體方案選擇 基于對小車循跡準(zhǔn)確性以及速度的綜合考慮，我們最終選擇的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：圖2-1 總體方案框圖2.2 車型選型基于在循跡小車設(shè)計報告的實際完成情況，我們考慮到小車調(diào)試頻繁的問題、電池使用時間長短以及小車的靈活性，我么們選擇了由倆個電機與一個萬向輪組成的倆驅(qū)小車。車架使用市面上的合成簡易車架。2.3 器件選型（1）循跡模塊選型方案一：采用紅外對管對黑帶進行高頻率掃描，并將掃描結(jié)果串行輸出，用斯密特觸發(fā)器

6、對波形整形后，將數(shù)據(jù)送入STM32進行分析判斷。優(yōu)點：節(jié)省系統(tǒng)消耗的功率，節(jié)約STM32的I/O，硬件電路的接線變得簡潔。缺點：信息處理速度相對于并行輸出慢，相鄰紅外會產(chǎn)生干擾。方案二：采用多路反射型的光電傳感器TCRT5000對地面進行檢測，將所采集到的信息并行輸入比較器比較后，再將數(shù)據(jù)送入STM32處理。優(yōu)點：信息處理速度快，相鄰傳感器不會相互干擾，操作方便，結(jié)構(gòu)簡單。缺點：占用STM32的I/O較多，連線相對繁瑣。方案選擇：考慮到小車對信息的采集速度及檢測的準(zhǔn)確性，我們最終選用了方案二。（2）驅(qū)動及電機選擇 驅(qū)動選擇：由于L298N驅(qū)動有以下優(yōu)點： a.可實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)； b.啟動性能好

7、，啟動轉(zhuǎn)矩大； c.可同時驅(qū)動兩臺直流電機；所以我們最終選擇了L298N驅(qū)動。 電機選擇：直流減速電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，速度快，功耗低，又因為本設(shè)計是用電池供電，所以我們最終選擇了6V的直流減速電機作為小車的驅(qū)動電機。3系統(tǒng)電路設(shè)計3.1 循跡模塊接口電路設(shè)計 小車在白色地面行駛時，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外信號被反射，接收管接收到信號后，輸出端為低電平。紅外傳感器的三個輸出端口分別與控制模塊的PA4-PA6依次相連，而當(dāng)紅外信號遇到黑色導(dǎo)軌時，紅外信號被吸收，接收管不能接收到信號，輸出端為高電平。單片機通過采集每個紅外接收管的輸出信號，便可以檢測出所處位置，從而控制小車的轉(zhuǎn)向。我們采用的傳感器為紅外避障模

8、塊傳感器，它是采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高度靈敏光電晶體管組成。紅外避障傳感器的發(fā)射管和接收管是一起封裝在矩形塑料殼中，為了使檢測更加準(zhǔn)確，我們用了紅外避障傳感器檢測黑線，其中一只放在黑線上方其余2只對稱分布在黑線的兩側(cè)。循跡模塊實物如圖3-1所示：圖3-1 紅外避障模塊傳感器實物圖圖3-2 循跡模塊原理圖3.2 電機驅(qū)動模塊接口電路設(shè)計 對于小車車輪的兩個直流電機，我們采用了一片電機驅(qū)動芯片L298N對其進行驅(qū)動。STM32為芯片提供驅(qū)動信號，傳至PWM控制各個電機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整小車的前進速度和轉(zhuǎn)向。其實物模塊如圖3-2所示。其中左前電機：PB12（方向）+PA8（PWM），右前電機：

9、PB13（方向）+PA9（PWM）。圖3-3 電機驅(qū)動實物模塊圖圖3-4 電機驅(qū)動模塊原理圖3.3 電源設(shè)計本設(shè)計中采用的是6V電池供電，因為主控芯片以及其余模塊均采用的3.3V供電，直流減速電機采用6V供電，傳感器采用5V供電，其實物圖如3-3所示。圖3-5 電源模塊實物圖3.4 STM32小系統(tǒng)本設(shè)計采用了一片STM32單片機為控制核心。通過循跡模塊、驅(qū)動模塊的應(yīng)用，實現(xiàn)了小車轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、自動循跡的任務(wù)。其原理圖如圖3-4所示：圖3-6 主控制模塊原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計當(dāng)開機時，系統(tǒng)復(fù)位，然后進入自動運行狀態(tài)。使小車沿黑線行進，并且在小車偏離軌道后自動調(diào)整走向使之返回預(yù)定路線

10、。該模塊的具體設(shè)計流程框圖如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖4.2 功能函數(shù)設(shè)計（1）方向判斷由if.else if函數(shù)書寫；（2）用定時器來生成PWM的占空比； （3）定時器初始化函數(shù)Tim1_Init()；5系統(tǒng)測試（1）測試儀器：示波器，電源，萬用表。測試方法：采用模擬電路由前端到后段，數(shù)字電路先仿真再試測，先逐個模塊測試再整體調(diào)試的辦法。（2）循跡模塊測試連接好電路，調(diào)好靈敏度，然后用萬用表分別測量光電傳感器接收端的輸出電壓值，其值如表5-1所示： 表5-1 光電傳感器輸出電壓測量光電傳感器編號1234光電傳感器接收端電壓(V)白線（V）4.834.81483487黑線（V）0

11、.420.430.450.45（3）占空比與小車運行速度測試表5-2 占空比與小車運行速度對應(yīng)表占空比前進速度（cm/s）后退（cm/s）20%0050%30.530.370%36.736.5100%45.945.76結(jié)束語首先謝謝老師對我門的指導(dǎo)，謝謝同學(xué)給我們的幫助。在以后的學(xué)習(xí)工作中，我們一定會將今天所學(xué)習(xí)到的知識應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。當(dāng)然，該小車還存在著一些缺陷，比如：功耗較大、外型不夠美觀等。導(dǎo)致我們的小車出現(xiàn)那好多問題?？傊覀兊脑O(shè)計還有很大的提升空間。本次設(shè)計我們無論是在硬件還是軟件上的能力都有很大的提高，比如，接線端口有誤，沒有檢查仔細是我們的進程有了延誤。這使我們經(jīng)歷了一個設(shè)計

12、從方案提出到確定，到最后的調(diào)試出實物，看到效果。在這個過程中收獲巨大。通過競賽，我們提高了自學(xué)能力以及團隊協(xié)作能力，并進一步提高了對本專業(yè)的興趣。本次競賽對自己的信心也有很大提高，在以后的學(xué)習(xí)中，我們會再接再厲。參考文獻1 劉軍，張洋.原子教你玩STM32M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013-05-012 李亞巨，樊東.基于stm32f103zet6的智能小車的制作J.電子制作，2013-113 李婕.基于STM32的智能小車的制無線視頻監(jiān)控智能小車設(shè)計D.蘭州：蘭州理工大學(xué)出版社，2014-44 劉火良，楊森.電子與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計叢書.機械工業(yè)出版社，2017-25 蔣建春，曾素華.嵌

13、入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用.高等教育出版社，2014-01-01 6 劉彥文.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，2017-02-017 譚會生.ARM嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用開發(fā)，西安電子科技大學(xué)出版社，2017-02-01附錄一：系統(tǒng)總體電路圖 附錄二：部分程序int main(void)BSP_Init();/系統(tǒng)初始化SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK); SysTick_Config(72000); /1ms延時,72000/72000000Hz=1msTim1_Init();/定時器初始化函數(shù),設(shè)定PWM頻率5kHzwhi

14、le(1)if(LeftSensor()=0&&MidSensor()=1&&RightSensor()=0)/只有 中間光電 在黑線上 Motor1234(80,80,80,80);/Motor1234(duty1,duty2,duty3,duty4); /前進8selse if(LeftSensor()=0&&MidSensor()=0&&RightSensor()=0)Motor1234(80,80,80,80);/Motor1234(duty1,duty2,duty3,duty4); /前進8selse if(LeftSensor()=1&&MidSensor()=0&&RightSensor()=0)/左邊遇見黑線Motor1234(-100,100,-100,100);/Motor1234(-duty1,duty2,-duty3,duty4); /前進8selse if(LeftSensor()=0&&MidSensor()=0&&RightSensor()=1)/右邊遇見黑線Motor1234(100,-100,100,-100);/Motor1234