代码收藏家 stm32+k210视觉小车——来拒去留+多位串口通信
stm32F407+k210视觉小车
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前言
暑假没事做，从学校带回了一些开发板（stm32F407和k210），在B站学习了串口的多位通信以及串级PID，制作了一个具有来拒去留、可控制位置、控制轮子转速以及舵机转向功能的视觉小车。在这里做一个开源，顺便讲解一下该视觉小车的制作思路和过程。演示视频戳这里https://www.bilibili.com/video/BV15Y4y1F7VQ?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=25a8aa89291db245e99a1e95bd6f2b19
（开源链接在文章最后）
一、制作思路
小车最基本的就是它的轮子了，其实每个小车基本上都会用到读轮子的编码器以及用PID控制它的转速。知道了这一点，那么接下来便是操控它的转速，来靠近目标。而想要识别目标位置，则需要用到视觉模块（这里用的是k210）。
当识别到目标的时候，k210会将图中白框的面积以及中间的十字坐标通过串口传将数据包递给stm32,stm32获得数值（下图OLED屏幕最下面一行就是数据包）
二、讲解与说明
1.控制部分代码思路
上文说到，k210会回传解析包。单片机则会解析它们，具体方式也就是取余数或者是取百位/千位。比如我这里使用十位数据进行数据包传输，其中后三位数据是位置判断，那么就需要对十位数据DATA_NUM进行取余运算。
Orientation=DATA_NUM%1000;
Distance=(DATA_NUM-Orientation)/1000%1000000;
这样就得到了方位-Orientation，以及距离-Distance
通过白框的面积大小判断与物体的间距，通过中心十字判断左右。
距离控制：当白框变大且小车在不断靠近目标的时候，白框变大，轮子将会减速，并停在期望位置，此时再拉开小车与目标的距离，白框变小，轮子将会加速。
方向控制：假定期望数值是目标在中间的数值（我测出为190），那么小于190时，就该左转，大于时候要右转。
该怎样控制距离呢？是距离增大我就一股脑的往前冲，然后距离减小我就直接往后退？显然这样是不行的，假设目标距离为4000，这时候你靠近了，变成了3999，小车就会突然后退，而它一旦后退，3999就变化成大于4000的数字，这时又向前冲…这便产生了振荡。这并不是我们想要的现象，所以我们应该在目标刚靠近小车时，缓慢后退，靠近的越多，退的越快。靠近的时候如果手里的“目标物”突然停下，小车会从刚才的快速后退变成慢速后退，直到不断接近期望距离。这种思路便是PID了。PID这一部分的讲解，推荐各位去B站一个叫“天下行走”的UP那里学习，他讲的很详细，这里不在赘述。
该UP的个人空间链接
轮子速度控制部分代码
int Speed_PID_1(float true_speed)
{
hope_speed_1=Speed_PID();
err=hope_speed_1-true_speed;
integral += err;
if(integral<0)integral=0;
out= KP*err+
KI*integral+
KD * (err - err_last);
if(Speed_PID()==0||Distance==0)out=0;
if(out>=899)out=899;
return out;
}
小车位置控制部分代码
S_Distance=Hope_Distance-Distance;
if(S_Distance<0)
{
GO_flag=0;
S_err=Distance-Hope_Distance;
S_integral += S_err/1000;
if(S_integral<0)S_integral=0;
if(S_integral>1000000)S_integral=1000000;
S_out= S_KP*S_err+
S_KI*S_integral+
S_KD * (S_err - S_err_last);
if(Distance==0)S_out=0;
S_out=(S_out>0)?S_out:0;
S_out=(S_out<99999)?S_out:99999;
}
2.通信部分代码讲解
通信开始后，作为接收方，需要知道这一段数据在什么时候开始，以及在什么时候结束，那么发送方则需要在发送的时候有一个起始位和终止位，这便是一种“协议”，我这边以0x0A代表起始，0x0D代表终止，因为传输的只有数字，是数字0—9，其编码是0x30—0x39，所以不会和协议位冲突。
具体思路：
情况1：传输开始，假设我一开始就检测到了0x0A,则会将状态值RxState 置1，进入模式1，模式1通过循环，将接下来接收到的数字存放在数组中，再将数组的数值进行排列，获得原本的数据。在循环运算完毕后，将状态值置2，等待0x0D的出现。0x0D出现后，将状态值置0，等待0x0A出现，进入下一次循环。
情况2：假设传输开始，但是我没接收到0x0A，接收到了其他的东西，那么由于状态值依然是0，所以将会一直等待0x0A，直到它出现。
这里觉着讲的不是很清楚的话，可以去B站看这一期视频
部分代码如下（示例）：
int j=0,i=0;
int DATALONG=10; //修改长度
int DATA_NUM=0;
int Distance; //距离
int Orientation; //方位
uint8_t Serial_TxPacket[4]; //FF 01 02 03 04 FE
uint8_t Serial_RxPacket[10]; //修改长度
uint8_t Serial_RxFlag;
void USART1_IRQHandler(void)//串口中断服务函数，在这里面获得信息并进行解析
{
static uint8_t RxState = 0;
static uint8_t pRxPacket = 0;
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
{
uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);
if (RxState == 0)
{
if (RxData == 0x0A)
{
RxState = 1;
pRxPacket = 0;
}
}
else if (RxState == 1)
{
Serial_RxPacket[pRxPacket] = (RxData/16)*10+RxData%16-30;//十六进制转十进制
pRxPacket ++;
if (pRxPacket >= DATALONG)
{
for(j=0;j<=DATALONG-1;j++)
{
//将信息包整理成一串数字
DATA_NUM=DATA_NUM*10+Serial_RxPacket[j];
//信息包解析
Orientation=DATA_NUM%1000;
Distance=(DATA_NUM-Orientation)/1000%1000000;
// OLED_ShowNum(0, 0,Orientation , 10,16,1);
OLED_ShowChinese(0,32,11,16,1);//距
OLED_ShowChinese(16,32,15,16,1);//：
OLED_ShowNum(24,32,Distance, 5,16,1);
OLED_ShowChinese(70,32,14,16,1);//位
OLED_ShowChinese(86,32,15,16,1);//：
OLED_ShowNum(94,32,Orientation, 3,16,1);
OLED_ShowNum(0,48,DATA_NUM, 10,16,1);
}
RxState = 2;
}
}
else if (RxState == 2)
{
if (RxData == 0x0D)
{
DATA_NUM=0;
RxState = 0;
Serial_RxFlag = 1;
}
}
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
}
}
3.过程经验以及注意事项
#一般写代码，我会用中景园电子的I2C例程作为底层代码进行搭建，里面含有数字、字符串和中文等的屏幕显示，以及有串口的初始化代码，这些比较基础的就不需要自己再手撕浪费时间了。
#同时，在编写的时候，写一步验证一步，确保这串代码能用之后，再去写下一串，不要一连写好几个C文件插进去，然后出了一些问题，都不知道出现在哪，原地歇逼。
#硬件电路上，一定要小心谨慎，插对没事，插错直接“嘎嘣脆，芯片味”。
#还有就是，有时候出bug不一定是软件上的，比如我这次的k210通信传输，我为了确保传输没问题（是正确传输而不是乱传一串数字），我在前面加上了“10”作为开头标志，但有时候依然会出现传输一串以其他数字组合为开头的数据包，后来才发现，我把k210的5V/GND插在了单片机上，导致供电不足，k210不能正常工作，而并不是stm32这边的代码出了问题。
开源网址
链接：https://pan.baidu.com/s/1OzLqJF2pth75rx61Fuxnzw
提取码：2233
一些硬件引脚连接和注意事项写在txt以及main.c的开头了
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