STM32CubeMX驱动的智能电磁寻迹车

作为大一的小菜花，参加的校内智能车比赛结束了，今天为这段时间做做总结。

一.硬件部分

必需：STM32F103C6T6（或者STM32F103C8T6)，舵机（MG 996R），电机（TT马达 130电机），L298n驱动，电磁杆(可以自己制作)，干簧管，两节18650电池，基础四轮车模。

辅助：OLED，HC-05蓝牙模块。

二.软件部分

必需:ADC多路采集的DMA配置，定时器PWM波输出，普通GPIO口，滤波，归一化，差比和，PID算法。

辅助：OLED驱动，串口打印。

1.舵机

三根线：VCC,GND,信号线。 我们给VCC接的6V。信号线接相应PWM波输出口。

舵机调中值：可以使用编码器调节占空比，看舵机一共能够转动多少占空比的范围（注意！舵机不是可以360度旋转的）。然后取最中间的占空比输出给舵机。小菜花当时是设置的20ms为周期，Counter Period 设置的20000-1。

2.电机

开环控制两个电机：两个PWM波输出，四个普通GPIO口控制高低电平。

3.L298n驱动

可以自己去了解如何接线，这里推荐一篇小菜花看到的文章http://t.csdn.cn/Anzwy

4.干簧管

用于在终点处停车。话不多说，上链接https://share.weiyun.com/2m5eUtRv

5.电磁杆的电感值采集

我们组开始准备使用两个水平电感，两个竖直电感；但是最后由于种种原因，我们使用了两个水平电感，两个内八字电感。（最后我们环岛没有进，所以就只使用了两个水平电感完成了最基础的寻迹）。

ADC给四个电感 开了四路DMA采集 ，分别是A1,A2,A3,A4。

如果有条件可以在电磁杆中间使用第五路电感，就是小菜花开的A5(虽然我最后没有用到）。

还有两路ADC 是采集 两个干簧管的IO口 高低电平。

6.一些算法

软件滤波

滤波（Wave filtering）是将信号中特定波段频率滤除的操作，很大程度上保证了采集到的数据的稳定与真实，是抑制和防止干扰的一项重要措施。

这是参考的别的博主的一种滤波算法：  中位算数平均滤波 。  即结合了中位值滤波和算数平均值滤波的一种算法。

这一篇文章非常详细的讲了滤波http://t.csdn.cn/a8DbF

void Get_ADC(void)	//得到的ADC电压存储在ADC_Val中
{
	int num = 0,count = 0;
	
	for(num = 0; num < 10; num++)
	{
		HAL_ADC_Start_DMA (&hadc1 ,(uint32_t *)adci,7);//开启七路DMA
		HAL_ADC_Start_DMA (&hadc1 ,(uint32_t *)adcj,7);
		HAL_ADC_Start_DMA (&hadc1 ,(uint32_t *)adck,7);
		for(count = 0; count < 7;count++)//取中值
		{
			if (adci[count] > adcj[count])
				{
					adctmp[count] = adci[count]; adci[count] = adcj[count]; adcj[count] = adctmp[count];
				 }
				 if (adck[count] > adcj[count]) 
					 adctmp[count] = adcj[count];
				 else if(adck[count] >adci[count]) 
					 adctmp[count] = adck[count]; 
				 else 
					adctmp[count] = adci[count];
				 sum1[count]+=adctmp[count];
		 }
	 }
	for(count = 0; count < 7;count++)
	 {    
			AD_Val[count]=sum1[count]/10; 
			sum1[count]=0;
	 }
}

归一化

关于为什么要使用归一化：我看到的很多文章说使用归一化可以提高对不同赛道的适应性。我的理解是，在不同的赛道只用去测每一路电感的最大最小值就可以正常跑了，对于特殊元素的特征值不用再去测量。大大提高了对不同赛道的适应性。

归一化的定义：将数据映射到0-1范围之内处理，可以更快速便捷地观察数据。

归一化的公式：（X – Min) /  (Max – Min).

其中 X为某一路电感 滤波后的ADC值；Min / Max为某一路电感 滤波后ADC采集到的最小 / 大值。

/*归一化后每一路ADC的值*/
uint16_t AD_left1;
uint16_t AD_left2;
uint16_t AD_right1;
uint16_t AD_right2;

/*归一化算法*/
void GuiYi_ADC(void)
{
	AD_left1 = (uint16_t) (100 * (AD_Val[1] - AD_left1_min) / (AD_left1_max - AD_left1_min));
	AD_left2 = (uint16_t) (100 * (AD_Val[2] - AD_left2_min) / (AD_left2_max - AD_left2_min));
	AD_right1 = (uint16_t) (100 * (AD_Val[3] - AD_right1_min) / (AD_right1_max - AD_right1_min));
	AD_right2 = (uint16_t) (100 * (AD_Val[4] - AD_right2_min) / (AD_right2_max - AD_right2_min));
}

可以进行适度放大（一般是放大100倍），使车能够更容易的根据电磁值判断路况。

差比和

电磁智能车 是根据电磁杆上电感 采集到的值判断路况，可以说电磁杆上的电感就是一辆电磁智能车的眼睛。差比和值能够让车更直观的判断路况。

差比和公式：（L-R）/（L+R）。差比和值范围0-1。

原理：当电感离中心磁感线越近，采集到的值就越大，反之越小。

所以当差比和值为负的时候，可以判断到车向左偏移了，为正则向右偏移了（公式里面的左右交换了则反之）。

int16_t ad_1_sum;
int16_t ad_1_diff;
double count_1;
double position_1;

/*差比和算法*/
void ChaBiHe_ADC(void)
{
	ad_1_sum = (int16_t)AD_left2 + (int16_t)AD_right1+1;
	ad_1_diff = (int16_t)AD_left2 - (int16_t)AD_right1;
	count_1 = (double)ad_1_diff  / ad_1_sum;
	position_1  = count_1 * 100;
	
	HAL_Delay(5);
}

小菜花给差比和值乘了100，这里的100可以自行修改，根据需要调整。

PID算法

小菜花采用的位置式PD控制舵机。

小菜花将差比和值乘100后（就是上段代码中的position)直接传给PD算法中作为误差error。

那么为什么可以这样呢，因为我把 差比和值为0作为目标，采集回来的差比和值作为实际值，那么误差error就是    实际值-目标值。   注意，我的目标值为0，所以error可以直接为采集回的差比和实际值。

typedef struct 
{
	double  PID_P;         /*  比例常数 */
	double  PID_D;         /*  微分常数 */
	
	
	double  LastError;          /*  前一项误差 */
	double  PrevError;          /*  前第二项误差 */
}PID;

double PID_Vertical (PID *pp)
{
	double dError1, Error1;

	Error1 = position_1;//差比和的值作为error	/*目标值为差比和值为0，所以可以直接将差比和实际所得值作为error*/

	dError1 = pp->LastError - pp->PrevError;
	pp->PrevError = pp->LastError;
    pp->LastError = Error1;
	
	PWMValue1 = pp->PID_P * Error1 + pp->PID_D * dError1;
	
	return	PWMValue1;
}

然后就开始调P和D，如果P D调得好，车就跑得很丝滑。小菜花建议可以使用分段PD来调车，亲测有效！车跑起来确实丝滑。

PD算法返回的值传给

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3,PWMValue1+745);

745是小菜花当时找到的舵机中值，PWMValue1可正可负，调节舵机可以左右转动。

7.特殊元素

十字路口

小菜花当时是用两路水平电感寻迹，到了十字路口也不会出现误判，能够正常行进。

三岔路口

当两路水平电感采集的归一化后的值  出现同时突然下降时，强制打角。

环岛检测

 小菜花是设置了三个标志位，到赛道上去采集阈值。当三个标志位都满足时，进行了强制打角（可以在此时切换为内八字电感寻迹，由内八电感的PD算法输出占空比拐弯进环岛。不推荐强制打角，会降低对不同赛道的适应性）。

然后用水平电感跑环岛。出环的时候检测两条磁感线重合的位置，到赛道测阈值，设置标志位，满足条件则强制直行，延时控制出环岛（依旧不推荐强制控制，但小菜花的能力有限，只能想到这个办法）。

出库

小菜花当时的思路是：开机就强制打角，延时控制直到出库，随后正常水平巡线。（所以出库函数只运行一遍！）

void chuKu(void)
{
	uint16_t i;
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1,7000);//先低速跑电机
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2,7000);
	for(i=155;i<192;i++)
	{
	Value1=i+745;
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3,Value1);
		HAL_Delay(15);
	}
	
}

用了一个for循环（也可以不用，直接输出占空比）。for循环 使舵机打角时不会突然一下就转到相应角度，而是更加丝滑地转过去。

入库

干簧管经过终点磁铁，会由高电平变为低电平。因此，检测到干簧管的IO口有一个电平变化，标志位加一。在while循环里面标志位变为一的时候进行强制打角，延时控制入库，舵机转回中值，电机停止转动。

/*干簧管标志位*/
static uint16_t ganflag = 0;

if ((AD_Val[0]<300||AD_Val[6]<300) )//干簧管检测出入库
{
	ganflag++;
	HAL_Delay(100);

	if ((AD_Val[0]<300||AD_Val[6]<300) && ganflag == 1)
	{
		ruKu();
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);//电机GPIO口高低电平
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
		__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3,745);
	}
}

void ruKu(void)
{
	uint16_t i;
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1,7000);//先低速跑电机
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2,7000);
	for(i=150;i<220;i++)
	{
	Value1=i+745;
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3,Value1);
		HAL_Delay(15);
	}
	
}

干簧管标志位检测可以放在中断里面更好，检测到一次下降沿，触发一次中断，标志位加一。

小菜花放在while循环里面会存在一个问题：过一次磁铁，标志位不只加一（我猜测是干簧管检测到一次电平变化，但是代码已经刷过好几遍了，所以标志位加的次数不定）。所以，我加了一个延时，HAL_Delay(100),试了一下，可以过一次干簧管，标志位加一。

8. 一些建议

电磁杆 

我们当时是自己做了电磁杆，但是由于其中有一路重要电感不能用，所以最终放弃，买了一个电磁杆（所以被迫使用水平+内八字电感）。   建议大家有条件的可以买一个电磁杆，不要把过多的时间都放在修电磁杆上面了！！！

OLED

可以用OLED来显示数据，观察起来很方便。 不幸的是，小菜花当时的OLED不知道为啥用不了，

插核心板上面一点反应都没有！！！

HC-05蓝牙模块

可以使用空闲中断，用蓝牙与手机通信，直接在手机上面调节PD值，十分方便。

Debug

如果你跟我一样，不幸地 OLED用不了，蓝牙串口不，打印那么就用Debug看变量的值吧！！！

文末

还有一个电脑端上位机VOFA+，推荐使用（由于小菜花能力和时间有限，没有深入了解这个VOFA+），读者可以自己去了解使用。