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基于STM32开发板的循迹小车设计研究

STM32的简单应用之循迹小车

前言

智能寻迹基于自动引导机器人系统，可以实现小车自动识别路线。智能寻迹小车运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术实现，管理时自动寻迹导航。该技术已经应用于无人驾驶机动车、无人工厂、仓库、服务机器人等多种领域。

本设计的完整的系统主要包括STM32单片机最小系统、L298n电机驱动、三路红外循迹模块。

本设计软件系统采用模块设计思想，采用C语言作为程序设计语言，通过KEI MDK完成程序设计，使用仿真器下载软件完成程序的烧录和在线调试。在系统硬件和软件系统都完成后，经过相应的软硬件测试后，通过搭建实验平台，逐步验证系统功能。最后，经过实际试验，验证了本系统具有很好的实用性和稳定性。

一、循迹小车的硬件模块有哪些？

本设计的完整的系统主要用到的硬件模块如下：
STM32C8T6核心板（一块）
L298N电机驱动（一个）
直流减速电机（四个）
三路红外循迹模块（一个）
12V供电电池（两节）
ST—LinkV2驱动（一个）

  1. STM32C8T6核心板STM32F103C8T6是一个中密度性能线,配有ARM Cortex-M3 32位微控制器,48路LQFP封装.它结合了高性能的RISC内核,运行频率可达72MHz,以及高速内嵌存储器,增强范围的强化输入/输出和外部连接这里插入图片描述
    STM32F103C8T6是一个中密度性能线,配有ARM Cortex-M3 32位微控制器,48路LQFP封装.它结合了高性能的RISC内核,运行频率可达72MHz,以及高速内嵌存储器,增强范围的强化输入/输出和外部连接至两个APB总线.STM32F103C8T6具有12位模数转换器,计时器,PWM计时器,标准和高级通讯接口.一套全面的省电模式允许设计者设计低功耗应用。

  2. L298N电机驱动

    L298N电机驱动模块性能特点：
    　　1：可实现电机正反转及调速。
    　　2：启动性能好，启动转矩大。
    　　3：工作电压可达到36V，4A。
    　　4：可同时驱动两台直流电机。
    　　5：适合应用于机器人设计及智能小车的设计。

  3. 直流减速电机

    直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。这大大提高了，直流电机在自动化行业中的使用率。

  4. 三路红外循迹模块
    当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，输出端将输出低电平；当小车行驶到黑线时，红外线信号被黑色吸收后，将输出高电平，从而实现了通过红线检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机的 I/O 口，当 I/O 口检测到的信号为高电平时，表明小车处在黑色的引线上；同理，当 I/O 口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。
    循迹模块用了三路采样，中间一个控制轨迹，两侧的用于检测道路的分支、弯道、交叉口等，布置如下：

  5. STLinkV2驱动

    ST-LINK/V2 是STM8 和STM32 微控制器系列的在线调试器 和编程器。 单线接口模块（SWIM）和串行线调试（SWD）接口用 于与应用板上的STM8 和STM32 微控制器通讯。
    接线方式如下：

二、软件程序

1.头文件

time.h：

#ifndef __TIME_H 
#define __TIME_H

void TIM3_PWM_Init(void);
	
#define      IN1         PAout(6)
#define      IN2         PAout(7)
#define      IN3         PBout(0)
#define      IN4         PBout(1)


#define      L      PBin(3) 
#define      M      PBin(4)
#define      R      PBin(5)

void Forward(void);
void Rightward(void);
void Leftward(void);
void Stopward(void);


#endif

2.主函数：

time.c:

#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "time.h"



void TIM3_PWM_Init(void)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); 
	
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0| GPIO_Pin_1; //定义电机引脚 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP ; //推挽
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4| GPIO_Pin_5; //定义红外引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6| GPIO_Pin_7;//定义电机引脚 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //推挽
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	

	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =99; //装入自动重装载寄存器的值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =71; //设置TIM3的时钟预分频系数
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); 
	

	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;//选择定时器模式：TIM脉冲宽度调制模式
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState=TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;
	
	TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM3_OC1
    TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM3_OC2
	TIM_OC3Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM3_OC3
	TIM_OC4Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM3_OC4
	
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM3在oc1上的预装载寄存器
	TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM3在oc2上的预装载寄存器
	TIM_OC3PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM3在oc3上的预装载寄存器
	TIM_OC4PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM3在oc4上的预装载寄存器
	
	
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);//使能TIM3的自动重装载寄存器
	

	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
	
	

}


void Forward(void)
{
		TIM_SetCompare1(TIM1,100);	
		TIM_SetCompare2(TIM1,100);	 
	    TIM_SetCompare3(TIM1,100);	
        TIM_SetCompare4(TIM1,100);
		IN1 =1;
		IN2 =0;
		IN3 =1;
		IN4 =0;

}

void Rightward(void)
{
		TIM_SetCompare1(TIM1,50);	
		TIM_SetCompare2(TIM1,50);	 
	    TIM_SetCompare3(TIM1,100);	
	    TIM_SetCompare4(TIM1,100);
		IN1 =1;
		IN2 =0;
		IN3 =0;
		IN4 =1;

}


 
void Leftward(void)
{
      TIM_SetCompare1(TIM1,100);	
	  TIM_SetCompare2(TIM1,100);	 
	  TIM_SetCompare3(TIM1,50);	
	  TIM_SetCompare4(TIM1,50);
	  IN1 =0;
      IN2 =1;    
	  IN3 =1;
	  IN4 =0;

}	


void Stopward(void)
{

		IN1 =0;
		IN2 =0;
		IN3 =0;
		IN4 =0;


}

main.c:

#include "time.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"


 int main()
 {
  
   TIM3_PWM_Init();
	 
	 while(1)
	 {
		
	 if(L==0&&R==0)
     Forward();
	 
	 if(L==1&&R==0)
	 Leftward();
	 
	 if(L==0&&R==1)
	 Rightward();
	 
	 if(L==1&&M==1&&R==1)
	 Stopward();	 
	 
	 }
	 
	
 }

三、实物图


以上即基于STM32嵌入式开发板的循迹小车的最终效果图。

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