基于STM32的自动循迹与自动搬运物联网图传小车

前言
本着技术本身的原则，写了这篇博客，为尚未接触嵌入式C编程，和正在学习C编程的同学提供一套完整的智能小车方案和学习思路。
本篇介绍的是纯自主开发的单片机智能小车，不同于网上那些，本篇介绍的是集成了红外循迹，超声波测距，机械臂抓取，蓝牙控制，视频图传在内的一套综合应用方案，代码方案可应用于实际项目。
视频演示：【梦飞智能-多功能机械臂小车-哔哩哔哩】 https://b23.tv/2EvpPYa
1.硬件组成
（1）小车主控采用stm32F030c8t6，主频48M，RAM20KB，flash64KB，ARMcortex-M0内核，引出了3路舵机接口用于控制机械臂，4路PWM用于电机控制，4路GPIO用于循迹传感器连接，以及一个超声波传感器接口和一个串口，主板大小只有5cm x 3.5cm左右，非常小巧美观，四个安装孔设计的可直接安装在舵机云台底部，采用USB供电或者5V电源接口供电。
（2）小车驱动板是梦飞自主开发的双LM2596+RZ7889电源和电机驱动一体化设计，电压输入6-15V，5V输出能力达到3A，电机驱动能力达到5A，（注意这个数据，可查查一般驱动板是什么能力）
（3）极简三自由度机械臂，说高级一点这个模块是个机械臂，说简单点就是一个两轴云台+一个爪子，之所以这样做的目的就是方便定位和快速抓取，不用空间逆运算定位物体坐标，对于MCU来讲就是三个PWM控制上下左右和夹取，因此代码实现难度上非常简单，适合初学者。
（4）基于ESP32的视频图传和蓝牙控制方案，这里所讲的是两个模块，ESP32图传模块，以及蓝牙控制模块，ESP32支持HTTP协议获取图传，以及RTSP协议获取图像（这对于学习网络协议非常有意义），蓝牙模块采用串口蓝牙，上位机给蓝牙发送数据，只需串口接收和处理即可
（5）循迹和超声波测距，循迹采用最简单的两路循迹原理，超声波采用市面上最常见的超声波模块，具体不做赘述。

2.软件实现
重点讲解软件实现原理，整套软件代码基于ucosii架构，采用多任务并行的方式实现，可以将上述硬件分成不同的软件模块进行实现。
（1）基础驱动模块
包括PWM驱动，GPIO，串口这些引脚功能配置，将引脚定义全部采用宏定义方式进行统一管理。更改引脚功能只需要修改宏即可，这种方案是单片机架构中最常用的一种引脚处理方式。
（2）多任务划分
将需要实时处理的模块划分成多个任务，目前设计了串口数据处理任务，超声波测距任务，红外循迹处理任务，按键检测任务，LED显示任务等多个并行任务，其中优先级最高的是串口数据处理任务；
（3）串口数据处理
处理蓝牙发送的实时串口数据，从而执行对应得动作，由于蓝牙数据可能是持续得，我们不能接收一条处理一条，容易造成数据丢失和混乱，因此这里引入了队列得数据结构，将蓝牙数据保存在队列缓存中，通过中断数据接收存入队列，然后在串口数据处理任务中轮询读取队列和处理，保证数据准确和高效处理。
（4）手动控制自动控制实现
如何让不同得功能顺利切换是一套关键策略，本方案中默认采用手动控制模式，通过手机app操作进行小车前后左右控制和机械臂上下左右控制，然后通过app操作给小车下发自动控制指令进入自动控制模式。MCU接收到串口指令时，先保存当前小车控制状态，这里设计了一套小车控制状态得结构体数据，包括小车运动控制参数和状态控制参数，当状态控制参数处于手动控制模式时，小车响应app控制操作，当状态参数处于自动控制模式时，小车响应自动循迹，自动测距和自动抓取得动作，另外控制模式切换也兼容主板上得按键进行手动切换。
（5）自动循迹和自动抓取实现逻辑
自动循迹和自动抓取在同一任务中进行，使用超声波测距进行目标障碍物检测，若前方没有障碍物则正常循迹，若前方出现障碍物，距离达到可夹取范围时，循迹停止，并控制机械臂向下运动到指定位置，夹取目标后再放置到预定位置，放置完之后再继续循迹。从而实现了自动搬运障碍物得操作。
（6）视频图传和手机app控制
视频图传是基于ESP32-CAM实现，采用arduino编程，通过获取摄像头图像然后使用HTTP协议上传，手机端app开启会自动链接摄像头的ip地址从而获取到视频图像，目前使用VGA分辨率实时传输图像和显示可达到25fps，基本能做到实时显示，app配合蓝牙连接和下发指令可实现不同的功能控制。比如需要控制机械臂可以切换到机械臂控制模式，然后使用控制按钮进行控制。

功能应用场景：
1.视频图传和运动控制，以及手动搬运目标物体
2.自动循迹和自动控制搬运物体到指定位置
3.自动循迹和自动清理垃圾等