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本次试验主要分析了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计过程。此智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片,利用PWM技术对速度以及舵机转向进行控制,循迹模块进行黑白检测,避障模块进行障碍物检测并避障功能,其他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时,避障程序优先于循迹程序,用超声波避障电路进行测距并避障,在超声波模块下我们使用舵机来控制超声波的发射方向,用红外探测电路实现小车循迹功能。在硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软件设计方案,并在STM32集成开发环境Keil下编写了相应的控制程序,并使用mcuisp软件进行程序下载。
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基于 stm32 的智能小车设计
- 1 -
摘要
本次试验主要分析了基于 STM32F103 微处理器的智能小车控制系统的系统
设计过程。此智能系统的组成主要包括 STM32F103 控制器、电机驱动电路、红外
探测电路、超声波避障电路。本次试验采用 STM32F103 微处理器为核心芯片,利
用 PWM 技术对速度以及舵机转向进行控制,循迹模块进行黑白检测,避障模块进
行障碍物检测并避障功能,其他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时,
避障程序优先于循迹程序,用超声波避障电路进行测距并避障,在超声波模块下
我们使用舵机来控制超声波的发射方向,用红外探测电路实现小车循迹功能。在
硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软
件设计方案,并在 STM32 集成开发环境 Keil 下编写了相应的控制程序,并使用
mcuisp 软件进行程序下载。
关键词:stm32;红外探测;超声波避障;PWM;电机控制
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基于 stm32 的智能小车设计
- 2 -
Abstract
This experiment mainly analyzes the control system of smart car
based on microprocessor STM32F103 system design process. The
composition of the intelligent system mainly including STM32F103
controller, motor drive circuit, infrared detection circuit, circuit
of ultrasonic obstacle avoidance. This experiment adopts STM32F103
microprocessor as the core chip, using PWM technique to control speed
and steering gear steering, tracking module is used to detect the
black and white, obstacle avoidance module for obstacle detection and
obstacle avoidance function, other peripheral extended circuit to
realize the whole system function. When the car is moving, obstacle
avoidance program prior to tracking, using ultrasonic ranging and
obstacle avoidance obstacle avoidance circuit, we use steering gear
under ultrasonic module to control the emission direction of
ultrasonic, infrared detection circuit is used to implement the car
tracking function. On the basis of the hardware design is proposed
for motor control function, simple intelligent car tracking and
obstacle avoidance function of software design, and in the STM32
integrated development environment under the Keil. Write the
corresponding control program, and use McUisp program download
software.
Keywords:STM32;Infrared detection;Ultrasonic obstacle avoidance;PWM;
Motor control
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基于 stm32 的智能小车设计
- 3 -
目录
1.绪论..........................................................- 4 -
1.1 研究概况 ..................................................- 4 -
1.2 研究思路 ..................................................- 4 -
2.软硬件设计....................................................- 5 -
2.1 中央处理模块 ..............................................- 5 -
2.1.1 stm32f103 内部结构 ....................................- 6 -
2.1.2 stm32 最小系统电路设计 ................................- 7 -
2.1.3 stm32 软件设计的基本思路 ..............................- 9 -
2.1.4 stm32 中断介绍 ........................................- 9 -
2.1.5 stm32 定时/计数器介绍 ................................- 11 -
2.1.6 主程序设计流程图 .....................................- 12 -
2.2 电机驱动模块 .............................................- 13 -
2.2.1 驱动模块结构及其原理 .................................- 13 -
2.2.2 驱动模块电路设计 .....................................- 13 -
2.2.3 驱动软件程序设计 .....................................- 14 -
2.3 避障模块设计 .............................................- 18 -
2.3.1 避障模块器件结构及其原理 .............................- 19 -
2.3.2 HC-SR04 模块硬件电路设计 .............................- 21 -
2.3.3 HC-SR04 模块程序设计 .................................- 21 -
2.4 循迹模块设计 .............................................- 28 -
2.4.1 循迹模块结构及其原理 .................................- 28 -
2.4.2 循迹模块电路设计 .....................................- 30 -
2.4.3 红外循迹模块程序设计 .................................- 30 -
3.软件调试.....................................................- 33 -
3.1 程序仿真 ................................................- 33 -
3.2 程序下载 .................................................- 34 -
4.系统测试.....................................................- 35 -
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基于 stm32 的智能小车设计
- 4 -
5.总结.........................................................- 37 -
致谢...........................................................- 39 -
参考文献.......................................................- 40 -
附录...........................................................- 41 -
1.绪论
智能小车通过各种感应器获得外部环境信息和内部运动状态,实现在复杂环境
背景下的自主运动,从而完成具有特定功能的机器人系统。而随着智能化电器时
代的到来,它们在为人们提供的舒适的生活环境的同时,也提高了制造智能化电
器对于人才要求的门槛。智能小车是集成了多种高新技术,它不仅融合了电子、
传感器、计算机硬件、软件等许多学科的知识,而且还涉及到当今许多前沿领域
的技术,它是一个国家高科技技术水平的重要体现。通过建立起简易智能小车的
设计,引导学生从理论走向实践,培养同学们的动手能力,使同学们在了解智能
化电器的工作原理的基础上,还使同学们获得完成整体项目的能力,并掌握了
Stm32 开发板的编程原理,为同学们进入 ARM 领域提供了基础。另外,本次课程
设计,使同学们了解自己的不足之处,从而使同学们有目标的提升自己的能力。
1.1 研究概况
国外研究概况:上世纪 50 年代初,国外就有智能车辆的研究,从 90 年代开始,
智能车辆的研究就进入了系统化、大规模的研究阶段。尤其突出的是美国卡内基
-梅陇大学机器人研究所已经完成了 Navlab 系列的自主车辆的研究,这一研究成
果代表了国外智能车辆的主要研究方向。国内研究概况:我国对于智能车辆的研
究较晚,始于上世纪 80 年代,而且现在大部分还是使用入门级别的 51 单片机进
行设计与研究的,为了弥补与国外研究的差距,开设了全国大学生电子设计竞赛。
1.2 研究思路
系统将采集的传感器信号送入 stm32 微控制器中,stm32 微控制器根据采集的
信号做出不同的判断,从而控制电机运动方向和运动速度。系统以 stm32 微控制
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基于 stm32 的智能小车设计
- 5 -
器为核心,通过传感器采集不同的信号做出判断,继而改变电机的运动方向和运
动速度。实验系统结构如图 1.1 所示:
图 1.1 实验系统结构图
2.软硬件设计
智能小车控制系统具备了障碍物检测、自主避障、自主循迹等功能。相应的控
制系统主要由以下四个模块组成:避障模块、循迹模块、电机驱动模块、中央处
理模块四个模块组成,系统总体框架如图 2.1 所示:
图 2.1 系统框架图
我们本节主要任务是了解各个模块的功能,掌握各个模块所使用的器件的使用
方法,并能够编写相应的程序代码。掌握各个模块的功能。
2.1 中央处理模块
在人类身体结构中,大脑可以根据各个器官所传输的信息做出相应的行为动作
用以保证人体所必须的生理原料,而 stm32 处理器之于智能小车就相当于大脑之
于人类,它可以从各个模块之间获得数据,并对所传输的数据进行实时处理,来
驱使电机模块做出相应的行为动作。
由 ARM 公司设计的基于 ARMv7 架构的 Cortex 系列的标准体系结构在 2006 年推
出,此结构是用来满足日渐复杂的不同性能要求的软件设计,根据所面向的领域,
Cortex 系列可以分为 A、R、M 三个分工明确的系列
[1]
。Stm32 处理器的出现为微
控制系统、工业控制系统、汽车车身系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入
式应用领域实现高系统性能系统提供了基础,使编程的复杂性,集高性能、低功
传感器
传感器
采样
传感器
电路
STM32 主
控制器
电机驱
动电路
Commented [U1]: 这个图调整下,和下面的编号看起来位
置不协调
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