基于STM32的智能小车系统 参考论文

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。 ### 基于STM32的智能小车系统设计与实现 #### 1. 绪论 ##### 1.1 研究概况 随着嵌入式系统技术的发展，智能小车作为一项集机械设计、电子电路、传感器技术、计算机编程等多学科交叉的技术成果，越来越受到人们的关注。本文主要探讨了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的设计与实现。该智能小车具备基本的循迹和避障功能，是毕业设计项目中的一个典型应用案例。 ##### 1.2 研究思路 研究中采用了模块化的设计思路，将整个系统划分为以下几个关键部分： - **STM32F103控制器**：作为核心控制单元，负责接收各种传感器的数据，并根据预设的算法控制小车的动作。 - **电机驱动电路**：用于驱动小车的轮子，实现前进、后退、转弯等功能。 - **红外探测电路**：实现小车的循迹功能，能够识别黑色或白色线路。 - **超声波避障电路**：实现小车的避障功能，通过测量前方障碍物的距离来避免碰撞。 - **PWM技术**：用于控制电机的速度和舵机的方向，实现精确控制。 - **软件设计**：在STM32的集成开发环境Keil下编写控制程序，并使用mcuisp软件进行程序烧录。 #### 2. 软硬件设计 ##### 2.1 硬件设计 - **核心控制器**：STM32F103微处理器，具有高性能ARM Cortex-M3内核，能够处理复杂的算法和大量的数据。 - **电机驱动**：采用L298N或类似的双H桥电机驱动模块，可以驱动两个直流电机，实现速度和方向的控制。 - **红外探测**：使用TSOP17XX系列或类似型号的红外接收管，安装在小车底部，通过检测地面黑白线条的变化来引导小车行进。 - **超声波模块**：HC-SR04或其他类型的超声波模块，用于测量前方障碍物的距离，实现避障功能。通过舵机调整超声波探头的角度，提高避障范围和灵活性。 - **舵机控制**：使用SG90或其他类型的舵机，控制超声波探头的方向，从而扩大探测范围。 ##### 2.2 软件设计 - **主控程序**：在Keil环境下编写，包括初始化配置、主循环、中断服务程序等部分。 - **PID控制算法**：用于调节电机转速，实现精准的速度控制。 - **循迹算法**：根据红外传感器的数据调整小车的行进方向，使其能够沿着预定路线行驶。 - **避障算法**：通过超声波模块获取前方距离信息，当检测到障碍物时，控制小车减速或转向以避开障碍物。 - **舵机控制程序**：控制舵机调整超声波探头的角度，确保探测范围的最大化。 #### 3. 实现与测试 在硬件组装完成后，进行了多次测试以验证各项功能的正确性。通过调整参数和优化代码，最终实现了稳定可靠的循迹和避障效果。 - **循迹测试**：在预先设定好的黑线路线上测试小车的循迹能力，结果表明小车能够准确地沿着路线行驶。 - **避障测试**：设置不同高度和距离的障碍物，测试小车的避障性能。结果显示小车能够在遇到障碍物前及时做出反应，有效避免碰撞。 - **综合测试**：结合循迹和避障功能进行综合测试，验证了小车在复杂环境下的适应性和可靠性。 #### 4. 结论与展望 通过对基于STM32F103微处理器的智能小车系统的设计与实现，不仅完成了预期的目标，还积累了宝贵的实践经验。未来可以在现有基础上进一步提升小车的功能和性能，例如增加无线通信模块实现远程控制，或者加入更多的传感器以增强其环境感知能力。此外，还可以探索更复杂的路径规划算法，提高小车在未知环境中的自主导航能力。