STM32智能小車測速

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)課 程 設 計 說 明 書題目： 基于單片機的測速裝置 學院（系）： 年級專業(yè)：學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 目 錄TOC o 1-2 h u 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：自動化系學 號學生姓名專業(yè)（班級）設計題目基于單片機的測速裝置設計技術參數(shù)1掌握PWM電機調(diào)速原理；2掌握紅外測速原理；3合理設置電機控制周期。設計要求1 測速裝置采用20格光碼盤；2 主板選用STM32；3 驅(qū)動采用雙L298模塊。工作量1、完

2、成設計說明書一份；文稿打?。?、設計說明書中要繪制原理圖、流程圖；2、能夠現(xiàn)場根據(jù)要求調(diào)試參數(shù)。工作計劃第1周：查閱相關資料，有老師講授STM32開發(fā)版學習；第2周：裝配電機，實現(xiàn)正常行駛；第3周：調(diào)試第4周：規(guī)范化撰寫課程設計說明書；最后進行答辯。參考資料1 直流電機調(diào)速原理；2 光電檢測技術；3 相應的微處理器原理及應用。指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。摘要 本次綜合訓練是以基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32微控制器為控制工具去控制智能小車去檢測黑線進行循跡，同時利用PWM測速原理去檢測并傳回轉(zhuǎn)速值。前言隨著科學技術迅猛發(fā)展

3、，人們對設備越來越高的應用需要已經(jīng)無法滿足當前和未來高性能的應用與發(fā)展需求。顯然，嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件技術和開發(fā)手段，正日益受到重視，成為各領域技術創(chuàng)新的重要基礎。目前，嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展很快的計算機方面的學科方向，并迅速滲透到控制、自動化、儀器儀表等學科。嵌入式方向包括了軟硬件協(xié)同設計、嵌入式體系結(jié)構(gòu)、實時操作系統(tǒng)、嵌入式產(chǎn)品設計等方面的知識，大于當代大學生，更需要掌握嵌入式系統(tǒng)設計的典型開發(fā)工具和開發(fā)核心技術。 近年來，隨著計算機技術及集成電路技術的發(fā)展，嵌入式技術日漸普及，在通訊、網(wǎng)絡、工控、醫(yī)療、電子等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。嵌入式系統(tǒng)無疑成為當前最熱門最有發(fā)展前途的IT應用領

4、域之一。一 、STM32相關知識介紹1.1 STM32介紹 首先Cortex-M3是ARM公司為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的內(nèi)核。STM32系列產(chǎn)品得益于Cortex-M3在架構(gòu)上進行的多項改進，包括提升性能的同時又提高了代碼密度的Thumb-2指令集和大幅度提高中斷響應的緊耦合嵌套向量中斷控制器，所有新功能都同時具有業(yè)界最優(yōu)的功耗水平。 STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)

5、品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當于0.5mA/MHz。1.2 固件庫在STM32中的作用 STM32固件庫是 32位基于ARM微控制器STM32F101xx與STM32F103xx的固件函數(shù)庫。該函數(shù)庫是一個固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設的性能特征。該函數(shù)庫還包括每一個外設的驅(qū)動描述和應用實例。

6、通過使用本固件函數(shù)庫，無需深入掌握細節(jié)，用戶也可以輕松應用每一個外設。因此，使用本固態(tài)函數(shù)庫可以大大減少用戶的程序編寫時間，進而降低開發(fā)成本。每個外設驅(qū)動都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設所有功能。每個器件的開發(fā)都由一個通用API (application programming interface 應用編程界面)驅(qū)動，API對該驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)，函數(shù)和參數(shù)名稱都進行了標準化。所有的驅(qū)動源代碼都符合“Strict ANSI-C”標準（項目于范例文件符合擴充ANSI-C標準）。 因為該固件庫是通用的，并且包括了所有外設的功能，所以應用程序代碼的大小和執(zhí)行速度可能不是最優(yōu)的。對大多數(shù)應用程序來說

7、，用戶可以直接使用之，對于那些在代碼大小和執(zhí)行速度方面有嚴格要求的應用程序，該固件庫驅(qū)動程序可以作為如何設置外設的一份參考資料，根據(jù)實際需求對其進行調(diào)整。二、智能小車介紹2.1智能小車整體簡介智能小車可以分為三部分傳感器部分、控制器部分、執(zhí)行器部分?？刂破鞑糠郑航邮諅鞲衅鞑糠謧鬟f過來的信號，并根據(jù)事前寫入的決策系統(tǒng)（軟件程序），來決定機器人對外部信號的反應，將控制信號發(fā)給執(zhí)行器部分。好比人的大腦。執(zhí)行器部分：驅(qū)動機器人做出各種行為，包括發(fā)出各種信號（點亮發(fā)光二極管、發(fā)出聲音）的部分，并且可以根據(jù)控制器部分的信號調(diào)整自己的狀態(tài)。對機器人小車來說，最基本的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。 傳感

8、器部分：機器人用來讀取各種外部信號的傳感器，以及控制機器人行動的各種開關。好比人的眼睛、耳朵等感覺器官。用STM32控制的智能小車作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探等等的用途。智能小車能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車，遠程傳輸圖像等功能。2.2 4路紅外線探測系統(tǒng) 簡介： 此模塊是為智能小車、機器人等自動化機械裝置提供一種多用途的紅外線探測系統(tǒng)的解決方案。使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元器件組成探頭，并使用 LM339電壓比較器（加入遲滯電路），防止臨界輸出

9、抖動做為核心器件構(gòu)成中控電路。此系統(tǒng)具有的多種探測功能能極大的滿足各種自動化。智能化的小型系統(tǒng)的應用。 應用范圍： 智能化輪式車和智能化履帶車巡線 2、避障 3、防跌落特性：易于安裝。4路分別獨立工作，工作時不受數(shù)量限制中控板與探頭分開，安裝位置不受限制模塊高度4厘米，安全工作電壓范圍在4伏特至6伏特之間4路全開工作電流30毫安至40毫安之間。+5、GND:電源接線端IN（14）、OUT：探頭與中控板連接端OUT1、OUT2、OUT3、OUT4: 對應輸出端LED3、LED4、LED6、LED7: 對應輸出指示R17、R18、R19、R20: 對應比較電壓調(diào)節(jié)輸出端為集電極開路，板載4.7千歐

10、上拉電阻 2.3 PWM測速原理及模塊ZK-measure測速模塊簡介： 此模塊是為智能小車、機器人等自動化機械裝置。使用一休化對射紅外發(fā)射接收管 WYC H206，并使用 74HC14（帶施密特觸發(fā)器反向器），防止臨界輸出抖動做為核心器件構(gòu)成中控電路。 應用范圍：智能化輪式車和智能化履帶車1、測速（配合編碼盤） 留有安裝孔易于安裝，使用非常簡便，靈敏度高。反應非常迅速。 測試測速模塊：槽型不要有遮擋物，將模塊接上電源+5V 后用萬用表測 OUT 輸出端電壓。此時的電壓電壓為 0.3V 左右，D1 指示燈亮，當用大于 2MM 的不透明物體通過槽型光電，OUT 輸出端電壓應接近電源，D1指示滅（

11、表示已檢測到物體）。通過檢測得到PWM波，利用STM32對其進行捕獲，可以得到編碼盤上柵格的頻率，進而根據(jù)輪子上編碼盤的齒數(shù)，輪子半徑，得到小車輪子的速度。2.4 L298驅(qū)動模塊 小車直流電機工作電流一般是 200-400MA 有些更大，如果一個小車是二個輪子，那么總的電流在 400-800MA 左右，這些電機輪子都是要接受單片機指令執(zhí)行相應的動作，而市面有的單片機 IO 口一般只能提供 5MA 到 10MA 的電流，直接驅(qū)動不了電機，所以需要加一個驅(qū)動模塊。放大電流。驅(qū)動采用專業(yè)的 L298N驅(qū)動芯片。 L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特

12、點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。三 、程序設計3.1 外設的初始化和設置步驟此步驟描述了如何初始化和設置任意外設。這里PPP代表任意外設

13、。1. 在主應用文件中，聲明一個結(jié)構(gòu)PPP_InitTypeDef，例如：PPP_InitTypeDef PPP_InitStructure; 這里PPP_InitStructure是一個位于內(nèi)存中的工作變量，用來初始化一個或者多個外設PPP。2. 為變量PPP_InitStructure的各個結(jié)構(gòu)成員填入允許的值。可以采用以下2種方式：a）按照如下程序設置整個結(jié)構(gòu)體PPP_InitStructure.member1 = val1; PPP_InitStructure.member2 = val2; PPP_InitStructure.memberN = valN; /* where N is

14、 the number of the structure members */ 以上步驟可以合并在同一行里，用以優(yōu)化代碼大?。篜PP_InitTypeDef PPP_InitStructure = val1, val2,., valN b）僅設置結(jié)構(gòu)體中的部分成員：這種情況下，用戶應當首先調(diào)用函數(shù)PPP_SturcInit(.)來初始化變量PPP_InitStructure，然后再修改其中需要修改的成員。這樣可以保證其他成員的值（多為缺省值）被正確填入。PPP_StructInit(&PPP_InitStructure); PP_InitStructure.memberX = valX; PP

15、P_InitStructure.memberY = valY; /*where X and Y are the members the user wants to configure*/ 3. 調(diào)用函數(shù)PPP_Init(.)來初始化外設PPP。4. 在這一步，外設PPP已被初始化?？梢哉{(diào)用函數(shù)PPP_Cmd(.)來使能之。PPP_Cmd(PPP, ENABLE); 可以通過調(diào)用一系列函數(shù)來使用外設。每個外設都有各自功能函數(shù)。注：1. 在設置一個外設前，必須調(diào)用以下一個函數(shù)來使能它的時鐘：RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_PPPx, ENABLE); RCC

16、_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_PPPx, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PPPx, ENABLE); 2. 可以調(diào)用函數(shù)PPP_Deinit(.)來把外設PPP的所有寄存器復位為缺省值：PPP_DeInit(PPP) 3. 在外設設置完成以后，繼續(xù)修改它的一些參數(shù)，可以參照如下步驟：PPP_InitStucture.memberX = valX; PPP_InitStructure.memberY = valY; /* where X and Y are the only members t

17、hat user wants to modify*/ PPP_Init(PPP, &PPP_InitStructure); 3.2 程序設計流程和思路一、利用對GPIO的控制對小車的四個電機控制使小車直線運行，在對其控制時先用延時函數(shù)仿制了一個PWM波，通過更改占空比可以改變小車輪子的速度；二、通過4路紅外探測返回的信號設置switch語句,使小車檢測到黑線時自動進行軌跡循跡，這時可以改變占空比參數(shù)使其以合適的速度運行；三、學習定時器中斷相關知識，如NVIC初始化，TIM3初始化等，此時把PWM波真正寫成，去控制小車輪子轉(zhuǎn)速；四、改進為使能四個輪子去控制轉(zhuǎn)速；五、學習串口相關知識后，利用串口中

18、斷寫成收發(fā)數(shù)據(jù)的程序；六、加入測速模塊，利用定時器3的捕獲通道1對PWM波進行捕獲，每次捕獲后進入中斷用USART_SendData發(fā)出頻率值，通過串口助手可以看到頻率，進而得到輪子轉(zhuǎn)速。四、心得體會本次綜合訓練過程中，利用程序控制STM32進而控制智能小車行進。訓練中我們遇到很多的難題，很多東西都是第一次接觸，通過老師詳細講解明白大概自己去摸索寫程序去控制。然而堅持就是勝利，最后我們實現(xiàn)了小車循跡和測速。以前我對于嵌入式的知識學習的還是不太多，經(jīng)過綜合訓練后感覺學到很多嵌入式知識。它還讓我學會了如何通過自己的努力去認知一個新事物，更重要的是端正自己的學習態(tài)度，只有真正下功夫去學習，才能有收獲

19、，正所謂“一份耕耘，一份收獲?！痹僬撸ㄟ^本次訓練，我也學會了如何去分析問題，如何找出自己設計中的不足，進而去排除解決問題，這就是一個自我學習的過程。當我們通過實驗去學習理論知識時，自己動手得出的結(jié)論，不僅能加深我們對嵌入式的理解，更能加深我們對此的記憶。此次實習學到了很多課內(nèi)學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應變，和與人合作共同提高，都受益非淺。在此，感謝老師的細心指導，也同樣謝謝其他各組同學的無私幫助！當然，在這其中，我也發(fā)現(xiàn)自己的許多不足之處，我相信在以后的學習工作中，我一定會端正自己的學習態(tài)度，一絲不茍的去對待每一件事。只有做好足夠的準備，才能事半功倍！最后再次感謝兩位

20、老師的悉心指導！五、參考資料1 直流電機調(diào)速原理；2 光電檢測技術；3 相應的微處理器原理及應用；4 STM32庫開發(fā)指南（劉火良、楊森著）5、STM32固件庫六、程序附錄#includestm32f10 x.h#includestdio.h /重新定義函數(shù) 如下：int fputc(int ch, FILE *f)USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch);/ USART1 可以換成 USART2 等while (!(USART1-SR & USART_FLAG_TXE);return (ch);void GPIO_Config(void);void

21、 delay(u32 z);void NVIC_Config(void );/嵌套向量中斷控制器的配置void TIM4_Config(void );/配置定時器4 3s中斷一次void PWM_Config(void );void PWM(uint16_t left_up,uint16_t left_down,uint16_t right_up,uint16_t right_down);/0.1000void USART1_Config(void );void TIM3_Config(void );void DelayTest(uint16_t z) uint16_t i = 0;while

22、(z-)for(i = 0;i IC3ReadValue1)Capture = (IC3ReadValue2 - IC3ReadValue1); elseCapture = (0 xFFFF - IC3ReadValue1) + IC3ReadValue2); CaptureNumber = 0; TIM3Freq = /Capture;USART_SendData(USART1,(TIM3Freq/10000%10+0 x30);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) = RESET);USART_SendData(USART1,(TIM3Freq/1000%10+0 x30);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) = RESET);U