【基于STM32單片機(jī)智能小車的調(diào)速蛇形運(yùn)動(dòng)4800字（論文）】

PAGE3基于STM32單片機(jī)智能小車的調(diào)速蛇形運(yùn)動(dòng)目錄TOC\o"1-2"\h\u219401前言 113702研究背景 1226723國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2119433.1國外研究現(xiàn)狀 268253.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2131844硬件介紹 269954.1STM32F103C8T6單片機(jī) 3128034.2HC06藍(lán)牙 350974.3L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng) 428264.4HC-SR04超聲波 4253704.5YS-IRTM紅外發(fā)射接收模塊 499225程序設(shè)計(jì)方案 5111915.1STM32F103C8T6單片機(jī) 5211815.2電機(jī)模塊的設(shè)計(jì) 527926結(jié)論 511748參考文獻(xiàn) 61前言嵌入式微控制器豐富了人類的日常活動(dòng)，使身邊的設(shè)備更智能化、人性化[1]。在這個(gè)大環(huán)境下，可以利用stm32f103c8t6芯片設(shè)計(jì)一塊遙控智能小車。基于超聲波傳感器測(cè)距原理，首先提出控制系統(tǒng)的總體方案[2]。其中，當(dāng)小車前方有障礙物時(shí)，小車停下來并且判斷右側(cè)是否有障礙物，若無則右轉(zhuǎn)，有的話就需要判斷左側(cè)有無障礙物，如果沒有障礙物小車左轉(zhuǎn)，有就會(huì)往后退。同時(shí)也可通過藍(lán)牙連接手機(jī)或者紅外遙控器對(duì)小車進(jìn)行遙控行駛[3]。硬件上選擇了stm32f103c8t6為核心，使用L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)的智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，軟件上選擇使用Keil5編寫了能實(shí)現(xiàn)功能的代碼，并且借組mcuisp軟件把代碼燒寫到小車的芯片內(nèi)[4]。設(shè)計(jì)意義在于通過簡單的傳感器進(jìn)行自動(dòng)躲避障礙物。2研究背景智能小車的避障系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)那些特定功能是經(jīng)過一些感應(yīng)器獲取到外界環(huán)境信息和小車本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),從而促成它在復(fù)雜環(huán)境條件下的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)[5]。同時(shí)隨著各類智能化家用電子產(chǎn)品越來越多的受到現(xiàn)代人們的廣泛歡迎,它們給用戶帶來便利的日常工作生活的時(shí)候,也大大抬高了人們制作制造智能化家用電器對(duì)于高層次知識(shí)分子職業(yè)需求的技術(shù)門檻?；趕tm32的多功能電子小車技術(shù)集許多高科技新興技術(shù)于一體,它不僅有傳感器、計(jì)算機(jī)的軟硬件與應(yīng)用軟件等許多相關(guān)學(xué)科、甚至很大程度的應(yīng)用了本專業(yè)的相關(guān)知識(shí),而且還可以關(guān)聯(lián)到如今許多頂尖工業(yè)范疇的高新技術(shù),它也可以說是一國家科技水平的主要呈現(xiàn)。經(jīng)過遙控智能小車的設(shè)計(jì),提高了動(dòng)手能力，更加熟練并且清楚的掌握了stm32的功能，同時(shí)也找到了還有缺陷不足的地方,在此之后，學(xué)習(xí)研究的方向會(huì)更加明確，也會(huì)有更加精確的目標(biāo)，從而去踏上邁入社會(huì)的第一步[6]。由ARM公司設(shè)計(jì)的基于ARMv7架構(gòu)的Cortex系列的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)在2006年推出，此結(jié)構(gòu)是用來滿足日漸復(fù)雜的不同性能要求的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)所面向的領(lǐng)域，Cortex系列可分為A、R、M三個(gè)分工明確的系列REF_Ref24183\r\h[7]。Stm32處理器的出現(xiàn)為微控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車車身系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等對(duì)功耗和成本敏感的嵌入式領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高系統(tǒng)性能體統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，使編程的復(fù)雜性、集高性能、低功耗、低成本大大簡化，并使它們?nèi)跒橐惑wREF_Ref24813\r\h[8]。3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3.1國外研究現(xiàn)狀智能小車的研究是從20世紀(jì)50年代開始的，剛開始是外國人先研究的，但是并不完善[17]。之后一直到90年代中期,智能電動(dòng)車輛的科學(xué)研究逐漸發(fā)展演變成一個(gè)更為系統(tǒng)而全面的科學(xué)研究。在這期間最出名的是的Navlab系列的智能車輛的研究,這個(gè)是美國的一個(gè)研究所研究出來的，而且它也成為了國外的主流方向[18]。對(duì)于中國，由于歷史的原因在智能小車這塊相對(duì)于國外來說是比較晚的,在上世紀(jì)80年代才正式開始深入開展汽車相關(guān)研究項(xiàng)目,而且技術(shù)方面和國外相比也有一定差距，大部分應(yīng)用的是一些簡單的51單片機(jī)，為了有效縮小目前中國與世界外國電子技術(shù)水平的巨大差距,中國已經(jīng)舉行了很多針對(duì)大學(xué)生的專業(yè)電子技術(shù)競(jìng)賽,學(xué)校的專業(yè)課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)也同樣是和與此密切息息相關(guān)。3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國的無線智能小車研究開發(fā)工作始于20世紀(jì)70年代末，在國家“863”、“973”、“九五攻關(guān)”等高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，取得了重大的發(fā)展[9]。從20世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)已經(jīng)開始大范圍地進(jìn)行有關(guān)智能小車地研究，經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)在其應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得了較大的發(fā)展。無線智能小車在各領(lǐng)域中都有著廣闊的應(yīng)用前景REF_Ref14402\w\h[10]。現(xiàn)在很多智能小車關(guān)于躲避障礙物功能的設(shè)計(jì)，都是單純的達(dá)到避障的效果，即是打開小車開關(guān)后，然后小車就會(huì)自動(dòng)行駛，然后借助避障功能對(duì)運(yùn)行的軌跡進(jìn)行調(diào)整[11]。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了把避障功能結(jié)合在小車的遙控當(dāng)中，在智能小車運(yùn)動(dòng)的過程中，當(dāng)前方出現(xiàn)了障礙物，即使操控者發(fā)出前進(jìn)的命令，小車也不會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，而是去躲避前方的障礙物，選擇合適的方向繼續(xù)前進(jìn)。這樣子，可以幫避障的功能更大化的利用到實(shí)踐中去。4硬件介紹4.1STM32F103C8T6單片機(jī)在很多生物的結(jié)構(gòu)內(nèi)，它們的大腦都是及其重要的一部分。大腦就相當(dāng)于一個(gè)指揮中心，能夠從身體其他部位發(fā)送過來的信息進(jìn)行處理并作出相應(yīng)的動(dòng)作，從而保證生物體的正常功能[12]。而智能小車的“大腦”就是Stm32，因?yàn)樗軌蛟诟鱾€(gè)功能單元里面獲取數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些所獲得的數(shù)據(jù)第一時(shí)間進(jìn)行處理，從而控制其他功能單元完成一系列的動(dòng)作，在這一點(diǎn)上來看，它和生物體的大腦是極為相似的[13]。對(duì)于芯片的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)選擇去使用是STM32F103C8T6單片機(jī)。stm32f103系列微處理器可以采用企業(yè)收款進(jìn)行基于ARM7-m體系管理架構(gòu)的32位標(biāo)準(zhǔn)RISC(精簡指令集)處理器,具有重要執(zhí)行程序代碼效率高,外設(shè)以及資源不斷豐富等眾多產(chǎn)品特性[16]。越來越多的人選擇stm32去學(xué)習(xí)研究電子技術(shù)，開發(fā)很多貼切生活的電子產(chǎn)品。該系列微處理器最大工作效率可以設(shè)定為72MHz,高達(dá)128k字節(jié)的內(nèi)置flash存儲(chǔ)器和20k字節(jié)SRAM,方便了程序的編寫,而且還擁有豐富的各種通用i/o端口。 stm32內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。stm32處理器結(jié)構(gòu)主控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)是由4個(gè)硬件驅(qū)動(dòng)控制單元和被動(dòng)控制單元部分組成。4個(gè)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)管理單元分別有:內(nèi)核通用的總線DMA1、DMA2,內(nèi)核中的DCode總線和操作系統(tǒng)總線。4個(gè)被動(dòng)處理單元一共有apb設(shè)備,APB橋,內(nèi)部單元flash都有內(nèi)存,內(nèi)部FSMC、SRAM。在大學(xué)時(shí)期畢業(yè)設(shè)計(jì)主要教學(xué)課程中所采用的定時(shí)軟件主要是一個(gè)同時(shí)具有64kbsram、512kbflash、2個(gè)基本高級(jí)通用基礎(chǔ)定時(shí)器、4個(gè)低級(jí)基礎(chǔ)通用基本基礎(chǔ)定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)基礎(chǔ)通用基本定時(shí)器,3個(gè)spi,5個(gè)串口,2個(gè)I2C,1個(gè)USB組成的的芯片。4.2HC06藍(lán)牙對(duì)于藍(lán)牙，相信大家都不陌生，走在大街小巷，處處都可以發(fā)現(xiàn)人們對(duì)藍(lán)牙的使用。如今,在"藍(lán)牙"的通訊技術(shù)的幫助下,使人們能有效地通過優(yōu)先逐步簡化移動(dòng)智能手機(jī)掌上電腦計(jì)算器平板電腦、筆記本電腦和移動(dòng)智能手機(jī)移動(dòng)電話或者移動(dòng)智能手機(jī)等各種現(xiàn)代移動(dòng)通信設(shè)備終端通訊設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊,人類能夠成功地通過逐步優(yōu)化以上這些現(xiàn)代移動(dòng)電信通訊設(shè)備與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的internet之間的數(shù)據(jù)通訊,從而能夠促進(jìn)這些通訊設(shè)備快速走向世界現(xiàn)代移動(dòng)通信終端設(shè)備和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之間的各種數(shù)據(jù)信息傳送或者交換從而變得越來越迅速高效,為當(dāng)今無線通信技術(shù)開辟了新的發(fā)展道路[15]。藍(lán)牙主要技術(shù)采用了一種分散式無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)以及快速支持跳頻和短波的內(nèi)容數(shù)據(jù)包通信技術(shù),支持多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多個(gè)不同頻段的無線通信。采用了可同時(shí)分式無線雙工數(shù)據(jù)傳送解決方案。需要注意的是,藍(lán)牙的使用體驗(yàn)上還有很多不足之處,由于技術(shù)的缺憾，藍(lán)牙的射程不夠遠(yuǎn)，只能在短距離范圍內(nèi)使用,因此要更好地去使用藍(lán)牙設(shè)備，使它能穩(wěn)定接收和發(fā)送數(shù)據(jù),只能去選擇在室內(nèi)或者戶外近距離地進(jìn)行。4.3L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298N芯片既能驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī),也甚至能驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī),輸出電壓峰值為50v,能由電源控制器去調(diào)節(jié)輸入電壓;它們能作為一個(gè)單片機(jī)的IO口向控制器提供信號(hào);同時(shí)它的工作電路原理容易理解,操作過程十分輕松[14]。L298N能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)VSS，其可接上4.5至7V的電壓。4號(hào)引腳VS可接電源，其電壓范圍是2.5到46V之間。1腳和15腳下管的兩個(gè)發(fā)射極分別被單獨(dú)地引出,以利于接入電流的采樣信號(hào),形成相應(yīng)的電流傳感器。L298N可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī),out1、out2和out3、out4之間也可分別連接一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。stm32芯片控制小車的運(yùn)動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是通過控制電機(jī)，使小車能實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求發(fā)生的動(dòng)作[13]。在兩個(gè)電機(jī)的的各種轉(zhuǎn)動(dòng)方向的搭配下，最后可以讓小車能朝這各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。例如當(dāng)右電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左電機(jī)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)小車向右轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的模塊本設(shè)計(jì)主要選擇了L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。4.4HC-SR04超聲波在大自然中，很多生物都通過身上的一些器官去獲取外界的一些信息，如果無法感知到外界環(huán)境的情況，幾乎所有生物都是難以去生存在這個(gè)世界上。通過對(duì)外界信息的判斷分析最終決定做出正確的回應(yīng)。比如說人類在行走的過程中，可以通過眼睛搜集人類四周環(huán)境的信息，而后把這些數(shù)據(jù)傳入到大腦中去，緊接著根據(jù)環(huán)境信息的變化對(duì)人類的行動(dòng)作出恰當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。它通過對(duì)外界地形信息的獲取，把所獲取得到的地形數(shù)據(jù)發(fā)送到STM32F103C8T6，再通過芯片對(duì)所獲取的信息進(jìn)行處理，控制小車發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，以滿足智能行駛的效果。4.4.1超聲波模塊的結(jié)構(gòu)以及原理工作穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確，模塊結(jié)構(gòu)高精度，探測(cè)盲區(qū)小是HCSR04測(cè)距模塊的優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)模塊可以在無接觸的情況下探測(cè)0.02m到4m的距離,探測(cè)距離最小可以精確到0.003m。它主要是由接收器、控制電路還有發(fā)射器組成[14]。電平的持續(xù)時(shí)間等于超聲波從發(fā)送到接收的時(shí)間。4.5YS-IRTM紅外發(fā)射接收模塊通常而言，紅外遙控有著信息傳輸準(zhǔn)、抗干擾、低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。其作為一種非接觸性的無線控制技術(shù)，在家用電器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面有著廣泛的應(yīng)用REF_Ref18817\w\h[12]。5程序設(shè)計(jì)方案目前，國內(nèi)外有眾多的嵌入式開發(fā)平臺(tái)，例如，IAR、CCS、Keil和PICC等REF_Ref18817\w\h[12]。智能車仿真系統(tǒng)的主程序開機(jī)首先需要進(jìn)行程序初始化，即系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)入主程序的循環(huán)執(zhí)行狀態(tài)。循環(huán)執(zhí)行的子程序包括電機(jī)/舵機(jī)子程序、超聲波測(cè)距子程序、LCD液晶顯示子程序、聲音報(bào)警子程序以及按鍵檢測(cè)子程序。當(dāng)程序開始運(yùn)行的時(shí)候，液晶屏上顯示初始速度（100）與舵機(jī)角度（誤差0.54）。由于仿真環(huán)境無法完全模擬出真實(shí)情況，在軟件中使用滑動(dòng)變阻器阻值的變化模擬距離的變化。5.1STM32F103C8T6單片機(jī)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要進(jìn)行所用到的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要提前去學(xué)習(xí)到stm32的編程思想。無論是什么處理器，stm32的也不例外，都需要讓處理器通過一定的操作，使得其可以實(shí)現(xiàn)一些相應(yīng)的動(dòng)作[15]。在本方案中，stm32的中斷是本設(shè)計(jì)將會(huì)用到的，也是本設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)經(jīng)常遇見的，在程序設(shè)計(jì)里面，中斷的作用是不可或缺的，下面來講述一下stm32的中斷機(jī)制：在中斷發(fā)生的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)保存正在運(yùn)行的狀態(tài)，隨后會(huì)去執(zhí)行中斷向量處的程序，在中斷結(jié)束后又會(huì)跳轉(zhuǎn)到之前保存的地方繼續(xù)執(zhí)。開發(fā)人員不能去調(diào)用中斷服務(wù)函數(shù)，要通過提前設(shè)置好中斷向量，即是相應(yīng)中斷執(zhí)行的第一個(gè)地址。在中斷發(fā)生之后會(huì)自動(dòng)的執(zhí)行，因此不需要在main中調(diào)用，而是在源代碼中去定義[16]。5.2電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用的是L298N，這是通過單片機(jī)的I/O輸入，從而調(diào)整芯片控制端的電平，最后便可以使得電機(jī)完成本設(shè)計(jì)想要的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具體關(guān)系如表4.1所示：表4.1引腳邏輯關(guān)系表6結(jié)論本文的主要討論內(nèi)容也就是對(duì)本次大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)所用會(huì)遇到的各類元器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體介紹，講解各種類元器件的一些基本組件結(jié)構(gòu)以及其的一些基本的設(shè)計(jì)工作作用原理。在了解元器件的前提下，結(jié)合題目要求去分析整合,設(shè)計(jì)出能夠完成題目中所要求的功能的代碼,隨后優(yōu)化代碼,增加可讀性,尋找解答題目的最優(yōu)方案。盡可能地去完成題目的要求。參考文獻(xiàn)[1]秦新林,陳伯亨.單片機(jī)的應(yīng)用——STM32智能小車[J].農(nóng)家參謀,2019(19):1.[2]闞亞雄,邢一龍.基于STM32智能小車集成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J].鎮(zhèn)江高專學(xué)報(bào),2018,31(4):5.[3]勒國慶,班乾乾.基于STM32的智能小車設(shè)計(jì)[J].福建電腦,2018,34(7):3.[4]方國賢.基于STM32智能小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).武漢輕工大學(xué),2018.[5]曹沖振,梁世友,王鳳芹,等.基于STM32的可遙控智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用,2020,10(3):5.[6]任金波,張翔,施火結(jié).基于STM32和ARMCortex-A8平臺(tái)的自清掃智能小車設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2018.[7]韓團(tuán)軍.基于STM32RCT6的無線地面智能排障小車的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2018,35(6):5.[8]蔡靜怡,王才嶧.基于STM32移動(dòng)智能小車室內(nèi)避障模塊設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技,2019,016(004):76-77,90.[9]劉學(xué)文.基于stm32單片機(jī)的智能小車控制[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2019.[10]徐亞軍,熊文強(qiáng),史晉,等.一種基于STM32的智能巡檢小車:,2018.[11]黎思丹,楊金林,張鶴騰,等.一種基于STM32自動(dòng)識(shí)別分揀的智能物流小車:,CN212604753U[P].2021.[12]岳俊峰,李秀梅.基于機(jī)器視覺的智能小車自動(dòng)循跡及避障系統(tǒng)[J].杭州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,19(02):200-207.[13]卜繁增,馬超,王萌,等.基于STM32F103C8T6的智能搜救紅外小車設(shè)計(jì)[J].科學(xué)大眾：科技創(chuàng)新,2020(1):1.[14]李曉旭,周煥銀.基于STM32智能小車視覺控制導(dǎo)航的設(shè)計(jì)[J].2022(9).[15]王鈺,朱琳,蘇世雄,等.基