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

PAGE3基于STM32單片機(jī)智能小車的調(diào)速蛇形運動目錄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 428264.4HC-SR04超聲波 4253704.5YS-IRTM紅外發(fā)射接收模塊 499225程序設(shè)計方案 5111915.1STM32F103C8T6單片機(jī) 5211815.2電機(jī)模塊的設(shè)計 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?；顒?，使身邊的設(shè)備更智能化、人性化[1]。在這個大環(huán)境下，可以利用stm32f103c8t6芯片設(shè)計一塊遙控智能小車。基于超聲波傳感器測距原理，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，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)，有就會往后退。同時也可通過藍(lán)牙連接手機(jī)或者紅外遙控器對小車進(jìn)行遙控行駛[3]。硬件上選擇了stm32f103c8t6為核心，使用L298N驅(qū)動電機(jī)的智能小車系統(tǒng)的設(shè)計，軟件上選擇使用Keil5編寫了能實現(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)計意義在于通過簡單的傳感器進(jìn)行自動躲避障礙物。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動狀態(tài),從而促成它在復(fù)雜環(huán)境條件下的獨立運動[5]。同時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候,也大大抬高了人們制作制造智能化家用電器對于高層次知識分子職業(yè)需求的技術(shù)門檻。基于stm32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,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,提高了動手能力，更加熟練并且清楚的掌握了stm32的功能，同時也找到了還有缺陷不足的地方,在此之后，學(xué)習(xí)研究的方向會更加明確，也會有更加精確的目標(biāo)，從而去踏上邁入社會的第一步[6]。由ARM公司設(shè)計的基于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，根據(jù)所面向的領(lǐng)域，Cortex系列可分為A、R、M三個分工明確的系列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,智能電動車輛的科學(xué)研究逐漸發(fā)展演變成一個更為系統(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,這個是美國的一個研究所研究出來的，而且它也成為了國外的主流方向[18]。對于中國，由于歷史的原因在智能小車這塊相對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)舉行了很多針對大學(xué)生的專業(yè)電子技術(shù)競賽,學(xué)校的專業(yè)課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計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)展計劃的重點支持下，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]?，F(xiàn)在很多智能小車關(guān)于躲避障礙物功能的設(shè)計，都是單純的達(dá)到避障的效果，即是打開小車開關(guān)后，然后小車就會自動行駛，然后借助避障功能對運行的軌跡進(jìn)行調(diào)整[11]。在本次畢業(yè)設(shè)計選擇了把避障功能結(jié)合在小車的遙控當(dāng)中，在智能小車運動的過程中，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，因為它能夠在各個功能單元里面獲取數(shù)據(jù)，然后對這些所獲得的數(shù)據(jù)第一時間進(jìn)行處理，從而控制其他功能單元完成一系列的動作，在這一點上來看，它和生物體的大腦是極為相似的[13]。對于芯片的選擇本次畢業(yè)設(shè)計會選擇去使用是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個硬件驅(qū)動控制單元和被動控制單元部分組成。4個內(nèi)核驅(qū)動管理單元分別有: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個被動處理單元一共有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)時期畢業(yè)設(shè)計主要教學(xué)課程中所采用的定時軟件主要是一個同時具有64kbsram、512kbflash、2個基本高級通用基礎(chǔ)定時器、4個低級基礎(chǔ)通用基本基礎(chǔ)定時器、2個高級基礎(chǔ)通用基本定時器,3個spi,5個串口,2個I2C,1個USB組成的的芯片。4.2HC06藍(lán)牙對于藍(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)先逐步簡化移動智能手機(jī)掌上電腦計算器平板電腦、筆記本電腦和移動智能手機(jī)移動電話或者移動智能手機(jī)等各種現(xiàn)代移動通信設(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)代移動電信通訊設(shè)備與移動互聯(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)代移動通信終端設(shè)備和移動互聯(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),支持多個點對點及無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的多個點對點或多個不同頻段的無線通信。采用了可同時分式無線雙工數(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L298N芯片既能驅(qū)動兩個二相電機(jī),也甚至能驅(qū)動一個四相電機(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;它們能作為一個單片機(jī)的IO口向控制器提供信號;同時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VSS，其可接上4.5至7V的電壓。4號引腳VS可接電源，其電壓范圍是2.5到46V之間。1腳和15腳下管的兩個發(fā)射極分別被單獨地引出,以利于接入電流的采樣信號,形成相應(yīng)的電流傳感器。L298N可同時驅(qū)動2臺電動機(jī),out1、out2和out3、out4之間也可分別連接一臺電動機(jī)。stm32芯片控制小車的運動，實質(zhì)上是通過控制電機(jī)，使小車能實現(xiàn)本設(shè)計要求發(fā)生的動作[13]。在兩個電機(jī)的的各種轉(zhuǎn)動方向的搭配下，最后可以讓小車能朝這各個方向運動。例如當(dāng)右電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，左電機(jī)向前轉(zhuǎn)動，即可實現(xiàn)小車向右轉(zhuǎn)動。電機(jī)驅(qū)動的模塊本設(shè)計主要選擇了L298N電機(jī)驅(qū)動模塊。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世界上。通過對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)境信息的變化對人類的行動作出恰當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。它通過對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，再通過芯片對所獲取的信息進(jìn)行處理，控制小車發(fā)生運動狀態(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，測量準(zhǔn)確，模塊結(jié)構(gòu)高精度，探測盲區(qū)小是HCSR04測距模塊的優(yōu)點。這個模塊可以在無接觸的情況下探測0.02m到4m的距離,探測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)時間等于超聲波從發(fā)送到接收的時間。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。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)計方案目前，國內(nèi)外有眾多的嵌入式開發(fā)平臺，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、超聲波測距子程序、LCD液晶顯示子程序、聲音報警子程序以及按鍵檢測子程序。當(dāng)程序開始運行的時候，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情況，在軟件中使用滑動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)計要進(jìn)行所用到的模塊進(jìn)行設(shè)計的時候，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，使得其可以實現(xiàn)一些相應(yīng)的動作[15]。在本方案中，stm32的中斷是本設(shè)計將會用到的，也是本設(shè)計開發(fā)時經(jīng)常遇見的，在程序設(shè)計里面，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)生的時候，系統(tǒng)會保存正在運行的狀態(tài)，隨后會去執(zhí)行中斷向量處的程序，在中斷結(jié)束后又會跳轉(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)行的第一個地址。在中斷發(fā)生之后會自動的執(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)計本次畢業(yè)設(shè)計用的是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)計想要的運動狀態(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)容也就是對本次大學(xué)畢業(yè)設(shè)計所用會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)計與實驗研究[J].鎮(zhèn)江高專學(xué)報,2018,31(4):5.[3]勒國慶,班乾乾.基于STM32的智能小車設(shè)計[J].福建電腦,2018,34(7):3.[4]方國賢.基于STM32智能小車的設(shè)計與實現(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[J].智能計算機(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平臺的自清掃智能小車設(shè)計[J].制造業(yè)自動化,2018.[7]韓團(tuán)軍.基于STM32RCT6的無線地面智能排障小車的設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理,2018,35(6):5.[8]蔡靜怡,王才嶧.基于STM32移動智能小車室內(nèi)避障模塊設(shè)計[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自動識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循跡及避障系統(tǒng)[J].杭州師范大學(xué)學(xué)報(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[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[J].2022(9).[15]王鈺,朱琳,蘇世雄,等.基