基于STM32開路清障車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)

1、本科論文目 錄摘 要IAbstractII引 言11總體方案論證與設(shè)計(jì)31.1設(shè)計(jì)方案31.2主控模塊的選型和論證32系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)52.1主控模塊設(shè)計(jì)52.1.1 STM32單片機(jī)概述52.1.2 STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)電路52.2 MCU主要實(shí)現(xiàn)功能62.3火焰?zhèn)鞲衅?2.4超聲波模塊82.5驅(qū)動(dòng)模塊102.6穩(wěn)壓模塊112.7繼電器模塊123系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)143.1編程工具Keil簡(jiǎn)介143.2程序設(shè)計(jì)原理143.3小車功能設(shè)計(jì)154系統(tǒng)調(diào)試16結(jié) 論18參考文獻(xiàn)19附錄1 系統(tǒng)原理圖21附錄2 主要程序22致 謝30本科論文摘 要近年來隨著科技的快速的向前推進(jìn)，伴隨著單片機(jī)及其應(yīng)用方

2、面的技術(shù)不斷開發(fā)與優(yōu)化，單片機(jī)大量應(yīng)用于生活的各個(gè)領(lǐng)域，高性價(jià)比和功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)甚至應(yīng)用于軍事科研領(lǐng)域，警用機(jī)器人就大量使用單片機(jī)作為主控芯片，更強(qiáng)大的功能，也為機(jī)器人完成復(fù)雜的任務(wù)提供高質(zhì)量的保障。為了應(yīng)對(duì)未來復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)和道路情況，警用機(jī)器人雖然可以完成城市反恐任務(wù)，但是對(duì)于復(fù)雜地形，卻缺乏一定的環(huán)境適應(yīng)能力，對(duì)于野外使用，阻礙眾多；軍隊(duì)中的偵察和探明路況的任務(wù)，任務(wù)繁雜，但又是行軍中不可或缺的重要一環(huán)，結(jié)合這兩種情況，一種能夠適應(yīng)野外復(fù)雜地形，并且兼顧清理障礙的野外作戰(zhàn)的開路清障車應(yīng)運(yùn)而生。開路清障車可以通過車載的各個(gè)高性能模塊，應(yīng)對(duì)道路上的各種突發(fā)情況，利用火力模塊進(jìn)行大型障礙物清

3、理，火焰模塊解除火情，從而降低野外行軍風(fēng)險(xiǎn)，為部隊(duì)快速開辟安全道路，實(shí)現(xiàn)快速高效的行軍。本次設(shè)計(jì)利用STM32單片機(jī)芯片為核心控制器實(shí)現(xiàn)開路清障車控制系統(tǒng)的邏輯控制，包含火焰?zhèn)鞲衅?、?qū)動(dòng)模塊、超聲波模塊等外圍電路。通過實(shí)踐結(jié)果表明，以STM32系列芯片為主的設(shè)計(jì)可以滿足整體需求，預(yù)期的功能均可實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；警用機(jī)器人；超聲波模塊；傳感器AbstractAlong with the rapid advance of science and technology in recent years, with the continuous development and single-chip

4、 computer technology and its application to optimize, MCU used in every field of life in great quantities, cost-effective and more powerful SCM applied in military scientific research, and even police robot is extensive use of single chip microcomputer as main control chip, the more powerful feature

5、s, also provides the high quality for the robot to accomplish complex tasks.In order to cope with the complex battlefield and road situation in the future, although the police robot can complete the anti-terrorist task in the city, it lacks the ability to adapt to the environment for the complex ter

6、rain.The task of reconnaissance and road condition exploration in the army is complicated, but it is also an indispensable and important part of the march. In combination with these two situations, a kind of open road clearing vehicle that can adapt to the complex terrain in the field and take accou

7、nt of the obstacles in the field operation came into being.The open-circuit block removers can deal with various emergencies on the road through various high-performance modules on the vehicle, use the firepower module to clean up large obstacles, and the flame module to remove the fire, so as to re

8、duce the risk of wild marching, open up a safe road for the troops quickly, and realize fast and efficient marching.This design USES the STM32 micro controller chip as the core controller to realize the logic control of the open circuit troubleshooting vehicle control system, including the flame sen

9、sor, driving module, ultrasonic module and other peripheral circuits.The results of practice show that the design of STM32 series chips can meet the overall requirements and all the expected functions can be realized.Keywords: Single Chip Microcomputer; Police robots; ultrasonic module; Sensor引 言1 作

10、用和意義在部隊(duì)行軍中，部隊(duì)大都會(huì)派遣偵察兵，在前方進(jìn)行偵察并探明路況，為大部隊(duì)開拓道路，當(dāng)遭遇到中大型的障礙物時(shí)候，需要匯報(bào)回大部隊(duì)，大部隊(duì)派出工兵或者裝甲車進(jìn)行爆破清理。對(duì)于瞬息萬變的戰(zhàn)場(chǎng)，這無疑會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力甚至貽誤戰(zhàn)機(jī)。而在城市反恐作戰(zhàn)中，特警配備有排爆機(jī)器人，用于運(yùn)輸危險(xiǎn)品，遠(yuǎn)程排爆作業(yè)，用來降低人員傷亡，增加安全保障，可以應(yīng)對(duì)一般的反恐作業(yè)1。為了應(yīng)對(duì)未來復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)和道路情況，排爆機(jī)器人雖然可以完成城市反恐任務(wù)，但是對(duì)于復(fù)雜地形，卻缺乏一定的環(huán)境適應(yīng)能力，對(duì)于野外使用，阻礙眾多；軍隊(duì)中的偵察和探明路況的任務(wù)，任務(wù)繁雜，但又是行軍中不可或缺的重要一環(huán)，結(jié)合這兩種情況，一種能夠適

11、用于適應(yīng)野外復(fù)雜地形兼顧清理障礙的野外作戰(zhàn)的開路清障開路車應(yīng)運(yùn)而生?？梢詾樾熊娊档惋L(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省人力物力2。本次課題所研究的開路清障車車可以為大部隊(duì)快速開辟行軍路線，清理沿途障礙，對(duì)于不同的道路情況，可以進(jìn)行滅火，開辟隔離區(qū)，清除道路障礙物，并且做到低風(fēng)險(xiǎn)高機(jī)動(dòng)，可以大大節(jié)省部隊(duì)行軍所需的時(shí)間，同時(shí)此次的開路清障車整體所需材料簡(jiǎn)易，造價(jià)較低，也具有良好的推廣性和實(shí)用性。2 研究概況及意義單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小、擴(kuò)展靈活、高性價(jià)比、高可靠性和功耗低，單片機(jī)從開始試驗(yàn)到現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用，僅僅使用了幾十年的時(shí)間，從最開始的大型設(shè)備，到現(xiàn)在的精密儀器都可以見到他們的身影。遍布于大多數(shù)電子設(shè)備之中。單片機(jī)是微型

12、控制執(zhí)行器的簡(jiǎn)稱，它能夠?qū)崿F(xiàn)基本的計(jì)算機(jī)功能，是最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī),稱得上是應(yīng)用最多的計(jì)算機(jī)了，因?yàn)樗∏啥?，使用范圍比較廣闊。平常用到的手機(jī)、電腦、家用電器等產(chǎn)品中配有單片機(jī)，單片機(jī)在信息安全控制系統(tǒng)發(fā)揮出重大的作用2。本文利用單片機(jī)為核心控制實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于STM32的開路清障車控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)之中，所使用到的硬件方面的模塊有單片機(jī)主控模塊、火焰?zhèn)鞲衅?、?qū)動(dòng)模塊、超聲波模塊等。本文先對(duì)要采用的主要芯片以及各個(gè)模塊進(jìn)行分析, 選擇要制作物理對(duì)象的組件，選擇一系列需要的組件，包括滿足系統(tǒng)要求的各種指定型號(hào)，課題總體系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，硬件方面具體的方案及實(shí)現(xiàn)，物理調(diào)試和試驗(yàn)完成后，記錄每次調(diào)試和比較

13、得到的數(shù)據(jù)Error! Reference source not found.。3 研究的具體工作（1）采用火焰感知模塊實(shí)現(xiàn)火情的感知，火焰模塊中含有紅外火焰?zhèn)鞲衅?，以及滅火裝置，檢測(cè)火焰并解除火情。（2）采用超聲波模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)道路上障礙物檢測(cè)，為車輛避障和清障提供準(zhǔn)確的障礙物位置以及障礙物的清理情況。（3）采用火力系統(tǒng)作為本次設(shè)計(jì)的主動(dòng)清障單元，仿照槍械激發(fā)裝置，發(fā)射彈藥對(duì)目標(biāo)障礙物進(jìn)行清理，為車輛前進(jìn)清除較大的障礙物，使車輛可以快速開辟安全通道，快速通過。4 解決的主要問題本課題是設(shè)計(jì)類課題,在設(shè)計(jì)之初，對(duì)于整體設(shè)計(jì)可能遇到的問題有了一個(gè)整體的預(yù)估，所需重點(diǎn)解決的問題：（1）車輛穩(wěn)定性不足：

14、車輛的運(yùn)行時(shí)候，由于地形復(fù)雜，有高坡，低谷，碎石等，這要求車輛要有足夠的抓地力，為解決這個(gè)需求，本次設(shè)計(jì)中仿照渦輪增壓的原理，利用風(fēng)扇對(duì)車輛進(jìn)行負(fù)壓，使得其穩(wěn)定性增加，同時(shí)負(fù)壓能夠使車輛可以承受射擊裝置。（2）車輛清障方式單一：在清理大中型障礙物時(shí)，常用的將障礙物整體移走的方法難以實(shí)現(xiàn)，需要將中大型障礙物分割處理，再分次移開，為應(yīng)對(duì)這種情況，本次設(shè)計(jì)采用槍械的發(fā)射裝置對(duì)障礙物進(jìn)行射擊，擊碎障礙物，然后進(jìn)行進(jìn)行清理。1總體方案論證與設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)方案以基于STM32的開路清障車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)功能來進(jìn)行劃分，包括：主要的控制模塊(單片機(jī)最小系統(tǒng))、進(jìn)行檢測(cè)的模塊（火焰?zhèn)鞲衅鳌⒊暡K）、驅(qū)動(dòng)

15、模塊。在這個(gè)以單片機(jī)作為核心的基于STM32的開路清障車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，作為主控的單片機(jī)模塊是系統(tǒng)的核心處理部分，可以協(xié)調(diào)其他模塊一起工作，下面就針對(duì)這幾個(gè)模塊的選型進(jìn)行討論。設(shè)計(jì)框圖，如圖1.1所示。圖1.1設(shè)計(jì)框圖1.2主控模塊的選型和論證本次設(shè)計(jì)從功能上進(jìn)行分析，對(duì)于主芯片的選擇，查閱了相關(guān)的資料，并綜合的分析了在設(shè)計(jì)之中的實(shí)用性與可靠性，綜合擬定的有以下兩種比較可行的參考方案:方案一、采用STC89C52單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)是51系列的單片機(jī)，來源于STC公司，繼承51系列單片機(jī)的優(yōu)良傳統(tǒng)Error! Reference source not found.。而其中有8k的存儲(chǔ)空

16、間，可燒錄進(jìn)入大量的程序，具有很多傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)優(yōu)秀的編寫方式，更靈活、效率更高，在解決問題時(shí)也更有效。方案二：STM32單片機(jī)是專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，其STM32系列分類眾多，可選擇性更強(qiáng)，其中STM32F為通用系列，STM32F103為主流級(jí)單片機(jī)，擁有72MHZ的CPU，最高可以達(dá)到1M的Flash容量，且兼具電機(jī)控制功能，現(xiàn)在也是越來越流行的趨勢(shì)。本次設(shè)計(jì)中，需要用到多個(gè)電機(jī)，且需要對(duì)多個(gè)電機(jī)控制，這對(duì)軟件和硬件都有一定的要求，52單片機(jī)雖然可以基本滿足，但是操作起來極為繁瑣，而STM32擁有更高的處理速度和更多的擴(kuò)展功能，性價(jià)比更高，根據(jù)以上所述綜合

17、考慮，最終本次的課題設(shè)計(jì)的主芯片選擇的是STM32系列單片機(jī)。2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1主控模塊設(shè)計(jì)2.1.1 STM32單片機(jī)概述STM32這一款單片機(jī)是 ARM 公司推出了其全新的基于 ARMv7 架構(gòu)的 32 位 CortexM3（72MHz） /M4（168MHz，額外增加了浮點(diǎn)運(yùn)算）微控制器內(nèi)核Error! Reference source not found.。STM32作為最新一代的單片機(jī)，有更強(qiáng)大的功能，更高的性能比。所以，本次設(shè)計(jì)采用了STM32芯片，一方面它的性能高，方便學(xué)習(xí)更多新的嵌入式技術(shù)；另一外面，跟緊時(shí)代的步伐，讓自己在未來步入社會(huì)的時(shí)候更具優(yōu)勢(shì)Error! Refe

18、rence source not found.。要完成本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要用到串口1、串口2、JTAG、LED、3.3v、5v引出等基本外設(shè)。串口1主要負(fù)責(zé)調(diào)試代碼，與外接模塊進(jìn)行通信，直到各個(gè)模塊能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目里的基本功能。連接過程中，應(yīng)要認(rèn)真對(duì)照著芯片原理圖來進(jìn)行，以防止接錯(cuò)線造成短路損壞模塊。這個(gè)設(shè)計(jì)，我采用了高性能的ARM，這個(gè)芯片的最大運(yùn)行速度為72MHZ，能在調(diào)節(jié)測(cè)試的過程中快速響應(yīng)，能夠高效率地處理各種復(fù)雜的運(yùn)算。加上芯片本身豐富的資源，例如高精度的ADC、多個(gè)IO接口、還有I2C接口等，能適應(yīng)各種各種的現(xiàn)場(chǎng)情況。2.1.2 STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，以STM3

19、2單片機(jī)和外部的一些電阻、晶振、電容等構(gòu)建而成Error! Reference source not found.，接收來自各模塊的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理 , 然后將需要執(zhí)行的命令信號(hào)再發(fā)往各模塊, 主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的共同工作。復(fù)位電路是單片機(jī)最小系統(tǒng)中必不可少的一個(gè)模塊，單片機(jī)的復(fù)位按鍵是由按鍵，電容與電阻組成的，在按鍵開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電源供電，電阻本身沒有反應(yīng)，但是電容可以存儲(chǔ)電量，在這個(gè)時(shí)候電路中的電流值非常的小，基本可以說是沒有。相對(duì)于電源的電壓VCC來說，復(fù)位IO口的引腳是處于低電平狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候，單片機(jī)的工作狀態(tài)沒有收到干擾。當(dāng)按鍵開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電源系統(tǒng)就會(huì)變成回路，在這個(gè)時(shí)

20、候復(fù)位引腳的電壓相比電源按鍵的電壓是一樣的，為5V高電平，單片機(jī)發(fā)出復(fù)位指令。晶振也是單片機(jī)最小系統(tǒng)里很重要的一部分，它由一個(gè)晶體和兩個(gè)陶瓷電容器構(gòu)成。其在單片機(jī)系統(tǒng)中的主要作用是結(jié)合內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)正常運(yùn)行所必須的時(shí)鐘頻率，可以說它為單片機(jī)正常執(zhí)行命令提供了重要的保障Error! Reference source not found.，通常情況下晶振電路提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快，從而系統(tǒng)工作的效率也會(huì)越高。在設(shè)計(jì)晶振電路時(shí)，需要注意晶振頻率的選擇，合適的晶振頻率可以使本次系統(tǒng)發(fā)揮出最好的效果9。STM32F103C8T6原理圖，如圖2.1所示。圖2.1 STM3

21、2F103C8T6原理圖2.2 MCU主要實(shí)現(xiàn)功能通過上文的設(shè)計(jì)分析，每一種情況所對(duì)應(yīng)的流程設(shè)計(jì)對(duì)對(duì)應(yīng)著一些傳感器。為方便程序的運(yùn)行，對(duì)各個(gè)方面做出了相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。MCU主要功能軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下：高低電平控制實(shí)現(xiàn),我們已經(jīng)分析過了硬件電路，電磁鐵的發(fā)生作用需要通過MCU輸出的高低電平，單片機(jī)函數(shù)庫中GPIO_SetBits(GPIOx，GPIO_Pin)和 GPIO_ResetBits(GPIO_GPIOx，GPI 0_Pin)分別將輸出I/O 口置高、置低，如開啟報(bào)警模塊或者關(guān)閉報(bào)警模塊時(shí)，PA12 口輸出低電平配置GPIO_ResetBits(GPIOA，GPIO_Pin_12)10。I

22、/O 口上升/下降沿中斷實(shí)現(xiàn),MCU會(huì)檢測(cè)到相應(yīng)的I/O 口的下降沿對(duì)外圍的模塊進(jìn)行操作。單片機(jī)的所有的GPIO管腳都可以作為外部中斷輸入口，我們?cè)谶@個(gè)單片機(jī)上，可以設(shè)置多種情況，上升沿或者下降沿觸發(fā)中斷，還可以同時(shí)設(shè)置中斷的優(yōu)先級(jí)。2.3火焰?zhèn)鞲衅鞅驹O(shè)計(jì)的主要模塊之一為火焰?zhèn)鞲衅?，紅外火焰?zhèn)鞲衅魇褂锰刂频募t外線接受管來檢測(cè)火焰，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的火焰值11。然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào)，輸入到中央處理器中，中央處理器根據(jù)信號(hào)的變化做出相應(yīng)的程序處理使得滅火風(fēng)扇開始運(yùn)作，從而達(dá)到消除火焰的作用。火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)火焰信號(hào)，火焰?zhèn)鞲衅鞯闹甘緹袅疗?，將接收到的信?hào)通過STM32F103C8T

23、6芯片的PA3接口傳輸給主控芯片，經(jīng)處理將控制信號(hào)傳遞給各個(gè)模塊，協(xié)調(diào)同步停車，并開啟滅火裝置，消除火情?；鹧?zhèn)鞲衅鲀?nèi)部原理圖、火焰?zhèn)鞲衅髟韴D，如圖2.2、2.3所示。圖2.2 火焰?zhèn)鞲衅鲀?nèi)部原理圖圖2.3 火焰?zhèn)鞲衅髟韴D2.4超聲波模塊本設(shè)計(jì)采用了HC-SR04超聲波模塊，在開路清障車上裝載該模塊讓開路清障車檢測(cè)到障礙物和與障礙物的距離，當(dāng)?shù)胶线m位置時(shí)便會(huì)啟動(dòng)其他模塊協(xié)同清除障礙物。本次使用的超聲波測(cè)距模塊可以對(duì)2cm到400cm進(jìn)行無接觸測(cè)距感應(yīng)，該模塊由超聲波發(fā)射器、接收器、控制電路組成12。TRIG端口為觸發(fā)控制信號(hào)接入端口，ECHO為回響信號(hào)輸出端口，二者分別對(duì)應(yīng)STM32F10

24、3C8T6芯片的PB11,PB10接口，當(dāng)檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，會(huì)將信號(hào)通過端口傳給主控芯片，主控芯片將信號(hào)處理，將控制信號(hào)傳輸個(gè)各個(gè)模塊，從而完成，檢測(cè)、清除、正常通行一系列功能。HC-SR04超聲波模塊原理圖、HC-SR04超聲波模塊工作流程圖，如圖2.4、2.5所示。圖2.4 HC-SR04超聲波模塊原理圖圖2.5 HC-SR04超聲波模塊工作流程圖2.5驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)裝載了電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，本次使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298N是非常常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊其成本不高且是一種雙橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，在較高電流時(shí)輸出可以并聯(lián)，雙橋每個(gè)H橋都可以有2A電流，但注意的是其功率電壓小于6V將無法正常工作，L298N驅(qū)動(dòng)

25、模塊可以很好的滿足本次的設(shè)計(jì)，其驅(qū)動(dòng)芯片、電路原理圖如下圖2.6、2.7所示。將四個(gè)驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)的減速電機(jī)和一個(gè)負(fù)壓模塊電機(jī)連接在一個(gè)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，發(fā)射裝置和滅火模塊連接在一個(gè)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上，對(duì)不同的模塊分開進(jìn)行控制。-圖2.6 L298N驅(qū)動(dòng)芯片圖2.7驅(qū)動(dòng)模塊2.6穩(wěn)壓模塊本次設(shè)計(jì)使用的穩(wěn)壓模塊能夠很好的行使保護(hù)電路、熱關(guān)斷電路、限制電流等功能13，穩(wěn)壓模塊可以將輸出的電壓的分壓電阻的輸出與內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值比較，如果發(fā)現(xiàn)電壓偏差，可使用放大器對(duì)內(nèi)部振蕩器進(jìn)行控制調(diào)整其輸出占空比，進(jìn)而調(diào)整輸出電壓穩(wěn)定，穩(wěn)壓模塊原理圖如圖2.8所示。圖2.8穩(wěn)壓模塊2.7繼電器模塊本次設(shè)計(jì)中

26、采用本次選用2路光耦-高低電平繼電器模塊，當(dāng)LOW端與公共端接通時(shí)，為低電平觸發(fā)；當(dāng)HIGH端與公共端接通時(shí)，為高電平觸發(fā)，光耦繼電器就是固態(tài)繼電器，用光耦驅(qū)動(dòng)可控硅，控制光耦端給合適的電信號(hào)，這樣，光耦另一端光三極管，得信號(hào)導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通。繼電器模塊如圖2.9所示。圖2.9繼電器模塊3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1編程工具Keil簡(jiǎn)介STM32單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境使用的是有德國的KEIL公司推出的keil軟件14。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球大約十萬的科研人員在使用這一款軟件，在官網(wǎng)上可以看到起目前最新的版本是5.5。使用這一個(gè)版本不僅僅能夠開發(fā)我們目前使用的STM32單片機(jī)，還可以開發(fā)由全球數(shù)百個(gè)開發(fā)公司

27、所開發(fā)的芯片，知名的包括51，DSP等等。由它編譯生成的代碼效率極高穩(wěn)定性很好并且能夠?qū)崿F(xiàn)程序的編譯、編寫、承接、調(diào)測(cè)、仿真等全部的開發(fā)流程。同時(shí)，使用Keil5也對(duì)STM32單片機(jī)的開發(fā)有了針對(duì)性的優(yōu)化，相比較傳統(tǒng)模式的開發(fā)方式原開發(fā)界面，這樣一個(gè)編譯器是非常好用的15。Keil5的界面，如圖3.1所示。圖3.1 Keil uVision53.2程序設(shè)計(jì)原理本文的程序設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含數(shù)據(jù)分析、電機(jī)控制。在軟件設(shè)計(jì)中如果采用的是傳統(tǒng)的整體代碼編寫，出錯(cuò)的概率可能會(huì)有點(diǎn)大，甚至有時(shí)候可能連錯(cuò)在哪里都找不出來，這樣花費(fèi)的人力物力成本太大。所以本次軟件的設(shè)計(jì)選擇的是模塊化的設(shè)計(jì)，模塊化的設(shè)計(jì)將一個(gè)程

28、序分成幾個(gè)模塊來編寫，這里的模塊指的是那些可以單獨(dú)拿出來運(yùn)行的程序。這樣如果有錯(cuò)，就會(huì)很容易的就可以將它找出來，這樣對(duì)于我們來說調(diào)試起來很方便。模塊化程序設(shè)計(jì)有以下好處:(1)每個(gè)模塊都是可以分開來寫，而且調(diào)試起來也很方便；(2)每個(gè)模塊完成的功能都是獨(dú)立，不會(huì)互相影響17；3.3小車功能設(shè)計(jì)當(dāng)小車開始驅(qū)動(dòng)時(shí)，小車運(yùn)行前進(jìn)，當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)檢測(cè)到了火焰，開啟滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火，滅火三秒后，再次檢測(cè)火焰是否還在，若還在則繞行，未檢測(cè)到則繼續(xù)前行，當(dāng)檢測(cè)到路線有障礙物時(shí)，會(huì)開啟火力系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)火力清理障礙物，五秒后，再次檢測(cè)，若障礙物還在，無法清除，則繞行避開，若已清除檢測(cè)不到，則繼續(xù)前行。本設(shè)計(jì)的開路清

29、障車程序功能設(shè)計(jì)，如圖3.2所示。圖3.2小車功能流程圖4系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)測(cè)試最重要的目的是判斷系統(tǒng)是否可以正常運(yùn)行系統(tǒng)所開發(fā)的功能模塊能否進(jìn)行正常的操作以及程序代碼中是否存在錯(cuò)誤。測(cè)試程序是開發(fā)過程中的一個(gè)必不可少又極其重要的環(huán)節(jié)18。這是因?yàn)榫退阆到y(tǒng)被認(rèn)為設(shè)計(jì)的再完美其在進(jìn)行程序測(cè)試時(shí)也會(huì)被發(fā)現(xiàn)一個(gè)此前從來沒有被發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。在制作硬件電路之前，我們先根據(jù)實(shí)際需要的功能劃分硬件模塊，并且在AD里面畫出其硬件原理圖和PCB圖，檢查無誤后開始焊接19。在實(shí)際制作過程中也不是一帆風(fēng)順的，在硬件做好調(diào)試過程中，所測(cè)數(shù)據(jù)不變動(dòng)、或不顯示，經(jīng)檢查硬件電路，使用萬用表量通斷發(fā)現(xiàn)，部分導(dǎo)線可能不通，存在虛焊現(xiàn)象

30、，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)無法正常運(yùn)行。重新焊接該部分導(dǎo)線，焊接牢固后，問題才可以解決。在后期調(diào)試過程中，前置的L298N驅(qū)動(dòng)模塊（連接發(fā)射裝置和滅火裝置）經(jīng)常過熱，并伴有塑料焦糊味，隨后出現(xiàn)了，發(fā)射裝置和滅火裝置失靈，一時(shí)間設(shè)計(jì)擱置。在遇到硬件問題時(shí)，常用排除法排雜，所以先列出了可能存在的情況：存在虛焊情況，發(fā)射裝置和滅火裝置損壞，L298N驅(qū)動(dòng)模塊損壞等。先給發(fā)射裝置和滅火裝置外接電源，發(fā)現(xiàn)二者均可工作，且傳感器均有反應(yīng)，故排除二者損壞的可能，使用萬用表對(duì)以上情況一一排除，首先排除了存在虛焊的情況，當(dāng)檢查驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)裝置供電LED正常點(diǎn)亮，模塊供電正常，用萬用表檢查模塊各個(gè)元件，發(fā)現(xiàn)L298N驅(qū)動(dòng)

31、芯片損壞，于是更換了L298N驅(qū)動(dòng)模塊，裝置可以正常使用，并且在后面調(diào)試時(shí)對(duì)連續(xù)調(diào)試時(shí)間進(jìn)行縮短，給L298N驅(qū)動(dòng)芯片足夠的散熱時(shí)間，延長(zhǎng)其使用壽命。實(shí)物展示圖、實(shí)物調(diào)試圖，如圖4.1、4.2所示。圖4.1 實(shí)物展示圖圖4.2 實(shí)物調(diào)試圖結(jié) 論本文開篇便先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分析,并且向大家條理清晰有邏輯地介紹了設(shè)計(jì)的開發(fā)背景、設(shè)計(jì)思想和研究?jī)?nèi)容等。我們還對(duì)軟件的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了全局性的規(guī)劃和詳盡的設(shè)計(jì)。全局性的規(guī)劃主要包括總體功能規(guī)劃,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃等；最后我們還對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)試,并且對(duì)調(diào)試的結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)20。這從很大程度上幫助我們進(jìn)一步的找到系統(tǒng)的缺陷與需要進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化處理的地方,大大

32、的更便于后面，當(dāng)設(shè)計(jì)作品出現(xiàn)問題時(shí)候，我們?nèi)绾螌?duì)整體作品進(jìn)行排雜和維護(hù)?；诳傮w設(shè)計(jì)方案,本文完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。通過實(shí)際操作驗(yàn)證了序列的準(zhǔn)備和調(diào)試,取得了滿意的效果。在這個(gè)進(jìn)行畢業(yè)性的項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程中,我學(xué)習(xí)到了很多也成長(zhǎng)了很多。在設(shè)計(jì)中,我對(duì)大學(xué)生涯所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與其的實(shí)際應(yīng)用有了更深入的理解和新的經(jīng)驗(yàn)?；旧?我已經(jīng)意識(shí)到我學(xué)到的知識(shí)并應(yīng)用它，我也意識(shí)到規(guī)范化的整體設(shè)計(jì)流程的重要性以及整體作品的調(diào)試和維護(hù)的必要性。通過這次畢業(yè)性的項(xiàng)目設(shè)計(jì),使我得到了一次用專業(yè)所學(xué)習(xí)的知識(shí)、專業(yè)技術(shù)和能力分析以及一些解決相關(guān)問題方面得到更加完完整整的錘煉。使我在微型處理器的基礎(chǔ)性的原理、微處理

33、器方面實(shí)際使用的系統(tǒng)所需要開發(fā)的流程中,以及在常用編寫程序設(shè)計(jì)思想路線和技巧(特別是 C 語言)的掌握方面都能往前面邁進(jìn)了一步,為日后成為實(shí)用型奠定良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 耿文靜, 吳華. 應(yīng)用型本科院校單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)研究J. 科技視界, 2017(04) ：1862 湯辛華. 道路清障車的4大發(fā)展趨勢(shì)J. 商用汽車,2009(01) ：96-973 金琦淳, 倪月, 劉清翔等. 案例式教學(xué)在單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程中的應(yīng)用J. 裝備制造技術(shù), 2015(01) ：216-2184 肖軍. 我國道路清障車現(xiàn)狀及發(fā)展前景J. 商用汽車,2014(06) ：24-305 趙華峰. 基于單

34、片機(jī)的家居智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 信息與電腦(理論版),2018(22) ：134-1366 郁美霞. 基于校園卡的智能儲(chǔ)物柜人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D. 蘭州交通大學(xué), 2015 ：42-447 李琪琪, 楊沖, 張芳芳等. 小區(qū)物業(yè)智能快遞儲(chǔ)物柜系統(tǒng)研究J. 現(xiàn)代物業(yè)(中旬刊), 2019(06) ：308 徐愛昆, 康怡琳, 顧珉光等. 智慧校園儲(chǔ)物柜的多功能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用, 2019,19(01) ：69-729 張立立,尹國成,孫尚超. 基于MCU技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 電子世界,2013(21) ：128+14310 寧志超. 基于ATmega1

35、6的六自由度果實(shí)采摘機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2010 ：42-4311 宋珂. 自動(dòng)售票機(jī)硬幣處理裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)D. 南京理工大學(xué),2017 ：54-5512 董剛. 智能小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研制D. 西安科技大學(xué),2009 ：32-3313 章葉駿. ASR機(jī)器人系統(tǒng)中無線語音控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究D. 合肥工業(yè)大學(xué),2008 ：25-2614 周柱. 基于STM32的智能小車研究D. 西南交通大學(xué),2011 ：24-26 15 吳慧玲. 基于多傳感器的移動(dòng)機(jī)器人避障策略的研究D. 沈陽大學(xué),2013 ：45-4616 謝留威. 基于虛擬樣機(jī)的氣體連續(xù)發(fā)射輕小目標(biāo)裝置的研制

36、D.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017 ：47-4917 馬慶樂. 基于路徑規(guī)劃及避障的自主導(dǎo)覽互動(dòng)講解機(jī)器人研制D. 蘭州理工大學(xué),2017 ：36-3718 王時(shí)群. 智能吸塵器紅外避障控制系統(tǒng)研究D. 海南大學(xué),2015 ：24-2519 吳迪. 鋰電池充電控制與管理方法研究D. 北京交通大學(xué),2015 ：45-4620 朱恩亮. 基于ARM的滅火機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作D. 電子科技大學(xué),2011 ：25-26附錄1 系統(tǒng)原理圖附錄2 主要程序#include delay.h#include sys.h#include usart.h #include led.h#include key.h/超聲波硬件

37、接口定義#define HCSR04_PORT GPIOB#define HCSR04_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB#define HCSR04_TRIG GPIO_Pin_11#define HCSR04_ECHO GPIO_Pin_10 /超聲波計(jì)數(shù)u16 msHcCount = 0;/定時(shí)器4設(shè)置void hcsr04_NVIC()NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =

38、TIM4_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);/IO口初始化 及其他初始化void Hcsr04Init() TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_

39、InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =HCSR04_TRIG; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG); GPIO_InitStruc

40、ture.GPIO_Pin = HCSR04_ECHO; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); TIM_DeInit(TIM2); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1); TIM_TimeBaseStr

41、ucture.TIM_Prescaler =(72-1); TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update); TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE); hcsr04_NVIC(); TIM_Cmd(TIM4,D

42、ISABLE); /打開定時(shí)器4static void OpenTimerForHc() TIM_SetCounter(TIM4,0); msHcCount = 0; TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); /關(guān)閉定時(shí)器4static void CloseTimerForHc() TIM_Cmd(TIM4, DISABLE); /定時(shí)器4終中斷void TIM4_IRQHandler(void) if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_Update) != RESET) TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update ); m

43、sHcCount+; /獲取定時(shí)器4計(jì)數(shù)器值u32 GetEchoTimer(void) u32 t = 0; t = msHcCount*1000; t += TIM_GetCounter(TIM4); TIM4-CNT = 0; delay_ms(50); return t; /通過定時(shí)器4計(jì)數(shù)器值推算距離float Hcsr04GetLength(void ) u32 t = 0; int i = 0; float lengthTemp = 0; float sum = 0; while(i!=5) TRIG_Send = 1; delay_us(20); TRIG_Send = 0;

44、while(ECHO_Reci = 0); OpenTimerForHc(); i = i + 1; while(ECHO_Reci = 1); CloseTimerForHc(); t = GetEchoTimer(); lengthTemp = (float)t/58.0);/cm sum = lengthTemp + sum ; lengthTemp = sum/5.0; return lengthTemp; void go() /前進(jìn)GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_6); /PB.5 輸出高GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO

45、_Pin_5|GPIO_Pin_7);void stop() /停止 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); /PB.5 輸出?void left() /左GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6); /PB.5 輸出高GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_7);void right() /右GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_7); /PB.5 輸出高GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6);/測(cè)試主函數(shù)int main(void) float length;/ u8 time_spear=0; delay_init(); /延時(shí)函數(shù)初始化 LED_Init(); /電機(jī)控制方向初始化 KEY_Init() ; /火焰?zhèn)鞲衅鞒跏蓟?spear_Init(); / 水彈槍初始化 fan_Init(); /風(fēng)扇初始化 NVIC_Configurati