基于STM32的智能物流循跡往返小車(chē)設(shè)計(jì)

1、    基于stm32的智能物流循跡往返小車(chē)設(shè)計(jì)    申家正摘 要：本設(shè)計(jì)以stm32系列單片機(jī)stm32f103rc作為核心處理器，輔以循跡模塊，測(cè)速模塊，超聲測(cè)距模塊，壓力傳感器模塊，通過(guò)pid算法構(gòu)成了完整的智能物流循跡小車(chē)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速循跡功能，停車(chē)避障功能，自動(dòng)往返功能。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，成本低，抗干擾能力強(qiáng)，節(jié)省人力成本，可被用于教學(xué)，智能玩具，倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)合，具有很好的使用價(jià)值。并且本系統(tǒng)保留多個(gè)接口，方便后期開(kāi)發(fā)，使系統(tǒng)更加實(shí)用。關(guān)鍵詞：stm32；pid；智能小車(chē)；物流；循跡：tp273 ：a ：1671-2064（201

2、7）21-0027-02小車(chē)作為現(xiàn)代智能小車(chē)熱門(mén)發(fā)展方向之一，是許多新技術(shù)的集合，它體現(xiàn)了車(chē)輛工程，自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能集為一體的綜合技術(shù)。本文提出了一種基于stm32f103芯片為控制核心，以循跡模塊，測(cè)速模塊，超聲測(cè)距模塊，通過(guò)pid算法構(gòu)成了完整的智能物流循跡小車(chē)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速循跡功能，停車(chē)避障功能，自動(dòng)往返功能。通過(guò)模糊pid和芯片自帶pwm脈寬調(diào)制技術(shù)的結(jié)合，大大提高了對(duì)車(chē)輛位置和速度控制的精度。1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1.1 循跡模塊本系統(tǒng)采用yl-70型紅外探測(cè)傳感器模塊實(shí)現(xiàn)循跡功能，其具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測(cè)方向遇到障礙物（反射

3、面）時(shí)，紅外線反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)比較器電路處理之后，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過(guò)電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效距離范圍260cm，工作電壓為3.3v-5v。循跡模塊電路圖如圖1。1.2 超聲測(cè)距模塊本系統(tǒng)采用us-100型超聲波測(cè)距模塊，塊可實(shí)現(xiàn) 2cm4.5m的非接觸測(cè)距功能，擁有2.45.5v的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2ma，自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有g(shù)pio，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門(mén)狗，工作穩(wěn)定可靠，超聲測(cè)距模塊電路圖如圖2。1.3 測(cè)速模塊本系統(tǒng)采用a3144型霍爾傳感器模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)速功能，探測(cè)到障礙物為高電平，無(wú)障礙物或超出探測(cè)范

4、圍輸出低電平，測(cè)速模塊電路圖如圖3。1.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊本系統(tǒng)采用l298n芯片驅(qū)動(dòng)直流減速電機(jī)，l298n芯片具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；發(fā)熱量低；抗干擾能力強(qiáng)；工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46v；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3a，持續(xù)工作電流可達(dá)2a；額定功率25w。內(nèi)含雙h橋的高壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。其電路圖如圖4。2 pid算法設(shè)計(jì)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，pid控制（比例、積分、微分控制）的使用最廣泛，是工業(yè)控制的重要技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)整方便、穩(wěn)定性高和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用閉環(huán)pid為基本控制算法，實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)的底盤(pán)速度閉環(huán)。pid控制是基于反饋原理的線性控制

5、，它將偏差e（t）的比例控制（p）、積分控制（i）、微分控制（d）進(jìn)行線性組合，形成控制量u（t），從而對(duì)被控制量進(jìn)行控制，pid控制原理圖如圖5所示?？芍?dāng)已知pid三個(gè)系數(shù)后，根據(jù)每次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定的目標(biāo)數(shù)據(jù)比較，得出偏差值e（n），e（n-1），e（n-2），對(duì)三個(gè)偏差進(jìn)行pid增量運(yùn)算，最終用得出的結(jié)果控制電機(jī)pwm脈沖占空比來(lái)控制直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)速。3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用c語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，小車(chē)進(jìn)入工作狀態(tài)后，開(kāi)始不斷掃描與探測(cè)主控stm32f103單片機(jī)的i/o口，一旦檢測(cè)到某個(gè)i/o口有信號(hào)變化，就執(zhí)行相應(yīng)判斷程序，把相應(yīng)發(fā)生信號(hào)傳給減速電機(jī)從而控制小車(chē)的狀態(tài)。4 系統(tǒng)測(cè)試

6、根據(jù)本文設(shè)計(jì)方法制造智能物流循跡小車(chē)，實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，該方法設(shè)計(jì)的小車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)，在長(zhǎng)時(shí)間的工作中系統(tǒng)穩(wěn)定，沒(méi)有偏離既定軌跡，使用了增量pid算法使得小車(chē)加速和減速過(guò)程迅速且平穩(wěn)，勻速過(guò)程速度穩(wěn)定，上下坡速度均衡，在有負(fù)載的情況下小車(chē)運(yùn)行一切穩(wěn)定，小車(chē)轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定，未發(fā)生漂移，小車(chē)整體性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。5 結(jié)語(yǔ)本文根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求，制定了設(shè)計(jì)方案，并逐步完成了硬件和軟件部分設(shè)計(jì)，展示部分硬件電路和系統(tǒng)框圖。整個(gè)系統(tǒng)以stm32f103為主控芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的控制，采用數(shù)字pid控制算法對(duì)直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。在項(xiàng)目進(jìn)行中學(xué)習(xí)使用altium designer設(shè)計(jì)電路圖，在keil軟件下編寫(xiě)各程序模塊，包括紅外循跡模塊、超聲測(cè)距模塊、霍爾測(cè)速模塊，并通過(guò)主程序?qū)⒏髂K融合在一起。整個(gè)設(shè)計(jì)將軟件硬件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的既定功能。經(jīng)過(guò)模塊測(cè)設(shè)和整車(chē)測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，成本低，抗干擾性能強(qiáng)，可被廣泛用于教學(xué)，