自動循跡小車課程設計報告

1、-. z課程報告課程名稱：嵌入式系統(tǒng)與應用工程名稱：自動循跡小車院 系：理學院專 業(yè)：自動化 1401學 號：*姓 名：*指導導師：*2021 年 05 月 23 日西京學院理學院制-. z摘要本次課程設計主要完成基于 STM32F103 微處理器的智能小車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計。此智能小車系統(tǒng)的組成主要包括 STM32F103 控制器、電機驅動電路、紅外探測電路。本次試驗采用 STM32F103 微處理器為核心芯片，利用 PWM 技術對速度進展控制，循跡模塊進展黑白檢測，其他外圍擴展電路實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能。實現(xiàn)了智能小車能夠自動跟蹤地面上的黑色軌跡的任務。關鍵字：STM32；紅外探測；PWM；電機

2、控制-. zAbstractThis course design mainly pletes the system design of intelligent car control system based on STM32F103 microprocessor. The position of this intelligent car system mainly includes STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit. This test uses STM32F103 microproce

3、ssor as the core chip, the use of PWM technology to control the speed, tracking module for black and white detection, other peripheral e*pansion circuit to achieve the overall function of the system. To achieve the smart car can automatically track the black track on the ground task.Keywords：STM32；i

4、nfrared detection；PWM；motor control-. z目錄1 設計任務要求.12 方案設計及選型.12.1 總體方案選擇 .12.2 車型選型 .12.3 器件選型 .23 系統(tǒng)電路設計.23.1 循跡模塊接口電路設計 .23.2 電機驅動模塊接口電路設計 .33.3 電源設計 .43.4 STM32 小系統(tǒng).54 系統(tǒng)軟件設計.64.1 主程序設計 .64.2 功能函數(shù)設計 .65 系統(tǒng)測試.66 完畢語.7參考文獻 .8附錄一：系統(tǒng)總體電路圖 .9附錄二：局部程序 .10附錄三：作品實物圖 .11-. z1 設計任務要求 本設計通過對軌跡跟蹤問題的分析，制作了一輛能

5、夠自動跟蹤地面上的黑色軌跡的智能小車。1設計搭建小車構造框架，兩驅或四驅不限，機械轉向靈活。2設計選型電源、電機、傳感器、STM32 控制器板等電路模塊，完成方案設計和電路圖繪制。3設計功能函數(shù)和軟件流程圖。2 方案設計及選型2.1 總體方案選擇 基于對小車循跡準確性以及速度的綜合考慮，我們最終選擇的系統(tǒng)框圖如圖 2-1所示：圖 2-1 總體方案框圖2.2 車型選型基于在循跡小車設計報告的實際完成情況，我們考慮到小車調試頻繁的問題、電池使用時間長短以及小車的靈活性，我么們選擇了由倆個電機與一個萬向輪組成的倆驅小車。車架使用市面上的合成簡易車架。2.3 器件選型1循跡模塊選型方案一：采用紅外對管

6、對黑帶進展高頻率掃描，并將掃描結果串行輸出，用斯密特觸發(fā)器對波形整形后，將數(shù)據(jù)送入 STM32 進展分析判斷。優(yōu)點：節(jié)省系統(tǒng)消耗的功率，節(jié)約 STM32 的 I/O，硬件電路的接線變得簡潔。缺點：信息處理速度相對于并行輸出慢，相鄰紅外會產(chǎn)生干擾。方案二：采用多路反射型的光電傳感器 TCRT5000 對地面進展檢測，將所采集到的信息并行輸入比較器比較后，再將數(shù)據(jù)送入 STM32 處理。優(yōu)點：信息處理速度快，相鄰傳感器不會相互干擾，操作方便，構造簡單。-. z缺點：占用 STM32 的 I/O 較多，連線相對繁瑣。方案選擇：考慮到小車對信息的采集速度及檢測的準確性，我們最終選用了方案二。2驅動及電

7、機選擇驅動選擇：由于 L298N 驅動有以下優(yōu)點： a.可實現(xiàn)電機正反轉； b.啟動性能好，啟動轉矩大； c.可同時驅動兩臺直流電機；所以我們最終選擇了 L298N 驅動。電機選擇：直流減速電機轉速平穩(wěn)，速度快，功耗低，又因為本設計是用電池供電，所以我們最終選擇了 6V 的直流減速電機作為小車的驅動電機。3 系統(tǒng)電路設計3.1 循跡模塊接口電路設計 小車在白色地面行駛時，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外信號被反射，接收管接收到信號后，輸出端為低電平。紅外傳感器的三個輸出端口分別與控制模塊的 PA4-PA6 依次相連，而當紅外信號遇到黑色導軌時，紅外信號被吸收，接收管不能接收到信號，輸出端為高電平。單片機通

8、過采集每個紅外接收管的輸出信號，便可以檢測出所處位置，從而控制小車的轉向。我們采用的傳感器為紅外避障模塊傳感器，它是采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高度靈敏光電晶體管組成。紅外避障傳感器的發(fā)射管和接收管是一起封裝在矩形塑料殼中，為了使檢測更加準確，我們用了紅外避障傳感器檢測黑線，其中一只放在黑線上方其余 2 只對稱分布在黑線的兩側。循跡模塊實物如圖 3-1 所示：圖 3-1 紅外避障模塊傳感器實物圖圖 3-2 循跡模塊原理圖3.2 電機驅動模塊接口電路設計 對于小車車輪的兩個直流電機，我們采用了一片電機驅動芯片 L298N 對其進展驅動。STM32 為芯片提供驅動信號，傳至 PWM 控制各個電機

9、的轉速，從而調整小車的前進-. z速度和轉向。其實物模塊如圖 3-2 所示。其中左前電機：PB12方向+PA8PWM，右前電機：PB13方向+PA9PWM。圖 3-3 電機驅動實物模塊圖圖 3-4 電機驅動模塊原理圖3.3 電源設計本設計中采用的是 6V 電池供電，因為主控芯片以及其余模塊均采用的 3.3V 供電，直流減速電機采用 6V 供電，傳感器采用 5V 供電，其實物圖如 3-3 所示。圖 3-5 電源模塊實物圖3.4 STM32 小系統(tǒng)本設計采用了一片 STM32 單片機為控制核心。通過循跡模塊、驅動模塊的應用，實現(xiàn)了小車轉速調節(jié)、自動循跡的任務。其原理圖如圖 3-4 所示：圖 3-6

10、 主控制模塊原理圖4 系統(tǒng)軟件設計4.1 主程序設計當開機時，系統(tǒng)復位，然后進入自動運行狀態(tài)。使小車沿黑線行進，并且在小車偏離軌道后自動調整走向使之返回預定路線。該模塊的具體設計流程框圖如圖 4-1 所示。圖 4-1 系統(tǒng)軟件設計框圖4.2 功能函數(shù)設計1方向判斷由 if.else if 函數(shù)書寫；2用定時器來生成 PWM 的占空比； 3定時器初始化函數(shù) Tim1_Init()；5 5 系統(tǒng)測試1測試儀器：示波器，電源，萬用表。測試方法：采用模擬電路由前端到后段，數(shù)字電路先仿真再試測，先逐個模塊測試再整體調試的方法。2循跡模塊測試連接好電路，調好靈敏度，然后用萬用表分別測量光電傳感器接收端的輸

11、出電壓-. z值，其值如表 5-1 所示：表 5-1 光電傳感器輸出電壓測量光電傳感器編號1234白線V4.834.81483487光電傳感器接收端電壓(V)黑線V0.420.430.450.453占空比與小車運行速度測試表 5-2 占空比與小車運行速度對應表占空比前進速度cm/s后退cm/s20%0050%30.530.370%36.736.5100%45.945.76 完畢語首先教師對我門的指導，同學給我們的幫助。在以后的學習工作中，我們一定會將今天所學習到的知識應用于生產(chǎn)實踐中。當然，該小車還存在著一些缺陷，比方：功耗較大、外型不夠美觀等。導致我們的小車出現(xiàn)那好多問題。總之，我們的設計還

12、有很大的提升空間。本次設計我們無論是在硬件還是軟件上的能力都有很大的提高，比方，接線端口有誤，沒有檢查仔細是我們的進程有了延誤。這使我們經(jīng)歷了一個設計從方案提出到確定，到最后的調試出實物，看到效果。在這個過程中收獲巨大。通過競賽，我們提高了自學能力以及團隊協(xié)作能力，并進一步提高了對本專業(yè)的興趣。本次競賽對自己的信心也有很大提高，在以后的學習中，我們會再接再厲。參考文獻1 軍，洋.原子教你玩 STM32M.：航空航天大學，2021-05-012 亞巨，樊東.基于 stm32f103zet6 的智能小車的制作J.電子制作，2021-113 婕.基于 STM32 的智能小車的制無線視頻監(jiān)控智能小車設

13、計D.：理工大學，2021-44 火良，森.電子與嵌入式系統(tǒng)設計叢書.機械工業(yè)，2021-2-. z5 建春，曾素華.嵌入式系統(tǒng)原理及應用.高等教育，2021-01-01 6 彥文.基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)原理及應用，清華大學，2021-02-017 譚會生.ARM 嵌入式系統(tǒng)原理及應用開發(fā)，電子科技大學，2021-02-01附錄一：附錄一：系統(tǒng)總體電路圖系統(tǒng)總體電路圖附錄二：局部程序附錄二：局部程序int main(void)BSP_Init();/系統(tǒng)初始化SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK); SysTick_Config(72

14、000); /1ms 延時,72000/72000000Hz=1msTim1_Init();/定時器初始化函數(shù),設定 PWM 頻率 5kHzwhile(1)if(LeftSensor()=0&MidSensor()=1&RightSensor()=0)/只有 中間光電 在黑線上 Motor1234(80,80,80,80);/Motor1234(duty1,duty2,duty3,duty4); /前進 8selse if(LeftSensor()=0&MidSensor()=0&RightSensor()=0)Motor1234(80,80,80,80);/M

15、otor1234(duty1,duty2,duty3,duty4); /前進 8selse if(LeftSensor()=1&MidSensor()=0&RightSensor()=0)/左邊遇見黑線Motor1234(-100,100,-100,100);/Motor1234(-duty1,duty2,-duty3,duty4); /前進 8selse if(LeftSensor()=0&MidSensor()=0&RightSensor()=1)/右邊遇見黑線Motor1234(100,-100,100,-100);/Motor1234(duty1,-duty2,duty3,-duty4); /前進 8selse if(LeftSensor()=1&MidSensor()=1&RightSensor()=1) /遇見黑線Motor1234(80,80,80,80);/Motor1234(duty1,duty2,duty3,duty4); /前進 8s附錄三：作品實物圖附錄三：作品實物圖指導教師評閱意見指導教師評閱意見:VCC3GND1P2TCRT1TCRT500VCC3GND1P2TCRT2TCRT500VCC3