基于STM32的智能移動(dòng)拍攝手臂設(shè)計(jì)

[23]中提出可以針對(duì)部分手臂出現(xiàn)問(wèn)題的人設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以在癱瘓上肢進(jìn)行康復(fù)的時(shí)候提供必要的幫助，以便用來(lái)解決任務(wù)導(dǎo)向的部分活動(dòng)。“軟六指”是一種可穿戴的機(jī)器人多指設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)主要用于腦卒中后病人的輔助裝置，該裝置與仿生手/手臂一起工作，以類似于機(jī)器人抓手的兩個(gè)部分來(lái)抓取物體。1.3功能需求分析隨著信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，以及現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，再加上最近幾年人們對(duì)智能化應(yīng)用的關(guān)注，移動(dòng)拍攝手臂已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。作為現(xiàn)代智能社會(huì)的重要組成部分，它可以通過(guò)圖像傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化建設(shè)。移動(dòng)拍攝手臂系統(tǒng)能夠有效的將攝像頭前的畫面進(jìn)行拍攝并傳輸至手機(jī)上。與移動(dòng)拍攝手臂只能遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)控制俯仰的功能不同，本系統(tǒng)支持在不同復(fù)雜的地形中進(jìn)行移動(dòng)，采用履帶作為底盤可以保持運(yùn)動(dòng)時(shí)手臂的穩(wěn)定性，較少運(yùn)動(dòng)中的顛簸，使得畫面具有的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)在功能化的構(gòu)建中，采用了物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，其主要功能有：（1）圖像視頻傳輸：圖傳模塊安裝在機(jī)械手臂之上，攝像頭拍攝的畫面通過(guò)圖傳模塊推流到自身IP上，手機(jī)APP連接進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)接收。（2）遠(yuǎn)程控制：可以用手機(jī)遠(yuǎn)程控制手臂的移動(dòng)，APP向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收控制數(shù)據(jù)。（3）降低功率消耗：采用STM32F1系列單片機(jī)，而不采用PC機(jī)或樹(shù)莓派等，大大降低了系統(tǒng)的能耗。1.4設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容（1）使用STM32F103ZET6單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并控制整個(gè)系統(tǒng)采用STM32F103ZET6的定時(shí)器輸出PWM波驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)C語(yǔ)言編程的方式實(shí)現(xiàn)軟件PWM輸出，實(shí)現(xiàn)軟件控制占空比。（2）采用WIFI模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳使用STM32的串口三接收手機(jī)APP發(fā)送的指令，將接收到的信息進(jìn)行解包處理，提取功能幀進(jìn)行下一步控制。（3）采用PWM控制機(jī)械手臂的角度舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度由PWM的占空比控制，180°的舵機(jī)由輸出PWM的占空比來(lái)確定舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。1.5章節(jié)小結(jié)這一章主要對(duì)與智能移動(dòng)拍攝手臂系統(tǒng)有關(guān)的課題背景，以及國(guó)內(nèi)外研究的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。章節(jié)主要介紹了智能移動(dòng)拍攝手臂系統(tǒng)相關(guān)的課題背景，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，包括國(guó)外部分移動(dòng)拍攝手臂系統(tǒng)制作的方案和移動(dòng)拍攝手臂系統(tǒng)相關(guān)的專利、項(xiàng)目等存在的問(wèn)題以及本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容。第2章總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能移動(dòng)拍攝手臂，系統(tǒng)以STM32芯片作為核心，同時(shí)搭配電機(jī)模塊、舵機(jī)模塊、WIFI模塊、攝像頭模塊進(jìn)行系統(tǒng)搭建。首先使用攝像頭模塊進(jìn)行圖像采集，拍到的圖像經(jīng)過(guò)單片機(jī)，然后再通過(guò)無(wú)線模塊傳遞到手機(jī)APP，這樣就可以顯示圖像。另外手機(jī)端還可以控制小車地盤系統(tǒng)，控制數(shù)據(jù)到驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而控制舵機(jī)的角度變換及小車的運(yùn)動(dòng)，真正的完成智能拍攝手臂系統(tǒng)的運(yùn)行。圖2.1總體方框圖2.1單片機(jī)型號(hào)選擇方案一：選用STC89C52等51系列單片機(jī)。該系列最高可配置8k字節(jié)閃存，512字節(jié)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，32位L/O口線，看門狗定時(shí)器，4kb的EEPROM，MAX810重置電路，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，4個(gè)外接中斷，1個(gè)七向量四級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（與51系常規(guī)MCU采用五尺量二次中斷架構(gòu)），全雙工串行接口。此外STC89C52還能調(diào)低到0赫茲的靜止邏輯式運(yùn)行，并支持二個(gè)軟件可供節(jié)電模式選擇。在閑置狀態(tài)，CPU將停止運(yùn)行，內(nèi)存，計(jì)數(shù)器，串口，終端將會(huì)繼續(xù)運(yùn)行選擇。在掉電保護(hù)模式下，存儲(chǔ)RAM額定內(nèi)容，凍結(jié)振蕩器。單片機(jī)的所有工作在下一個(gè)中斷棍硬件復(fù)位之前停止。最大工作頻率35兆赫，6噸/12噸，但其不足之處在于51系列單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有ADC模塊，也沒(méi)有PWM產(chǎn)生通道。因此，對(duì)ADC采集需要外置ADC轉(zhuǎn)換芯片，而對(duì)于PWM，則需要手動(dòng)模擬PWM輸出，這對(duì)于一些需要ADC信息采集以及PWM輸出的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是非常不方便的。方案二：選擇MSP430/MSP432系列的MSP430/MSP432系列微控制器；MSP430和MSP432是TI的單片機(jī)，本文選擇了MSP430和MSP432兩種單片機(jī)作為進(jìn)行組。MSP430是一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器(MixedSignalProcessor)，它具有高達(dá)16位的高精度ADC，主要應(yīng)用于精確測(cè)量信號(hào)和需求低功耗的場(chǎng)合。每一種MSP430系列MCU都有更多的內(nèi)部和外部的集成。其中，當(dāng)程序失去控制時(shí)，監(jiān)視器能快速重置；采用模擬比較電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行比較，其輸入輸出端口數(shù)量多，P0,P1,P2端口既可以從外部的上升邊緣也可以從下降邊緣接受中斷輸入；10/12比特的硬體模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換率可達(dá)到200kbps可滿足大部分資料收集的要求；可直接驅(qū)動(dòng)多至160級(jí)的液晶；實(shí)現(xiàn)12比特的雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換；本文介紹了一種在串行總線上實(shí)現(xiàn)I2C硬件接口的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。以及增加數(shù)據(jù)傳輸速度的DMA模塊，MSP430系列單片機(jī)中的此類芯片，外部設(shè)置，使得該系統(tǒng)的單芯片解決方案變得非常便利。不過(guò)與STM32F1、STC89C52系列相比，它的價(jià)格還是比較高的。方案三：選擇STM32系列微控制器。STM32F103C8T6包括64

Kb的

Flash、20

Kb的

SRAM、37個(gè)可編程輸入輸出、2個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1位先進(jìn)計(jì)時(shí)器，3位傳統(tǒng)的16位計(jì)時(shí)器，2位看門后定時(shí)器，1位24位系統(tǒng)，3位串行接口，2位IIC，2位SPI，1位CAN器，它有四個(gè)計(jì)時(shí)器，每一個(gè)信道都可以被配置成為PWM輸出，輸入比較，等多種方式等。它的使用更加便捷，功能更加強(qiáng)大，跟STC89C52系列相比，它的價(jià)格并沒(méi)有發(fā)生多大的改變，它的性價(jià)比非常高。而STM32F1系列則是當(dāng)前最具代表性、最具代表性、同時(shí)也是最具穩(wěn)定性的一款單片機(jī)芯片。在此基礎(chǔ)上，選取STM32F103C8T6作為主控的芯片，對(duì)它進(jìn)行性能上的分析。圖2.2STM32實(shí)物圖2.2無(wú)線通訊模塊選擇方案一：藍(lán)牙模塊，本身也是一種無(wú)線技術(shù)，通常使用的是2.4G頻段，使用藍(lán)牙方式進(jìn)行設(shè)備傳輸時(shí)一般應(yīng)用于短距離通信。使用藍(lán)牙作為通信方式，數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定連接，而且系統(tǒng)本身的可靠性比較高。但是傳輸?shù)木嚯x一般限制在小于100米的范圍內(nèi)。方案二：WIFI方式，它本質(zhì)上就是允許設(shè)備連到無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)，有兩個(gè)頻段，2.4GHz和5GH。使用WIFI方式，就是把有線的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)化為無(wú)線的信號(hào)，這樣就可以完成在一定的區(qū)域內(nèi)，WIFI設(shè)備不需要有線就能夠連接到網(wǎng)絡(luò)中，真正的方便使用。相比較于藍(lán)牙，WIFI的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x也更遠(yuǎn)，甚至可以達(dá)到幾百米。經(jīng)過(guò)兩個(gè)模塊的比較，智能移動(dòng)拍攝手臂系統(tǒng)選擇WIFI模塊通信。圖2.3WIFI模塊實(shí)物圖第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能移動(dòng)拍攝手臂，整體以STM32F103C8T6為主控芯片，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中傳感器、單片機(jī)模塊、輸出模塊是兼容5V和3.3V供電的，供電采用三節(jié)18650鋰離子電池串聯(lián)然后經(jīng)過(guò)降壓，然后再進(jìn)行供電的。3.2各模塊硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1微控制器概述以及型號(hào)選擇單片機(jī)（Single-ChipMicrocomputer）是指一種集成電路的芯片，它是一種小型的，功能完備的微機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，它們通常被用于控制系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備中。它們可以通過(guò)編程來(lái)執(zhí)行各種任務(wù)，如控制電機(jī)、傳感器和其他外部設(shè)備的操作。單片機(jī)也常用于智能家居和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)各種智能化應(yīng)用，如智能家電、智能門鎖、智能攝像頭等。已被廣泛用于工控領(lǐng)域。同時(shí)，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它們的性能越來(lái)越強(qiáng)大，功耗也越來(lái)越低，能夠滿足越來(lái)越多的應(yīng)用需求。STM32F103C8T6芯片屬于是容量為中等的增強(qiáng)型的芯片，它是基于ARM為核心的微控制器，做高頻率可以達(dá)到72MHz。含有7個(gè)定時(shí)器和9個(gè)通信接口。它含有豐富的輸入輸出端口，可以適用于多個(gè)場(chǎng)合。圖3.1STM32的引腳圖3.2.2圖像采集模塊的選擇攝像頭模塊采用慧靜電子的，高清攝像頭的供電電壓5V，連接方式為USB免驅(qū)動(dòng)，硬件像素30W，焦距的設(shè)置方式為手動(dòng)調(diào)焦。圖3.2攝像頭模塊實(shí)物圖視頻模塊采用慧靜電子生成的圖傳模塊，該方案免去了自定義傳輸方案，采用通用的視頻傳輸方案，增加了模塊的通用性。3.2.3電機(jī)模塊的選擇電機(jī)模塊分為兩部分，分別是電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)這兩部分。采用的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)有L298N和TB6612，常用的電動(dòng)機(jī)有直流，空心杯電動(dòng)機(jī)等。一般情況下，電動(dòng)機(jī)只需接通電源即可轉(zhuǎn)動(dòng)，正時(shí)接正可以接通，逆時(shí)接逆可以接通。若要用MCU的輸入輸出端口來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，則必須要有電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。這是因?yàn)镮O端口的功率不夠，不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，還會(huì)燒毀。所以要用合適的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)并使用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波來(lái)調(diào)速。方案一：采用三極管作為驅(qū)動(dòng)電路，這種方法要求三極管周邊的電容，電阻值按照電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行選擇，并且要親自動(dòng)手焊接有關(guān)的電路，但是如果選擇這種方案會(huì)比較不便。第二種方法是選擇TB6612。TB6612FNG可以帶動(dòng)兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的L298N，性能大幅度提升的TB6612FNG模塊，體積也縮小了不少。在標(biāo)稱溫度下，晶片基本上沒(méi)有加熱。而且還擁有100khz的PWM控制頻率。但是價(jià)格相對(duì)L298N更加昂貴。方案三：選用L298N。L298N是一款能夠承受高壓動(dòng)電動(dòng)機(jī)，既能驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。一片驅(qū)動(dòng)晶片，可以同時(shí)操縱兩臺(tái)直流減速馬達(dá)，使其在6伏至46伏之間，輸出電流為2安，并具備過(guò)熱自斷及回饋偵測(cè)的功能。由L298N直接控制電動(dòng)機(jī)它的控制電平是由主控芯片的I/O輸入來(lái)設(shè)置的，只需為電動(dòng)機(jī)正向，反向轉(zhuǎn)動(dòng)，操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性能比較好。能夠滿足大電流驅(qū)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)的要求。L298N很便宜，同時(shí)L298N有小體積版本，采用小體積版本L298N驅(qū)動(dòng)車輪上的電機(jī)綽綽有余。選擇電機(jī)：方案一、空心杯電動(dòng)機(jī)：中空杯狀電機(jī)是由一種中空杯狀的有刷電機(jī)和一種中空杯狀的無(wú)刷電機(jī)構(gòu)成的。無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，在四旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)上被廣泛應(yīng)用以及需要高轉(zhuǎn)速的項(xiàng)目中，體積小，轉(zhuǎn)速高，但是需要的電流大，價(jià)格相對(duì)昂貴；其中的有刷電機(jī)則相對(duì)來(lái)說(shuō)體積更大，其他方面與無(wú)刷區(qū)別不是很大。方案二、TT直流電機(jī)：TT馬達(dá)是生活中常見(jiàn)的電機(jī)，其體積相對(duì)較小，轉(zhuǎn)速滿足車輪的基本要求，價(jià)格低廉，易驅(qū)動(dòng)。方案三、步進(jìn)馬達(dá)：步進(jìn)馬達(dá)是一種特別的馬達(dá)，它把脈沖訊號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)作，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種開(kāi)環(huán)控制，不需要任何附加反饋，走步電動(dòng)機(jī)，一旦知道了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，就能夠精確地控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置。步進(jìn)電機(jī)有許多不同的磁場(chǎng)，不同的線路，就一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)而言。四相指的是電機(jī)里面有4對(duì)磁極，另外還有一個(gè)公共端電源，ABCD是四線的連接器。四相電動(dòng)機(jī)可以有六根導(dǎo)線，也可以有五根導(dǎo)線。所以有成為六線四相制和五線四相制。方案四、減速電機(jī)：減速電機(jī)是一種由減速機(jī)和電機(jī)組成的整體。這種一體化設(shè)備也可以稱為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或齒輪馬達(dá)。通常都是由專業(yè)的減速器生產(chǎn)廠家進(jìn)行整體組裝，與電動(dòng)機(jī)整體配套供應(yīng)。它具有效率高，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地少，維修方便，適合面廣等優(yōu)點(diǎn)。安裝方式可分為展開(kāi)型，同軸型和分流型三種。根據(jù)變速器的傳動(dòng)形式，減速馬達(dá)可分為同軸斜齒輪，平行軸，等多種。適用于很多方面，在各行業(yè)中的各種普遍機(jī)械的減速機(jī)。經(jīng)過(guò)對(duì)比，在本項(xiàng)目中擬采用L298N作為電極驅(qū)動(dòng)，采用直流減速電機(jī)作為控制小車的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。圖3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖3.2.4舵機(jī)模塊的設(shè)計(jì)舵機(jī)是一種進(jìn)行位置伺服的裝置，一般來(lái)說(shuō)舵機(jī)主要應(yīng)用在需要不停的進(jìn)行角度變換，仍然可以進(jìn)行保持的系統(tǒng)中。使用舵機(jī)主要是應(yīng)用在一些需要輸出某一具體控制角度的場(chǎng)景中，舵機(jī)本身可以根據(jù)控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行一定的角度輸出。一般的輸出角度有90度、180度、360度。這幾種舵機(jī)除了輸出角度存在差異外，其它的性能參數(shù)基本上沒(méi)區(qū)別。舵機(jī)的工作原理就是：接收機(jī)進(jìn)行發(fā)出信號(hào)傳給舵機(jī)，這時(shí)候電路板上的IC驅(qū)動(dòng)無(wú)核心的馬達(dá)就會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪進(jìn)行動(dòng)力傳輸?shù)綌[臂，同時(shí)對(duì)應(yīng)的位置傳感器發(fā)回訊號(hào)，可以用來(lái)判斷是否到達(dá)指定位置。SG90舵機(jī)，主要是依靠PWM方式控制。對(duì)于舵機(jī)的角度控制，需要MCU產(chǎn)生一個(gè)大小為20ms的脈沖信號(hào)，然后再用0.5ms到2.5ms的高電平進(jìn)行控制。圖3.4舵機(jī)實(shí)物圖圖3.5舵機(jī)電路連接圖第4章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1整體程序設(shè)計(jì)框架首先系統(tǒng)上電之后開(kāi)始進(jìn)行各個(gè)模塊的初始化，包含延遲功能的初始化，發(fā)光二極管的初始化，馬達(dá)引腳IO的初始化，無(wú)線圖像傳送模組的初始化，串口三的初始化和定時(shí)器2的四個(gè)聲道的輸出PWN初始化。在完成了初始化后，計(jì)時(shí)器2被接通，并且完成了編碼系統(tǒng)的初始化，并進(jìn)行了主循環(huán)。對(duì)于主循環(huán)來(lái)說(shuō)，如果WIFI圖傳模塊收到了被控制指令，代碼將會(huì)解析指令，并拆分幀頭幀尾，根據(jù)中間的功能幀和數(shù)據(jù)幀來(lái)對(duì)車體和舵機(jī)進(jìn)行控制。4.2各模塊程序設(shè)計(jì)4.2.1電機(jī)PWM轉(zhuǎn)動(dòng)PWM，英文名為“PulseWidthModulation”，它是利用一種微處理機(jī)構(gòu)的數(shù)字的信號(hào)來(lái)控制模擬電路的一種高效率技術(shù)，它被廣泛地應(yīng)用于測(cè)繪，通話，功率的控制，轉(zhuǎn)化等幾個(gè)領(lǐng)域。換句話來(lái)說(shuō)，電機(jī)本身有兩根線，分別與電源的正負(fù)兩極相連，如果兩極對(duì)調(diào)，就可以實(shí)現(xiàn)反向，如果電極的兩端都與電源的正負(fù)極相連，那么這個(gè)時(shí)候的電機(jī)就是在全速運(yùn)行，而且速度不能控制，在很多時(shí)候，我們并不期望電機(jī)能全速運(yùn)行，只是想要按照我們所需要的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，這個(gè)時(shí)候，就需要使用PWM來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。圖4.1PWM波形脈寬調(diào)制包括兩個(gè)基本參數(shù)，頻率和占空比兩個(gè)方面，頻率區(qū)間，即循環(huán)的倒數(shù)。并且它需要有一定的頻率才能驅(qū)動(dòng)，不同類型的電動(dòng)機(jī)，它的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率的范圍也是不一樣的。假定電壓為5伏，輸出為40%，輸出電壓只有2V，如果加到電動(dòng)機(jī)上的電壓降低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度就會(huì)降低。STM32單片機(jī)具有非常強(qiáng)大的功能，它的通用計(jì)時(shí)器具有PWM的輸出特性，通過(guò)對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行配置，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM信號(hào)的輸出。以下是配置定時(shí)器3并以PB5輸出PWM的代碼：voidTIM3_PWM_Init(u16arr,u16psc){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//TIM_CH2 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//復(fù)用推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);// 在控制定時(shí)器輸出的PWM時(shí)，只需調(diào)用TIM_SetCompare2(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tCompare2);此函數(shù)即可，該函數(shù)的功能是，配置特定定時(shí)器x的通道2的CCRx寄存器，在定時(shí)器的CNT寄存器的數(shù)值<CCRx寄存器數(shù)值的時(shí)候，定時(shí)器輸出高電平，反之則輸出高電平。改函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)如下：voidTIM_SetCompare2(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tCompare2){/*Checktheparameters*/assert_param(IS_TIM_LIST6_PERIPH(TIMx));/*SettheCaptureCompare2Registervalue*/TIMx->CCR2=Compare2;}4.2.2舵機(jī)PWM轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置又稱RC伺服裝置，一般應(yīng)用于機(jī)器人工程，也可應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制車輛，飛機(jī)等各種型號(hào)的航空模型。一種類似于舵機(jī)的伺服系統(tǒng)，一般是由一個(gè)小馬達(dá)，一個(gè)電位器，一個(gè)內(nèi)嵌的控制系統(tǒng)以及一個(gè)齒輪箱構(gòu)成的。由于一個(gè)內(nèi)置器的電勢(shì)計(jì)，連續(xù)地采樣并測(cè)量了馬達(dá)的輸出軸的位置，并把它和一個(gè)由微處理器設(shè)置的目標(biāo)的位置來(lái)進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)該誤差的分析，得出了電動(dòng)機(jī)輸出軸的真實(shí)位置，并對(duì)其進(jìn)行了修正。如此，可構(gòu)成閉環(huán)控制。該舵機(jī)主要包括如下部件，主要是四個(gè)方面的部件。在收到脈沖命令的時(shí)候，DC馬達(dá)就會(huì)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。然后驅(qū)動(dòng)減速齒輪組，再驅(qū)動(dòng)下面連接的電位計(jì)。然后通過(guò)控制面板上的電位計(jì)，判斷出操縱桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而形成了一個(gè)閉環(huán)。通過(guò)將PWM信號(hào)傳輸?shù)剿霾倏v器的所述信號(hào)線路而對(duì)所述操縱器的輸出進(jìn)行控制，通常情況下，輸出軸的位置取決于PWM的周期和占空比。以下例子說(shuō)明，當(dāng)我們給操縱器發(fā)出了一個(gè)脈沖寬度為1.5ms的訊號(hào)時(shí)，操縱器的輸出軸會(huì)移動(dòng)到一個(gè)中點(diǎn)。當(dāng)脈寬為1毫秒時(shí)，操縱器的輸出軸會(huì)移動(dòng)到零度角的最小位置，當(dāng)脈寬為兩毫秒時(shí)，它的輸出軸會(huì)移動(dòng)到最小，需要指出的是，在不同的型號(hào)和型號(hào)伺服馬達(dá)中，最高于最低的位置的夾角可以有所不同。很多服務(wù)器只轉(zhuǎn)動(dòng)大約170度，但是1.5毫秒寬度的服務(wù)器脈沖典型地把服務(wù)器設(shè)定在中間位置，典型地是規(guī)定的全域的一半。4.2.3通信部分程序設(shè)計(jì)裝置間的通訊模式可分為兩類，并聯(lián)通信和串聯(lián)通信，串行通信的區(qū)別是，根據(jù)它的傳送方向，它可以劃分為三種類型，一種，半雙工，一種和全雙工在這里，singleton指示只支持單向的數(shù)據(jù)傳輸，半雙工使得數(shù)據(jù)可以從雙向上載輸出。但在一定時(shí)間內(nèi)只能向一個(gè)方向傳送數(shù)據(jù)，這其實(shí)就是一種單向的單向通訊，本發(fā)明不需要將接收機(jī)和發(fā)射器分離，而是將接收器和發(fā)射機(jī)組合起來(lái)，共用一個(gè)口，然而全雙工則可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，因此，所謂的全雙工通信，就是需要兩種不同的單工信方式的結(jié)合。圖4.2三種通信方式從通訊的形式來(lái)看，它們可以分為同步通信和異步通信。同步通信頻帶，時(shí)鐘同步信號(hào)來(lái)傳輸，比如說(shuō)，SPI、IIC通信接口。無(wú)時(shí)鐘同步信號(hào)的異步通信，如UART，單總線等。在進(jìn)行同步通信的時(shí)候，發(fā)送端和接收端之間會(huì)有一個(gè)信號(hào)線路，以時(shí)鐘為動(dòng)力，將兩個(gè)人之間的信息相互配合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。比如，在通訊過(guò)程中，雙方一般都會(huì)制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，那就是在時(shí)鐘信號(hào)的上升和下降兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在異步通信中，并不把時(shí)鐘訊號(hào)用作資料同步，而是把資料訊號(hào)直接插入資料訊號(hào)中，或是把資料封包起來(lái)，以資料幀式傳送資料。為了保證更好的同步，另外還需要在數(shù)據(jù)傳輸速率上達(dá)成協(xié)議，較為常見(jiàn)的波特率為4800bps、9600bps、115200bps等。在前者，大多數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)氖怯行У臄?shù)據(jù)，然而在后者，將包含不同的標(biāo)識(shí)符。所以同步通信的效果是非常高效的，但是在同步通信中，雙方所容許的時(shí)鐘的誤差是非常小的。稍微的時(shí)鐘錯(cuò)誤就會(huì)造成數(shù)據(jù)混亂，異步通信雙方的時(shí)鐘允許誤差很大。在本次項(xiàng)目中，采用異步通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具體實(shí)施的方式如下，首先初始化串口，打開(kāi)串口中斷，編寫中斷服務(wù)函數(shù)，在主函數(shù)里進(jìn)行服務(wù)操作。以下是串口接收中斷的處理函數(shù)：voidUSART3_IRQHandler(void)//串口接收指令函數(shù){ unsignedcharrec_data; if(USART_GetITStatus(USART3, start++; } elseif(start!=0&&rec_data==0xff) //如果收到包尾 { mode[0]=buf[0]; //給狀態(tài)存儲(chǔ)數(shù)組賦值 mode[1]=buf[1]; mode[2]=buf[2]; start=0; mode1=1; //指示主函數(shù)循環(huán)檢測(cè)一次 } elseif(rec_data==0xff&&start==0) //如果收到的是包頭 start++; }}4.3小結(jié)本章節(jié)主要介紹了工程計(jì)劃的總體架構(gòu)和各組成部分的規(guī)劃。可以通過(guò)查閱相關(guān)的元器件數(shù)據(jù)手冊(cè)，使用手冊(cè)，從而了解每個(gè)元器件的工作原理，其對(duì)應(yīng)的時(shí)序邏輯以及模塊對(duì)應(yīng)的串口協(xié)議，首先畫出了整個(gè)編程流程，然后用Keil5進(jìn)行了詳細(xì)的編程。從電機(jī)速度控制、舵機(jī)角度控制、通信部分程序設(shè)計(jì)等程序模塊入手，先編程實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，再將各個(gè)模塊合并調(diào)通，實(shí)現(xiàn)整體功能。第5章系統(tǒng)介紹與調(diào)試5.1系統(tǒng)介紹智能移動(dòng)拍攝手臂，它其實(shí)是以STM32作為一個(gè)主線的，另外用舵機(jī)、電機(jī)、攝像頭、WIFI模塊等作為了一個(gè)外接固件，該系統(tǒng)以較低的履帶式運(yùn)載車和較高的智能攝像臂作為了基礎(chǔ)的構(gòu)架。實(shí)現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的攝像和操縱工作的順利進(jìn)行。在此，控制的模組，對(duì)推車的運(yùn)動(dòng)以及它的角度的控制。該系統(tǒng)采用了無(wú)線通訊模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)電話的數(shù)據(jù)傳送和對(duì)移動(dòng)電話的處理事項(xiàng)。另外，通過(guò)對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的控制，避免了障礙物，并能夠?qū)z像機(jī)返回影像傳送到移動(dòng)終端上實(shí)時(shí)顯示并由控制端監(jiān)視運(yùn)行。它能夠協(xié)助人類執(zhí)行由于靈動(dòng)性和其他限制難以執(zhí)行的任務(wù)。比如說(shuō)自然災(zāi)害的當(dāng)場(chǎng)的攝像。該系統(tǒng)采用按鍵來(lái)控制系統(tǒng)，移動(dòng)它的方向與它的攝像頭錄像方向，分別有上按鍵與下按鍵等來(lái)控制，若小車需要向前移動(dòng)，可由向前移動(dòng)的按鍵來(lái)控制；若小車需要后退，可由向后移動(dòng)的按鍵來(lái)控制；若小車需要向左側(cè)轉(zhuǎn)彎，可由向左移動(dòng)的按鍵來(lái)控制；若小車需要后退，可由向右移動(dòng)的按鍵來(lái)控制。若需要攝像頭向右側(cè)偏轉(zhuǎn)，可通過(guò)向右偏轉(zhuǎn)的按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)；若需要攝像頭向左側(cè)偏轉(zhuǎn)，可通過(guò)向左偏轉(zhuǎn)的按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，其他方向同理。從理論上來(lái)說(shuō)和人工相比，使用機(jī)器人來(lái)替代人工，在對(duì)被困人員搜救，對(duì)位置環(huán)境的探索，信息的傳輸?shù)榷鄠€(gè)方面，具有更安全，更方便的優(yōu)勢(shì)。它可以替代人們?cè)谝恍毫訔l件下的攝影，也可應(yīng)用于流水作業(yè)中，以取代往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，節(jié)省人類體力。5.2調(diào)試（1）按下電源開(kāi)關(guān)，指示燈亮起，WIFI通信模塊指示燈亮起后熄滅圖5.1整體上電后圖片（2）將裝置的WIFI通信模塊和手機(jī)端進(jìn)行連接。在手機(jī)端顯示W(wǎng)IFI已連接，這時(shí)候表示連接成功。圖5.2WIFI通信模塊圖5.3手機(jī)端WIFI連接圖（3）圖像采集由攝像頭來(lái)完成。圖5.4攝像頭連接圖（4）通過(guò)手機(jī)控制端進(jìn)行監(jiān)控和操作，手機(jī)端可以實(shí)時(shí)顯示攝像頭拍到的畫面。圖5.5遠(yuǎn)程操控圖5.6手機(jī)界面顯示圖如圖所示：手機(jī)屏幕左側(cè)方向鍵用來(lái)控制小車的移動(dòng)方向，屏幕右側(cè)方向鍵用來(lái)控制攝像頭的拍攝角度。若想讓小車前進(jìn)，只需按下手機(jī)屏幕左側(cè)方向鍵中的向上的箭頭，從而控制小車前進(jìn)。后退時(shí)需要按下屏幕左側(cè)方向鍵中的向下的箭頭，這樣小車就會(huì)后退。當(dāng)想讓小車向左轉(zhuǎn)彎時(shí)按下屏幕方向鍵中向左的箭頭，由于小車履帶的轉(zhuǎn)速差，小車就會(huì)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。同理，當(dāng)想讓小車向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，只需要按下方向鍵中向右的箭頭就可以實(shí)現(xiàn)。若需要拍攝偏右方向的場(chǎng)景時(shí)，需要按下手機(jī)屏幕右側(cè)按鍵中的向右的箭頭來(lái)調(diào)整攝像頭的角度，這樣攝像頭就會(huì)旋轉(zhuǎn)到右側(cè)，其他方向同理。人們可以控制小車向控制方向行進(jìn)、躲避途中的障礙物,而且攝像頭返回的圖像信息也會(huì)實(shí)時(shí)傳輸至移動(dòng)終端顯示,這樣人們就可以通過(guò)控制端進(jìn)行監(jiān)控和操作。第6章總結(jié)與展望本篇論文主要介紹了一種以STM32為核心的智能型照相機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與制作，本文首先闡述了本課題的研究背景和國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)綜述。論文的第二章是對(duì)課題的總體硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，第三部分是對(duì)課題的總體設(shè)計(jì)。文章的第四部分介紹了設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試，包括硬件電路的焊接和軟件程序的編寫，最終實(shí)現(xiàn)了基于STM32的智能移動(dòng)拍攝手臂的功能。在實(shí)際測(cè)試中，該設(shè)計(jì)的拍攝手臂能夠準(zhǔn)確地按照用戶指令進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，并且可以通過(guò)手機(jī)端進(jìn)行遙控操作，大大提高了拍攝效率和便捷性。文章的第五部分是對(duì)設(shè)計(jì)的總結(jié)和展望，指出了該設(shè)計(jì)中還存在的問(wèn)題和不足，同時(shí)也提出了進(jìn)一步改進(jìn)的方向和思路，以期達(dá)到更好的實(shí)用效果。這個(gè)項(xiàng)目的研究具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。意圖是在特別的情形下，手動(dòng)控制拍攝手臂進(jìn)行角度變換。本設(shè)計(jì)采用STM32F103ZET6作為主控，WIFI圖傳模塊作為攝像頭畫面?zhèn)鬏敳糠?，該系統(tǒng)以直流電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)，以無(wú)線模塊與移動(dòng)電話進(jìn)行通訊。第一部分是關(guān)于線路支路的設(shè)計(jì)，主控制器和部分傳感器使用3.3伏的電源。5伏電源下，無(wú)線圖傳模塊更穩(wěn)定，但也能在3.3伏電源下工作。后半部分對(duì)軟件程序設(shè)計(jì)，實(shí)物調(diào)試等環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，其目標(biāo)是對(duì)以STM32為基礎(chǔ)的智能移動(dòng)拍攝手臂設(shè)計(jì)的正確性與可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。另外，在設(shè)計(jì)上還有許多需要改進(jìn)的環(huán)節(jié)。首先，整個(gè)電路都可以用PCB來(lái)完成，而不是像洞板那樣，需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)完成，這樣既能提高設(shè)計(jì)效率，又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不會(huì)出現(xiàn)杜邦路線因維護(hù)時(shí)間太長(zhǎng)而松動(dòng)，斷線的現(xiàn)象，使用印刷電路板的設(shè)計(jì)更接近于一體，更具整體性和集成性。其次，使用電池組作為電源，將兩節(jié)干電池分別調(diào)到五伏，三伏，這樣整體的電源將會(huì)得到較好的輸出?？傊?，本論文提出的基于STM32的智能移動(dòng)拍攝手臂設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具有實(shí)用性和可行性的研究，能夠?yàn)榕臄z領(lǐng)域提供一種新的思路和解決方案，具有一定的創(chuàng)新性和應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)李明喆,劉蕭鍵.基于STM32的智能移動(dòng)拍攝手臂[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2019,37(03):14-15.白煥鑫,劉文飛,孟鑫,薛茜藝.基于STM32的智能物料搬運(yùn)小車[J].科技與創(chuàng)新,2022(16):44-47+51.陳淑艷,陳文家.履帶式移動(dòng)機(jī)器人研究綜述[J].機(jī)電工程,2007(12):109-112.梁鋒,王志良,解侖,徐文學(xué).多舵機(jī)控制在類人機(jī)器人上的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008(02):242-243+229.張勇.六自由度機(jī)械手參數(shù)化建模及運(yùn)動(dòng)仿真[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),2023,38(04):4-6.吉洋,霍光青.履帶式移動(dòng)機(jī)器人研究現(xiàn)狀[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2012,40(10):7-10.楊草原,張超.模塊化移動(dòng)機(jī)械手臂設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2019,32(03):115-118.王緒全.六自由度機(jī)械手臂及移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)研究[D].燕山大學(xué),2016.趙永濤.基于單片機(jī)的機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程與裝備,2022,49(05):24-26.陳心怡,張春雨,朱麗華.基于單片機(jī)的六自由度機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].銅陵學(xué)院學(xué)報(bào),2021,20(02):106-109.郗郡紅.搭載機(jī)械手的智能輪式小車目標(biāo)識(shí)別及抓取控制研究[D].天津科技大學(xué),2015.吳南.自動(dòng)機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].輕工科技,2019,35(08):77-78.馮澤.基于STM32的圖像采集與去抖動(dòng)模糊的研究[D].上海師范大學(xué),2015.劉蕭鍵,李明喆,李金鵬,張國(guó)恒.基于嵌入式的智能移動(dòng)機(jī)械手臂[J].電子世界,2018(02):155-156.張維君,陳威.同步控制機(jī)械手臂的研究[J].艦船電子工程,2021,41(05):90-95.鄧遠(yuǎn)旺,吳家洲,邱玉蘭,俞志強(qiáng).基于DSP帶機(jī)械手臂履帶式移動(dòng)機(jī)器人[J].科技廣場(chǎng),2014(07):78-81.李維軍,韓小剛,李晉.基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)[J].機(jī)電一體化,2004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/*speed=0~5*///電機(jī)調(diào)速度volatileu32time;//ms計(jì)時(shí)變量externvolatileu8motor0_angel,motor1_angel,motor2_angel,motor3_angel,motor4_angel,motor5_angel;u8mode[3],mode1=0;/**函數(shù)名：main*描述：主函數(shù)*輸入：無(wú)*輸出：無(wú) */voiddianji(u8i)//進(jìn)入小車控制指令{ switch(i) { case1: //前進(jìn) speed_right=4; speed_left=4; break; case2: //后退 speed_right=-4; speed_left=-4; break; case3: //左轉(zhuǎn) speed_right=-2; speed_left=4; break;case4: //右轉(zhuǎn) speed_right=4; speed_left=-2; break; case0: //停止 speed_right=0; speed_left=0; break; }}voidduoji(u8i)//進(jìn)入云臺(tái)控制指令{ if(mode[2]>180) mode[2]=180; switch(i)//云臺(tái)控制只用12兩個(gè)，其他4個(gè)備用，可以擴(kuò)展機(jī)器手控制（自己研究購(gòu)硬件） { case1: motor0_angel=mode[2]; //取角度 break; case2: motor1_angel=mode[2]; break; case3: motor2_angel=mode[2]; break; case4: motor3_angel=mode[2]; break; case5: motor4_angel=mode[2]; break; case6: motor5_angel=mode[2]; break; }}voidother(u8i)//進(jìn)入備用控制（自行升級(jí)備用指令）{ switch(i) { case2: //LED大燈控制（不用） if(mode[1]==0x00) //取操作對(duì)象 ledon; //取操作狀態(tài) elseif(mode[1]==0x01) ledoff; break; case3: //報(bào)警器控制（不用） if(mode[1]==0x00) beepon; elseif(mode[1]==0x01) beepoff; break; case4: //自定義控制指令（不用） if(mode[1]==0x00) zidingyion; elseif(mode[1]==0x01) zidingyioff; break; }}intmain(void){ /*配置系統(tǒng)時(shí)鐘為72M*/ SystemInit(); /*led端口配置*/ ALL_GPIO_Config(); /*usart3串口配置*/ USART3Conf(9600); TIM2_NVIC_Configuration(); //NVIC_Configuration(); TIM2_Configuration(); /*TIM2開(kāi)始計(jì)時(shí)*/ START_TIME; while(1) { if(mode1==1) //每次收到指令執(zhí)行一次{ mode1=0; if(mode[0]==0) //電機(jī)運(yùn)動(dòng) dianji(mode[1]); elseif(mode[0]==1) //舵機(jī)行程 duoji(mode[1]); elseif(mode[0]>=2&&mode[0]<=4)//其他行程 other(mode[0]); } }}/*************************************************************************************協(xié)議規(guī)定:包頭類型位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位結(jié)束位0XFF0X**OX**0X**0XFF各命令說(shuō)明:類型位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位功能0X000X010X00前進(jìn)0X000X020X00后退0X000X030X00左轉(zhuǎn)0X000X040X00右轉(zhuǎn)0X000X000X00停止0X000X050X00左前0X000X060X00右前0X000X070X00左后0X000X080X00右后0X010X01角度舵機(jī)10X010X02.舵機(jī)20X010X03.舵機(jī)30X010X04.舵機(jī)40X010X05.舵機(jī)50X010X06.舵機(jī)6*****************************************************/Usart.c#include"uart.h"http://UARTfunction//UART3TxDGPIOB10RxDGPIOB11voidUSART3Conf(u32baudRate){ NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;//定義一個(gè)設(shè)置中斷的結(jié)構(gòu)體 USART_InitTypeDefUSART_InitSturct;//定義串口1的初始化結(jié)構(gòu)體 GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;//定義串口對(duì)應(yīng)管腳的結(jié)構(gòu)體 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3,ENABLE);//打開(kāi)串口管腳時(shí)鐘 //USART3_Tx_PinConfigure GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;//輸出引腳 GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;//設(shè)置最高速度50MHz GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//推挽復(fù)用輸出 GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);//將初始化好的結(jié)構(gòu)體裝入寄存器//USART3_Rx_PinConfigureGPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;//GPIO模式懸浮輸入GPIO_InitStruct.GP