【基于STM32单片机智能小车的调速蛇形运动4800字（论文）】

PAGE3基于STM32单片机智能小车的调速蛇形运动目录TOC\o"1-2"\h\u219401前言 113702研究背景 1226723国内外研究现状 2119433.1国外研究现状 268253.2国内研究现状 2131844硬件介绍 269954.1STM32F103C8T6单片机 3128034.2HC06蓝牙 350974.3L298N电机驱动 428264.4HC-SR04超声波 4253704.5YS-IRTM红外发射接收模块 499225程序设计方案 5111915.1STM32F103C8T6单片机 5211815.2电机模块的设计 527926结论 511748参考文献 61前言嵌入式微控制器丰富了人类的日常活动，使身边的设备更智能化、人性化[1]。在这个大环境下，可以利用stm32f103c8t6芯片设计一块遥控智能小车。基于超声波传感器测距原理，首先提出控制系统的总体方案[2]。其中，当小车前方有障碍物时，小车停下来并且判断右侧是否有障碍物，若无则右转，有的话就需要判断左侧有无障碍物，如果没有障碍物小车左转，有就会往后退。同时也可通过蓝牙连接手机或者红外遥控器对小车进行遥控行驶[3]。硬件上选择了stm32f103c8t6为核心，使用L298N驱动电机的智能小车系统的设计，软件上选择使用Keil5编写了能实现功能的代码，并且借组mcuisp软件把代码烧写到小车的芯片内[4]。设计意义在于通过简单的传感器进行自动躲避障碍物。2研究背景智能小车的避障系统能够实现那些特定功能是经过一些感应器获取到外界环境信息和小车本身的运动状态,从而促成它在复杂环境条件下的独立运动[5]。同时随着各类智能化家用电子产品越来越多的受到现代人们的广泛欢迎,它们给用户带来便利的日常工作生活的时候,也大大抬高了人们制作制造智能化家用电器对于高层次知识分子职业需求的技术门槛。基于stm32的多功能电子小车技术集许多高科技新兴技术于一体,它不仅有传感器、计算机的软硬件与应用软件等许多相关学科、甚至很大程度的应用了本专业的相关知识,而且还可以关联到如今许多顶尖工业范畴的高新技术,它也可以说是一国家科技水平的主要呈现。经过遥控智能小车的设计,提高了动手能力，更加熟练并且清楚的掌握了stm32的功能，同时也找到了还有缺陷不足的地方,在此之后，学习研究的方向会更加明确，也会有更加精确的目标，从而去踏上迈入社会的第一步[6]。由ARM公司设计的基于ARMv7架构的Cortex系列的标准体系结构在2006年推出，此结构是用来满足日渐复杂的不同性能要求的软件设计，根据所面向的领域，Cortex系列可分为A、R、M三个分工明确的系列REF_Ref24183\r\h[7]。Stm32处理器的出现为微控制系统、工业控制系统、汽车车身系统和无线网络系统等对功耗和成本敏感的嵌入式领域实现高系统性能体统提供了基础，使编程的复杂性、集高性能、低功耗、低成本大大简化，并使它们融为一体REF_Ref24813\r\h[8]。3国内外研究现状3.1国外研究现状智能小车的研究是从20世纪50年代开始的，刚开始是外国人先研究的，但是并不完善[17]。之后一直到90年代中期,智能电动车辆的科学研究逐渐发展演变成一个更为系统而全面的科学研究。在这期间最出名的是的Navlab系列的智能车辆的研究,这个是美国的一个研究所研究出来的，而且它也成为了国外的主流方向[18]。对于中国，由于历史的原因在智能小车这块相对于国外来说是比较晚的,在上世纪80年代才正式开始深入开展汽车相关研究项目,而且技术方面和国外相比也有一定差距，大部分应用的是一些简单的51单片机，为了有效缩小目前中国与世界外国电子技术水平的巨大差距,中国已经举行了很多针对大学生的专业电子技术竞赛,学校的专业课程设计,毕业设计也同样是和与此密切息息相关。3.2国内研究现状我国的无线智能小车研究开发工作始于20世纪70年代末，在国家“863”、“973”、“九五攻关”等高技术发展计划的重点支持下，取得了重大的发展[9]。从20世纪80年代开始，国内已经开始大范围地进行有关智能小车地研究，经过20多年的发展，国内在其应用研究方面已经取得了较大的发展。无线智能小车在各领域中都有着广阔的应用前景REF_Ref14402\w\h[10]。现在很多智能小车关于躲避障碍物功能的设计，都是单纯的达到避障的效果，即是打开小车开关后，然后小车就会自动行驶，然后借助避障功能对运行的轨迹进行调整[11]。在本次毕业设计选择了把避障功能结合在小车的遥控当中，在智能小车运动的过程中，当前方出现了障碍物，即使操控者发出前进的命令，小车也不会继续前进，而是去躲避前方的障碍物，选择合适的方向继续前进。这样子，可以帮避障的功能更大化的利用到实践中去。4硬件介绍4.1STM32F103C8T6单片机在很多生物的结构内，它们的大脑都是及其重要的一部分。大脑就相当于一个指挥中心，能够从身体其他部位发送过来的信息进行处理并作出相应的动作，从而保证生物体的正常功能[12]。而智能小车的“大脑”就是Stm32，因为它能够在各个功能单元里面获取数据，然后对这些所获得的数据第一时间进行处理，从而控制其他功能单元完成一系列的动作，在这一点上来看，它和生物体的大脑是极为相似的[13]。对于芯片的选择本次毕业设计会选择去使用是STM32F103C8T6单片机。stm32f103系列微处理器可以采用企业收款进行基于ARM7-m体系管理架构的32位标准RISC(精简指令集)处理器,具有重要执行程序代码效率高,外设以及资源不断丰富等众多产品特性[16]。越来越多的人选择stm32去学习研究电子技术，开发很多贴切生活的电子产品。该系列微处理器最大工作效率可以设定为72MHz,高达128k字节的内置flash存储器和20k字节SRAM,方便了程序的编写,而且还拥有丰富的各种通用i/o端口。 stm32内部结构复杂。stm32处理器结构主控制系统主要结构是由4个硬件驱动控制单元和被动控制单元部分组成。4个内核驱动管理单元分别有:内核通用的总线DMA1、DMA2,内核中的DCode总线和操作系统总线。4个被动处理单元一共有apb设备,APB桥,内部单元flash都有内存,内部FSMC、SRAM。在大学时期毕业设计主要教学课程中所采用的定时软件主要是一个同时具有64kbsram、512kbflash、2个基本高级通用基础定时器、4个低级基础通用基本基础定时器、2个高级基础通用基本定时器,3个spi,5个串口,2个I2C,1个USB组成的的芯片。4.2HC06蓝牙对于蓝牙，相信大家都不陌生，走在大街小巷，处处都可以发现人们对蓝牙的使用。如今,在"蓝牙"的通讯技术的帮助下,使人们能有效地通过优先逐步简化移动智能手机掌上电脑计算器平板电脑、笔记本电脑和移动智能手机移动电话或者移动智能手机等各种现代移动通信设备终端通讯设备之间的数据通讯,人类能够成功地通过逐步优化以上这些现代移动电信通讯设备与移动互联网的internet之间的数据通讯,从而能够促进这些通讯设备快速走向世界现代移动通信终端设备和移动互联网之间的各种数据信息传送或者交换从而变得越来越迅速高效,为当今无线通信技术开辟了新的发展道路[15]。蓝牙主要技术采用了一种分散式无线互联网络通信架构以及快速支持跳频和短波的内容数据包通信技术,支持多个点对点及无线网络系统中的多个点对点或多个不同频段的无线通信。采用了可同时分式无线双工数据传送解决方案。需要注意的是,蓝牙的使用体验上还有很多不足之处,由于技术的缺憾，蓝牙的射程不够远，只能在短距离范围内使用,因此要更好地去使用蓝牙设备，使它能稳定接收和发送数据,只能去选择在室内或者户外近距离地进行。4.3L298N电机驱动L298N芯片既能驱动两个二相电机,也甚至能驱动一个四相电机,输出电压峰值为50v,能由电源控制器去调节输入电压;它们能作为一个单片机的IO口向控制器提供信号;同时它的工作电路原理容易理解,操作过程十分轻松[14]。L298N能够通过标准的TTL逻辑电平信号VSS，其可接上4.5至7V的电压。4号引脚VS可接电源，其电压范围是2.5到46V之间。1脚和15脚下管的两个发射极分别被单独地引出,以利于接入电流的采样信号,形成相应的电流传感器。L298N可同时驱动2台电动机,out1、out2和out3、out4之间也可分别连接一台电动机。stm32芯片控制小车的运动，实质上是通过控制电机，使小车能实现本设计要求发生的动作[13]。在两个电机的的各种转动方向的搭配下，最后可以让小车能朝这各个方向运动。例如当右电机停止转动，左电机向前转动，即可实现小车向右转动。电机驱动的模块本设计主要选择了L298N电机驱动模块。4.4HC-SR04超声波在大自然中，很多生物都通过身上的一些器官去获取外界的一些信息，如果无法感知到外界环境的情况，几乎所有生物都是难以去生存在这个世界上。通过对外界信息的判断分析最终决定做出正确的回应。比如说人类在行走的过程中，可以通过眼睛搜集人类四周环境的信息，而后把这些数据传入到大脑中去，紧接着根据环境信息的变化对人类的行动作出恰当的回应。它通过对外界地形信息的获取，把所获取得到的地形数据发送到STM32F103C8T6，再通过芯片对所获取的信息进行处理，控制小车发生运动状态的改变，以满足智能行驶的效果。4.4.1超声波模块的结构以及原理工作稳定，测量准确，模块结构高精度，探测盲区小是HCSR04测距模块的优点。这个模块可以在无接触的情况下探测0.02m到4m的距离,探测距离最小可以精确到0.003m。它主要是由接收器、控制电路还有发射器组成[14]。电平的持续时间等于超声波从发送到接收的时间。4.5YS-IRTM红外发射接收模块通常而言，红外遥控有着信息传输准、抗干扰、低成本等诸多优点。其作为一种非接触性的无线控制技术，在家用电器以及计算机系统方面有着广泛的应用REF_Ref18817\w\h[12]。5程序设计方案目前，国内外有众多的嵌入式开发平台，例如，IAR、CCS、Keil和PICC等REF_Ref18817\w\h[12]。智能车仿真系统的主程序开机首先需要进行程序初始化，即系统参数设置，最后进入主程序的循环执行状态。循环执行的子程序包括电机/舵机子程序、超声波测距子程序、LCD液晶显示子程序、声音报警子程序以及按键检测子程序。当程序开始运行的时候，液晶屏上显示初始速度（100）与舵机角度（误差0.54）。由于仿真环境无法完全模拟出真实情况，在软件中使用滑动变阻器阻值的变化模拟距离的变化。5.1STM32F103C8T6单片机本次毕业设计要进行所用到的模块进行设计的时候，需要提前去学习到stm32的编程思想。无论是什么处理器，stm32的也不例外，都需要让处理器通过一定的操作，使得其可以实现一些相应的动作[15]。在本方案中，stm32的中断是本设计将会用到的，也是本设计开发时经常遇见的，在程序设计里面，中断的作用是不可或缺的，下面来讲述一下stm32的中断机制：在中断发生的时候，系统会保存正在运行的状态，随后会去执行中断向量处的程序，在中断结束后又会跳转到之前保存的地方继续执。开发人员不能去调用中断服务函数，要通过提前设置好中断向量，即是相应中断执行的第一个地址。在中断发生之后会自动的执行，因此不需要在main中调用，而是在源代码中去定义[16]。5.2电机模块的设计本次毕业设计用的是L298N，这是通过单片机的I/O输入，从而调整芯片控制端的电平，最后便可以使得电机完成本设计想要的运动状态，具体关系如表4.1所示：表4.1引脚逻辑关系表6结论本文的主要讨论内容也就是对本次大学毕业设计所用会遇到的各类元器件结构进行具体介绍，讲解各种类元器件的一些基本组件结构以及其的一些基本的设计工作作用原理。在了解元器件的前提下，结合题目要求去分析整合,设计出能够完成题目中所要求的功能的代码,随后优化代码,增加可读性,寻找解答题目的最优方案。尽可能地去完成题目的要求。参考文献[1]秦新林,陈伯亨.单片机的应用——STM32智能小车[J].农家参谋,2019(19):1.[2]阚亚雄,邢一龙.基于STM32智能小车集成控制系统设计与实验研究[J].镇江高专学报,2018,31(4):5.[3]勒国庆,班乾乾.基于STM32的智能小车设计[J].福建电脑,2018,34(7):3.[4]方国贤.基于STM32智能小车的设计与实现.武汉轻工大学,2018.[5]曹冲振,梁世友,王凤芹,等.基于STM32的可遥控智能小车控制系统设计[J].智能计算机与应用,2020,10(3):5.[6]任金波,张翔,施火结.基于STM32和ARMCortex-A8平台的自清扫智能小车设计[J].制造业自动化,2018.[7]韩团军.基于STM32RCT6的无线地面智能排障小车的设计[J].实验技术与管理,2018,35(6):5.[8]蔡静怡,王才峄.基于STM32移动智能小车室内避障模块设计[J].无线互联科技,2019,016(004):76-77,90.[9]刘学文.基于stm32单片机的智能小车控制[J].现代制造技术与装备,2019.[10]徐亚军,熊文强,史晋,等.一种基于STM32的智能巡检小车:,2018.[11]黎思丹,杨金林,张鹤腾,等.一种基于STM32自动识别分拣的智能物流小车:,CN212604753U[P].2021.[12]岳俊峰,李秀梅.基于机器视觉的智能小车自动循迹及避障系统[J].杭州师范大学学报(自然科学版),2020,19(02):200-207.[13]卜繁增,马超,王萌,等.基于STM32F103C8T6的智能搜救红外小车设计[J].科学大众：科技创新,2020(1):1.[14]李晓旭,周焕银.基于STM32智能小车视觉控制导航的设计[J].2022(9).[15]王钰,朱琳,苏世雄,等.基