智能小车系统设计（STM32版） - 第01章 -课前简介：智能小车简介

第1章课前简介——智能小车简介2022IntroductiontoSmartCar

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容Experimentcontent“本书希望通过一款基于STM32微控制器的智能小车系统设计，让读者学习嵌入式系统。为什么要选择智能小车？为什么又要选择STM32微控制器？本章将针对这些问题给出详细的解释，并介绍智能小车系统及其各种玩法。One

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原理“为什么选择智能小车？智能小车运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶，它是一个多种高新技术的集成体，融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等多种学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术，具有非常重要的实际意义。如果将以上技术引用到现实生活中，可以使我们的未来生活变得更加智能。智能小车还可以应用于科学研究、地质勘探、危险搜索、智能救援等，其在交通运输中也有较广阔的应用前景。由于嵌入式系统结构复杂，初学者很难在较短的时间内熟悉，普遍会感到难以掌握。通过智能小车，分析其与嵌入式系统需要掌握的知识点的关系，分解出一系列的应用模块。然后再将这些分解出的简单模块组合成一个完整的智能小车。这样做不但可以快速熟悉各知识点的应用方法，提高学习兴趣，还可以提高动手设计能力，从而达到较好的学习效果。另外，全国电子设计大赛和各省电子大赛几乎每次都有智能小车的相关题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。STM32芯片介绍STM32F103RCT6芯片，有64个引脚，LQFP(四方扁平式封装技术)指代的是芯片的封装,该技术主要适合用于表面贴装技术在PCB上安装布线。LQFP封装STM32芯片介绍意法半导体(ST)集团是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成，是世界最大的半导体公司之一。（微控制器）（32位）产品类型（通用）系列（数字越大性能越高）引脚数量内部Flash容量（存放程序）封装类型BGA(球状引脚栅格阵列封装技术)在封装底部，引脚都成球状并排列成一个类似于格子的图案，可以使内存在体积不变的情况下，内存容量提高两到三倍，具有更小体积，更好的散热性能和电性能。WLCSP（晶圆片级芯片规模封装），不同于传统的芯片封装方式（先切割再封测，封装后至少增加原芯片20%的体积），此技术是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后切割，因此封装后的体积即等同原尺寸。不仅明显地缩小内存模块尺寸，更提升了数据传输的速度与稳定性。温度范围STM32芯片介绍LQFP封装

STM32芯片微控制器，也称单片机（单片微型计算机），是一种集成电路的芯片。典型微控制器由CPU（运算器、控制器）、RAM、ROM和IO端口（输入输出）组成。智能小车系统简介智能小车主要由车架、核心板、电机、车轮和各个模块组成，如左图所示。车架决定了小车的基本形态，给小车核心板和各个模块提供保护；核心板是小车的控制终端，提供了大量的模块接口；各个模块相当于智能小车的四肢和眼睛，专门负责收集信息，协助小车完成各种动作。智能小车核心板智能小车核心板系统框图如右图所示。STM32微控制器与计算机之间的交互可通过JTAG/SWD仿真-下载器和通信-下载模块完成，这两种方式都可以实现程序下载。通信-下载模块可以实现通信功能，另外计算机可通过JTAG/SWD仿真-下载器对STM32微控制器进行仿真调试。STM32微控制器通过蓝牙模块与移动终端交互。智能小车核心板提供的资源非常丰富，有大量的模块接口，可连接各个传感器模块和执行模块，传感器模块有超声测距、测速模块、避障模块和寻迹模块；执行模块有舵机模块和电机模块。除此之外，还有电压检测、电流检测、蜂鸣器、独立按键和OLED等模块。智能小车模块介绍1．STM32微控制器

智能小车上的微控制器型号为STM32F103RCT6，该芯片为Cortex-M3内核，拥有256k字节的Flash和48k字节的SRAM，主频高达72MHz。2．电源接口通过电源接口连接两节18650电池，为智能小车供电。单节电池标称电压为3.7V，两节电池串联，则电压约为7.4V。3．舵机模块智能小车采用了TS90A型舵机，如右图所示。工作原理是舵机内部有一个基准电压，微控制器产生的PWM信号通过信号线（橙色）让舵机产生直流偏置电压，与舵机内部的基准电压作比较，获得电压差输出。电压差的正负输出到电机驱动芯片上，从而决定舵机正反向转动。当舵机开始旋转的时候，舵机内部通过级联减速齿轮带动电位器旋转，直到电压差为0，电机停止转动。智能小车核心板提供了三个舵机接口，可用来搭载超声测距模块或摄像头，微控制器可独立控制三个舵机。4．电机模块

智能小车核心板有两颗电机驱动芯片，每个芯片有4个输出通道，每个输出通道可以输出600mA电流，峰值为1.2A，为电机提供了强大动力。智能小车驱动电机采用TT电机，如右所示。智能小车共有前后左右四个TT电机，为小车提供强大的动力。5．独立按键

智能小车提供了三个独立按键和一个复位按键。独立按键KEY1用于调节小车状态；KEY2用于切换模式；KEY3用于启动执行。6．OLED模块

智能小车搭载了一个分辨率为128×64的OLED模块，可用于模式、电压、距离和小车速度显示。7．蓝牙模块

蓝牙模块为常用的HC-05，波特率取值范围为2400baud到1382400baud，用于小车和手机通信。智能小车模块介绍11．超声测距

智能小车正前方装配了一个超声测距模块，如右图所示。超声测距模块能检测小车正前方障碍物的距离，最长检测距离为500cm，精度可达0.3cm。工作原理为超声测距模块的发射器发出超声波，根据接收器接收到超声波时的时间差计算距离，与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，根据超声波在空气中的传递速度为340m/s转换成距离。8．蜂鸣器

用于低压报警，及时提醒用户小车电量不足。9．电压检测

用于检测电池电压。10．电流检测

电流检测芯片检测流经整个核心板的电流，用于监测智能小车工作功率。智能小车模块介绍12．测速模块

智能小车左右后轮上各有一个测速模块，如右图所示，可以实时监控车轮转动速度，然后在OLED模块或手机上显示车速。工作原理为码盘上有很多光栅，且码盘与电机同轴，码盘随着车轮转动时，会不断遮挡光敏元件发出的光波。编码器相当于光敏元件，会根据光栅的遮挡不断地产生方波信号，方波信号会从编码器的OUT引脚输出，只需连续检测OUT引脚的输出，根据方波信号的周期就可以计算出小车运行的速度。小车上使用的码盘精度不高，在某些高精度的码盘上光栅会更加密集，测量效果会更好。13．避障模块

智能小车左右前方各有一个避障模块，如右图所示，可用于检测障碍物和光强。避障模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外光，当检测方向遇到障碍物时，红外光反射回来被接收管接收，当前面的障碍物越近，反射回来的红外光越强，经过模块中的比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），该信号经放大器放大后送到微控制器进行分析处理，然后驱动电机模块控制小车运行和方向。智能小车模块介绍14．寻迹模块

智能小车前方配备了一个四路寻迹模块，如右图所示。小车寻迹是指小车在白色地面上循黑线行走，该模块能区分地面上黑白两种颜色，该模块还可用于踏空检测。寻迹模块也是用了红外探测法，即利用红外光在不同颜色的物体表面具有不同的反射强度的特点，在小车行驶过程中，不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫反射，反射光被接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。微控制器根据是否接收到反射回来的红外光为依据，从而确定黑线的位置和小车的行走路线。智能小车模块介绍智能小车玩法简介

检查配件是否完整→装入电池→打开电源开关→启动小车→程序下载→OLED正常显示。前期准备：

（1）准备测试（2）配置串口助手