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一个基于STM32芯片设计的智能循迹往返小车

发表时间: 2024-04-28 作者: 产品中心
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  智能车辆作为智能交通系统的关键技术之一,是许多高新技术综合集成的载体。它体现了车辆工程、人工智能、自动控制及计算机技术于一体的综合技术,是未来汽车发展的趋势。本文提出了一个基于STM32F103芯片为控制核心,附以红外传感器采集外界信息和检测障碍物的智能小车系统模块设计方案。充分利用该芯片高速运算、处理能力,来实现小车自动识别路线按迹行走、躲避障碍物,并且通过LCD显示器实时显示小车运动参数,使用芯片自带的PWM输出功能,步进调节占空比来调节电机的转速。通过模糊控制和PWM脉宽调制技术的结合,提高了对车位置控制精度。

  根据题目中的设计要求,本系统主要由主控单片机模块、电源模块、电机驱动模块、黑线检测模块、液晶显示模块以及电源模块构成。本系统的方框图如图1所示。

  控制器主要用于控制电机的运动,黑线的检测以及相关信息的显示。本设计采用STM32作为控制器,其性能优良,移植性好,提高了对直流电机的控制效率,并对控制系统进行模块化设计,有利于智能小车的功能扩展和升级。本系统的核心控制板是STM32F103的最小系统,它由电源电路、实时时钟、系统时钟电路、JTAG接口电路、复位电路、用户LED和按键电路、串口电路等组成。

  本小车由于需要倒车,为了倒车的准确性在小车的前后两端分别安装了两个红外传感器,小车前端两个红外传感器检测的到的信号输入单片机GPIOB12、GPIOB13,而后端两个红外传感器检测的到的信号输入单片机GPIOB12、GPIOB13,单机片经处理后通过GPIOE3-GPIOE6驱动电路控制直流电机的转向;显示模块以2.4寸tft为核心,对记录的结果进行显示。

  该智能小车在贴有黑线的白纸“路面”上行驶,因此本模块设计需要检测铺在行驶区的黑胶带,由于黑线和白纸对光线的反射系数不同,可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”———黑线。本文采用的是简单实用的检测方法,即红外探测法。采用红外线控制的反射式红外对管,红外对管只对红外线具有较高灵敏度,从而避免了外界光线的干扰;跑道黑带能够吸收红外线,而白色跑道能够反射红外线,从而检测到跑道黑带。

  采用反射式光电开关来识别轨迹上的黑线标记信号,这种光电开关的红外发射管和接收管位于同一侧[3],光敏三极管只能接收反射回的红外光。当车身下面是黑线时,由于黑线吸收部分光,光敏三极管接收到的红外光不能使光敏三极管导通,光电开关输出高电平,经非门输出低电平。反之,当车身下面是白色的地面时,红外发射管发射的光经其反射后,被接收管接受,光电开关输出低电平,经非门整形后输出高电平。将非门的输出接至单片机IO口。车在前进和后退过程中,小车每过一道黑线,便产生一次电平变化,主程序从而调用相应的子程序,随着小车的不断行驶,相应的程序依次被调用执行,使小车在跑道上按设计要求时快、时慢、时前进、时后退。

  采用双H桥驱动芯片L298。其内部包含4通道逻辑驱动电路,可以方便的驱动两个直流电机,或一个两相步进电机。控制芯片的驱动使能端就可以控制驱动电机的速度。L298芯片采用5V(VSS)与12V(VS)直流供电,ENA和ENB分别用STM32F103主控芯片的TIM3_CH3和PB1/ADC_IN9/TIM3_CH4控制,产生PWM1和PWM2两路PWM波输出,IN1-IN4分别用PE3-PE6实现I/O输出控制电机转动方向。在L298与电机之间加入二极管,以保护电路。

  如图2所示,小车运动状态通过电机A和B的不同方向转动来实现,电机有正转、反转和停止3种状态,每个电机由一对I/O口进行控制。表1是I/O端口状态与电机制动对照表。

  液晶显示模块使用2.4寸TFT触摸屏,由STM32的FSMC接口通过ILI9325驱动芯片驱动触摸屏。该驱动芯片支持240RGB×320像素,可以显示262144真色彩。支持MVA(Multi_domainVerticalAligement多范围垂直队列)宽视角显示,组合720通道源极驱动和320通道门极驱动,其内部集成172800字节的GRAM(图形内存),以及高速内存脉冲写功能等功能。

  由于各电路模块所需电压不同,本设计需多种电源供电。STM32F103主控芯片采用3.3V供电,电机驱动采用5V与12V,红外收发检测电路采用5V,液晶显示与触角传感电路均采用3.3V供电。外部电源采用12V的直流电压,因此根据设计要求,本设计进行了电源转换设计。

  1)采用KA7805芯片实现12V到5V的转换。KA7805的作用是输入大于5V的直流电压,输出5V的直流电压,且管脚较少,易于连接和实现,稳定性高。图4为KA7805芯片引脚接线V,具体电路设计如图5所示。

  系统软件设计采用C语言编程实现,利用单片机PWM输出模块和普通I/O模块,根据系统需求,对各个模块进行初始化配置,以实现其相应功能。主程序流程如图6所示。

  文中根据设计内容和要求,制定了设计的具体方案,并逐步完成了硬件和软件部分的设计。整个系统以STM32为主控芯片,实现对小车简单运动的控制,完成各部分电路设计并使用PROTEL画出电路设计原理图;软件部分在STM32集成开发环境IAREWARM5.3下编写各模块程序,包PWM波输出模块、液晶显示模块自由行走避障模块和红外循迹模块,并通过主控制程序将各模块融合一起。整个设计将硬件与软件相结合,实现对小车的控制,使小车能够做出前进、后退、左转、右转等动作,并通过液晶显示器实时显示小车的运动参数,及对小车速度进行调节,并且能够在不同模式下通过传感检测电路实现简单的避障和循迹功能,在本次设计中将PWM波占空比控制在1/2以下,使小车不会因速度过高而导致转弯过程中其方向不易控制。论文基本完成了硬件和软件的设计,并使之符合设计的基本要求。本设计与实际应用相结合,利用高性能的STM32F103芯片,辅以各种传感器来检测路面、障碍物等周围环境,通过高可靠性的软件设计,来实现小型电动车的智能控制,具有很强的现实意义。

  关键字:引用地址:一个基于STM32芯片设计的智能循迹往返小车上一篇:对STM32内部FLASH编程时遇到的ADC异常问题下一篇:

  STM32芯片主要由内核和片上外设组成,STM32F103采用的是Cortex-M3内核,内核由ARM公司设计。STM32的芯片生产厂商ST,负责在内核之外设计部件并生产整个芯片。这些内核之外的部件被称为核外外设或片上外设,如 GPIO、USART(串口)、I2C、SPI 等。 芯片内部架构示意图 芯片内核与外设之间通过各种总线连接,其中驱动单元有 4 个,被动单元也有 4 个,具体如上图所示。可以把驱动单元理解成是内核部分,被动单元都理解成外设。 ICode 总线 ICode总线是专门用来取指令的,其中的I表示Instruction(指令),指令的意思。写好的程序编译之后都是一条条指令,存放在 FLASH中,内核通过ICod

  的内部架构如何 /

  据外媒报道,黑客只需不到5秒钟就可破坏标准的无钥车辆门禁系统,专业术语称为中继站攻击。但是博世最新推出的密钥应用,名为完美无钥(Perfectly Keyless)将改变这一切。博世汽车电子部门总裁Harald Kröger表示:“我们的完美无钥系统彻底变革了无钥门禁系统,是防止数字汽车被盗的关键”。 该解决方案的特殊之处在于,将博世的技术与存储在智能手机中的虚拟密钥协同工作。安装在汽车上的传感器可以像识别指纹一样安全地识别车主的智能手机,并只为车主打开车门。数字密钥管理系统通过云将应用程序与车辆相连,博世的密钥应用不仅便利,还非常安全,可用于汽车、共享汽车车队以及商用车。博世相信,内置了安全锁的完美无钥系统在全球范围内具有巨大的

  项目背景 目前,在我国客运车辆管理中基本上是客运车辆承包制或私人车主,这样就使的部分承包人或车主为达到最大利益,不按正常排班时间发车,不按规定线路运行,中途站点停留时间长,卡点、压车现象严重,这样经常造成承包人或车主之间的打架斗殴,矛盾不断,增加了客运中心的管理难度。同时,客运车辆间的抢客、抢时、抢点,更加增加了安全隐患。虽然客运中心也采取了一些措施,例如:在中途站点增加工作人员,加强管理,但是这样又出现了新的问题,不能从根本上解决问题。 RFID智能车辆签到管理系统采用 RFID 无线射频技术,结合GPRS通讯传输技术,清晰明确的记录了客运车辆在每个站点的进站时间,出站时间,停留时间,违规停留记录。杜绝了客运车辆卡点

  签到管理系统 /

  KUKA接获美国汽车大厂200万欧元订单,设计车辆自动化生产系统,预计2020年开始生产 工业机器人大厂KUKA的自动化生产系统名闻国际,除了是电动车制造商Tesla旗下车款Model 3生产线机器人的主要供应商,近日KUKA透露接获一笔来自美国汽车制造商的大订单,预计在2020开始进行生产。 KUKA近年不断透过收购或是与不同领域的产业合作来优化机器人自动化生产流程,在2016年被大陆企业美的收购后,更加速了在亚太地区的发展,而这次来自美国的大订单也为KUKA在自动化机器人领域的领导地位更加稳固。 据Robotics & Automation News报导,KUKA并未透露客户信息,指出这次订单交易金额高达200

  工厂 /

  AHB,是Advanced High performance Bus的缩写,译作高级高性能总线,这是一种“系统总线”。 AHB大多数都用在高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接。AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成,整个AHB总线上的传输都由主模块发出,由从模块负责回应。 APB,是Advanced Peripheral Bus的缩写,这是一种外围总线。 APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接,例如UART、1284等,它的总线架构不像 AHB支持多个主模块,在APB里面唯一的主模块就是APB 桥。 这两者都是总线,符合AMBA规范。

  每个STM32芯片都有一个内部的参照电压,相当于一个标准电压测量点,在芯片内部连接到ADC1的通道17。 根据数据手册中的数据,这个参照电压的典型值是1.20V,最小值是1.16V,最大值是1.24V。这个电压基本不随外部供电电压的变化而变化。 不少人把这个参照电压与ADC的参考电压混淆。ADC的参考电压都是通过Vref+提供的。100脚以上的型号,Vref+引到了片外,引脚名称为Vref+;64脚和小于64脚的型号,Vref+在芯片内部与VCC信号线相连,没有引到片外,这样AD的参考电压就是VCC上的电压。 在ADC的外部参考电压波动,或因为Vref+在芯片内部与VCC相连而VCC变化的情况下,如果对于ADC测量的准

  1、引言 在现代化的大型停车场中,智能停车管理系统使得车辆进出手续简单,安全性高,实现了对车辆的自动检测、计费、统计、显示等功能,大大节省了人力资源,提高了工作效率。整个停车管理系统中,车辆检测部分是系统的关键。本设计介绍了一种停车场车辆检测系统,通过分布在进出口的车辆检测器,实现对闸杆机的控制和车位提示等功能。 2、系统总体介绍 整个停车管理系统示意图如图1所示,信息显示牌为LED显示屏,显示当前时间及车位信息。当有车进入时,司机进行刷卡,刷卡信号由控制器读入,控制闸杆机抬起,语音提示“欢迎光临 ”,当地感线圈检测到车辆进入时,更新车位信息,抓拍车辆图片,闸杆机下落;同样,当车辆驶出,司机刷卡,控制闸

  我们做STM32产品开发,最终是要将编写的程序代码写进芯片存储器,通常指Flash存储器【含可以映射到芯片存储空间的片外存储器】,让程序正常运行起来以实现相应的功能。 一般来讲,将我们准备好的机器代码HEX或BIN文件等写进片上FLASH可以有三种常用的烧写方式。【温馨提示:下面提到的烧写方式的术语或称谓不是绝对的,对于不同的器件可能有不同的表述甚至内涵,这里仅针对STM32,知道怎么回事就好】 第一种,ICP【In circuit programming】,即在电路编程或在线编程【注:不必太纠结该术语名字或称谓。平常称之为ICP也挺好】。一般是指利用调试器通过调试接口将程序代码写进芯片存储器的过程。调试器可以是ST官方的

  的三种烧写方式对比 /

  自动控制管理系统(原书第10版) (法里德·高那菲(Farid Golnaraghi) etc.)

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