基于STM32单片机的自动绕障行走小车设计.pdf
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1、C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.5.2 0 2 3通信与信息技术2 0 2 3 年第5 期(总第2 6 5 期)基于S T M 3 2 单片机的自动绕障行走小车设计黄文智,李玲郑州航空工业管理学院智能工程学院,河南郑州4 5 0 0 4 6摘 要:采用S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6 为核心控制器,以四控小车为模型,通过超声波传感器H C-S R 0 4 进行超声波测距,单片机程序设计向对应管脚输出P W M(脉宽调制)波,驱动电机小车运行并按规定路线行走实现避障,
2、由三路灰度传感器检测出发点位置保证小车准确停止在起始位置。此小车设计具有多模式、低成本、高效率的优点,从而实现无人智能避障。关键词:S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6 单片机;自动绕障;多模式;H C-S R 0 4 超声波传感器中图分类号:T P 2 9文献标识码:A文章编号:1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 5-0 0 2 9-0 4为实现人工智能化,解放双手。自动绕障行走小车采用S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6 单片机作为主控芯片,D C-D C 电源模块实现降压,通过超声波传感器测定与障碍物之间的距离,经由主控芯片做出计算与调节,控制
3、P W M 波控制小车电机的前进与避障;为实现小车多个数绕障并精确停靠初始点,小车设置多模式绕障,通过计算绕障个数和配合三路灰度检测进行精准停靠。秉承低成本、高效率的设计观念进行小车的设计,所选元器件及方案都经过理论实践测试对比,最终实现小车绕障与停靠。设计充分体现智能化理念,做到实在应用的智能化,将智能化产品技术与公共服务深度融合发展,切实考虑满足人民的生活需求。1 系统方案1.1 系统结构系统包括S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6 单片机、D C-D C 电源模块、H C-S R 0 4 超声波传感器、电机驱动模块、三路灰度等模块;在四轮小车正前端和两侧端各安装一超声波模块
4、进行障碍距离检测,通过串口距离调试,设定具体距离进行单片机程序设计,经由Z E T 6 单片机发出P W M(脉宽调制)波与电机通信,驱使小车行走避障;为使小车精准停靠起始点,由三路灰度模块检测黑色起始点,与单片机进行通信控制停止。总体系统图如图1。降压模块直流电三路灰度模块超声波测距模块电机驱动模块单片机控制模块(控制小车行走与停止)图1 整体系统图1.2 方案选择(1)核心板方案S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6 单片机。该单片机采用A R MC o r t e x-M 3 内核,可运行在7 2 M H z 总线频率上。芯片集成定时器T i m e r(定时器),C A N
5、(控制器局部网),A D C(模拟数字转换器),D A C(数字模拟转换器),S P I(串行外围设备接口),U S B(串行总线),U A R T(异步收发传输器)等多种外设功能。存储器:包含预留、f l a s h(闪存)、系统存储器、选项字节、b o o t 设置寄存器。存储器内部是以四个字节为一个单位,每个单位对应不同的功能,通过控制单元来控制外设,f l a s h 最大为5 1 2 K,最大6 4 K 字节的S R A M(静态随机存取存储器)。8 个1 6 位定时器,每个定时器有多达4 个用于输入捕获/输出比较/P W M 或脉冲计数的通道和增量编码器输入。该单片机有3+2 个U
6、 S A R T 接口,并且多达1 3 个通信接口2 1。(2)测距模块方案超声波测距离传感器(H C-S R 0 4)。此传感器采用超声收稿日期:2 0 2 3 年1 月3 1 日;修回日期:2 0 2 3 年8 月3 日基金项目:河南省重点研发与推广专项(科技攻关)资助项目(项目编号:2 1 2 1 0 2 2 1 0 4 9 1)2 9通信与信息技术2 0 2 3 年第5 期(总第2 6 5 期)波回波测距原理,运用精确的时差测量技术,检测传感器与目标物之间的距离,采用小角度,小盲区超声波传感器,测量准确,精度较大。缺点是超声波发散角大,导致测量误差,但整体可控3 。(3)定点停位方案灰
7、度传感器。此传感器利用不同颜色的检测面对光的反射程度不同,光敏电阻对不同检测面返回的光,其阻值也不同的原理进行颜色深浅进行检测,进而输出高低电平。优点是对比赛场地起始点地表颜色具有可控性,对地面反射要求不高4。本组秉承最低成本的观念进行设计,综合选择此方案进行设计自动绕障行走小车。2 理论分析与计算2.1 自动避障行走分析小车通过超声波传感器测量障碍物距离进行避障规划,共有前(两个),左,右各一个超声波传感器。小车从原点出发后直线行驶,当前方超声波传感器检测到障碍物的距离小于5 0 c m 时,开始向左前方行驶。当右边传感器检测到障碍物时,小车旋转式右前进。当前方超声波传感器到检测到障碍物,停
8、止大幅转动,轻微调整至前方检测不到障碍物后,直线前行。当左边超声波传感器Y 检测到障碍物后,开始旋转式左前进。待前方检测到障碍物,便调整避开障碍物后前进(如果没有第三个障碍物,就会一直旋转检测到第一个障碍物)。后面返回绕障过程重复前面两个过程。最后绕障都是右侧检测到障碍物后再回到原点。根据这一特点,记录右边检测障碍物次数便能判断绕障是否结束。2.2 返回出发点分析通过灰度传感器识别到黑色原点,灰度传感器上有三个检测头,当检测头其中一个或多个检测灯熄灭,当即控制小车的运行状态。3 电路与程序设计3.1 电路设计(1)F 1 0 3 Z E T 6 单片机电路设计采用S T M 3 2 F 1 0
9、 3 Z E T 6 单片机。主控芯片原理电路如图2 所示。(2)H C-S R 0 4 超声波传感器电路该传感器适应性强,对场地光线无具体要求,根据超声波发射器发射超声波,接收器收取反射回来的波,经过控制电路计算得出距离数据。超声波电路图如图3 所示。(3)L 2 9 8 N 电机驱动模块电路用L 2 9 8 N 驱动4 台直流电机的电路。引脚A,B 可用于P W M 控制,将I N 1,I N 2 和I N 3,I N 4 两对引脚分别接高电平和低电平,仅用单片机的两个端口给出P W M 信号控制使能端A,B 即可实现直行、转弯、加减速等动作。电机驱动模块电路原理图如图4 所示 5 。s
10、w p&U A R Tu s h p o w e r s u p p l y李N C I _!M C O _ 11图2 主控芯片原理图艺5adoo指甚器上士工a a r发射t0自者是者0 0备灵s预连r号凸h世v 7里g食接收H-图3 H C-S R 0 4 超声波传感器电路原理图C 40.1 u FV C cP W MQ AQ B+C 5 1 0 u FU 7 L 2 9 8+6 V1 5S E N S B4V SD 2S E N S A 多D ID I O D E1 1E N BD I O D E6U 8E N A1 22I N T 4O U T 11 0I N T 3O U T 271
11、3I N T 2O U T 3D 3D 451 4C O N 2I N T 1O U T 4D I O D ED I O D E0图4 电机模块(4)D C-D C 电压转换模块电路为满足超声波和电机驱动模块的供电需求,采用D C-D C 电压转换模块,实现降压3 V/5 V 的使用。A M S 1 1 1 7 D C-D C 电压转换模块电路原理图如图5(左)所示。3 0热点技术基于S T M 3 2 单片机的自动绕障行走小车设计R 2 S3 0 R/5%U 23I NO U TG N DO U T=C 91 0 u F/2 5 VA M S 1 1 1 7-524s Y+C 1 0 2 2
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