畢業設計-基于stm32的智能小車設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 在人類身體構造系統中，眼睛可以使我們非常方便的采集到外界環境的信息，然后把信息及時的傳輸到大腦，并對外界環境信息的變化做出相應的處理。而對智能小車來說，避障模塊之于小車就相當于眼睛之于人類。避障模塊可以采集外部地形數據，然后把所采集的地形數據傳輸到中央處理模塊，從而實現躲避障礙的功能。避障模塊所采用的器件在市場中有許多類型，比如紅外檢測，光位移檢測，超聲波檢測等。本次試驗我們使用的是HCSR04超聲波檢測，超聲波由于具有檢測能力強，傳播路徑寬，因此我們決定使用HCSR04器件。在使用HCSR04模塊進行超聲波測距的同時，我們可以使用舵機進行輔助。舵機的主要作用是改變HCSR04模塊的照射方向，從而控制超聲波的發射方向。在程序編寫過程中，如果小車前方遇見障礙時，我們可以直接控制舵機的轉向，而小車的車身可以保持不變，在測量結束后，小車再做相應的動作。 避障模塊器件結構及其原理HCSR04超聲波測距模塊測量范圍在2cm400cm之間，可以實現無接觸式測距功能。HCSR04超聲波測距模塊由一個超聲波發射器、一個超聲波接收器和控制電路組成，： 實物正反面結構圖如結構圖所示VCC提供5v電源，GND為接地線，TRIG為觸發信號線，ECHO為回向信號輸出線。基本原理如下：采用IO口TRIG觸發測距，給至少10us的高電平信號，在TRIG觸發沿到來后，超聲波發射器會自動發出8個40KHz的方波，并且檢測是否有信號返回，當超聲波接收器接收到超聲波時，表明有信號返回，通過IO口ECHO輸出一高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。因此測量距離=（高電平持續時間*340m/s）/2。： 超聲波時序圖我們根據時序圖，可以編寫相應的程序代碼。為了防止發射信號對回向信號的影響，我們的測量周期不易過小。并且由于HCSR04的感應角度不大于15176。，所以測距時，為了防止發射信號丟失，否則可能導致測量結果不準確。舵機在避障模塊的主要作用前面已經提到，本節主要講解舵機的工作特性。： 舵機實物圖舵機的工作工作原理是stm32微處理器發出數據給舵機，舵機內部有一個基準電路，它會產生周期為20ms，它將微處理器傳輸的直流偏置電壓與電位器的電壓數據進行比較，獲得電壓差輸出。經由電路板上的IC判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回反饋信號。舵機的轉動角度與stm32所提供的PWM信號相關。標準信號PWM周期為20ms，理論上來講脈寬為1~2ms，~，脈寬與所轉的角度一一對應。： 舵機角度與脈寬對應圖 HCSR04模塊硬件電路設計超聲波模塊硬件原理圖如下圖所示： 超聲波硬件原理圖HCSR04模塊主要由發射器、接收器和部分電路組成。在此試驗中，我們只需簡單了解電路的設計，對于其基本原理可以不用過多涉獵，我們只需明白它們的工作原理，并且能夠簡單運用即可。 HCSR04模塊程序設計根據硬件電路的設計，我們對避障子程序進行設計，： 避障程序流程圖避障模塊在程序設計中，我們的工作主要是：控制超聲波的掃描周期采集超聲波發射到接受的高電平持續時間t對采集的高電平持續時間t進行處理，判斷前方是否有障礙下面我們就詳細介紹我們是怎么通過軟件設計來完成這幾個步驟的：控制超聲波的掃描周期根據表22，我們采用的是TIM2來控制超聲波的掃描周期。首先我們把TIM2設置為定時器中斷模式，代碼格式為void TIM2_Int_Init(u16 arr,u16 psc)。 由于配置定時器中斷模式十分簡單，我們就不在詳細介紹，=((arr+1)*(psc+1))/Tclk。Tclk為系統周期，我們采用PC7作為觸發信號，根據超聲波時序圖，我們需要在中斷程序中給PC7一個持續10ms的高電平，中斷服務程序如下：void TIM2_IRQHandler(void) //TIM2中斷{ if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update )。 GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7)。 delay_ms(10)。 GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7)。}}采集超聲波發射到接受的持續時間t在本節試驗中，我們使用了通用定時器TIM5的輸入捕獲功能，輸入捕獲模式具有測量頻率或者測量脈沖的寬度的功能。我們開啟TIM5通道CH1（定時器5）的輸入捕獲模式，采集ECHO端口的高電平持續時間。配置定時器5代碼格式為：void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc){…}下面我們就詳細講解一下，如何開啟并使用通用定時器的輸入捕獲功能。輸入捕獲的原理，簡單的講就是通過檢測TIM5（定時器）通道CH1的邊沿信號，當邊沿信號發生變化時，當前寄存器的值TIM1_CNT存放到通道的捕獲/比較寄存器（TIM5_CCR1）里面。我們的實驗就是采集捕獲/比較寄存器（TIM5_CCR1）中的值并進行處理，完成相應的動作。為了使TIM5通道CH1具有捕獲功能，我們需要用到TIM5_PSC、TIM5_ARR、捕獲/比較模式寄存器（TIM5_CCMR1）、捕獲/比較使能寄存器(TIM5_CCER)、捕獲/比較寄存器（TIM5_CCR1）、DMA/中斷使能寄存器（TIM5_DIER）、控制寄存器(TIM5_CR1)。我們下面就簡單介紹下下這幾個寄存器。TIM5_PSC、TIM5_ARR、TIM5_CCR1這3個寄存器用法與前節中相同，我們就不在贅述，而在本實驗中，捕獲/比較寄存器TIM5_CCMR1非常重要，該寄存器的各位描述如下圖所示： TIMx_CCMR1各位描述我們使用的是TIM5捕獲/比較通道CH1，所以圖中只介紹[7:0]位。本次試驗我們設置CC1S[1:0]=01，IC1PSC[1：0]=00，IC1F[3：0]=0000。接著我們再來看看捕獲/比較使能寄存器TIMx_CCER,本節用到了CC1E和CC1P兩位，描述如下圖所示： TIMx_CCER最低兩位描述所以要使能通道CH1輸入捕獲，CC1E必須設置為1，而CC1P則可以根據實際情況設置。其次，我們再看看DMA/中斷使能寄存器（TIM5_DIER），因為我們使用的是通道CH1，所以我們僅介紹控制通道CH1的位，如下圖所示： TIMx_DIER各位描述通過此圖我們知道，我們需要設置CC1IE為1即可。然后，我們再看看控制寄存器TIMx_CR1，我們只用到了最低位，所以我們僅介紹位0的功能，TIMx_CR1寄存器各位描述及位0功能描述如下如所示： TIMx_CR1寄存器各位描述及位0功能描述我們要使能計數器，所以位0設置為1。至此，我們所使用的寄存器一一介紹完畢，下面介紹怎么配置輸入/捕獲步驟：216。 開啟TIM5時鐘以及GPIOA時鐘。RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE)。 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE)。 216。 初始化TIM5，設置TIM5的psc和arr。 = arr。 =psc。 =TIM_CKD_DIV1。 = TIM_CounterMode_Up。 TIM_TimeBaseInit(TIM5, amp。TIM_TimeBaseStructure)。216。 設置TIM5的輸入比較參數，開啟捕獲模式。=TIM_Channel_1。 =TIM_ICPolarity_Rising。 = TIM_ICSelection_DirectTI。 = TIM_ICPSC_DIV1。 = 0x00。//IC1F=0000 TIM_ICInit(TIM5, amp。TIM5_ICInitStructure)。216。 設置TIM5的DIER寄存器，使能捕獲和更新中斷功能。TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE)。216。 設置中斷分組并編寫中斷服務函數=TIM5_IRQn。 =1。 = 0。 = ENABLE。 NVIC_Init(amp。NVIC_InitStructure)。216。 使能定時器 TIM_Cmd(TIM5,ENABLE )。我們知道了如何設置TIM5的CH1為輸入捕獲模式，我們是在TIM5的中斷服務函數中采集持續時間t的，TIM5CH1_CAPTURE_STA為輸入捕獲狀態，TIM5CH1_CAPTURE_VAL為輸入捕獲值，中斷服務函數如下所示:if((TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。0X80)==0)//還未成功捕獲 { if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET) { if(TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。0X40)//已經捕獲到高電平了 { if((TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。0X3F)==0X3F)//高電平太長了 { TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80。//標記成功捕獲了一次 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF。 }else TIM5CH1_CAPTURE_STA++。}} if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕獲1發生捕獲事件 { if(TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。0X40) //捕獲到一個下降沿 { TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80。 //標記成功捕獲到一次上升沿 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5)。 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising)。 //CC1P=0 設置為上升沿捕獲 }else //還未開始,第一次捕獲上升沿 { TIM5CH1_CAPTURE_STA=0。 //清空 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0。 TIM_SetCounter(TIM5,0)。 TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40。 //標記捕獲到了上升沿 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling)。 //CC1P=1 設置為下降沿捕獲}}}對采集的時間t進行處理，判斷前方是否有障礙我們對采集時間t的處理也是在TIM5的中斷服務函數中的，我們根據因測量距離=（高電平持續時間t*340m/s）/2，得出只要高電平持續時間t1500us,距離就小于25cm，就會判定前方有障礙，其詳細代碼如下： if(TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。0X80)//成功捕獲到了一次上升沿 { temp=TIM5CH1_CAPTURE_STAamp。0X3F。 temp*=65536。//溢出時間總和 temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL。//得到總的高電平時間 TIM_Cmd(TIM2, DISABLE)。 if(temp1500) { stopward()。t++。flag++。 if(t==1) { Midstate=temp。 TIM_SetCompare2(TIM3,60)。//舵機右轉} if(t==2){ Leftstate=temp。 TIM_SetCompare2(TIM3,250)。 //舵機左轉 } if(t==3) {t=0。 Rightstate=temp。 TIM_SetCompare2(TIM3,150)。 rotate_Left()。}} else { if(flag==0){farward_Low()。} if(flag==1) {turn_Left()。} if(flag==