基于STM32的可遙控智能跟隨小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、引言

智能小車是一個(gè)集自動(dòng)控制、環(huán)境監(jiān)測、無線遙控等多功能于一體的綜合系統(tǒng)，人們習(xí)慣稱其為移動(dòng)輪式機(jī)器人，目前以單片機(jī)為核心的移動(dòng)機(jī)器人還存在處理數(shù)據(jù)局限、控制不穩(wěn)定等不足之處，國內(nèi)市場暫時(shí)還沒有出現(xiàn)具有真正意義的跟隨性智能載物小車。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能小車測距模塊、紅外遙控模塊和小車智能控制模塊，通過軟硬件設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了小車的自動(dòng)跟隨狀態(tài)。主要利用超聲波測距模塊實(shí)現(xiàn)小車與目標(biāo)之間距離的實(shí)時(shí)檢測，當(dāng)兩者距離較近小車就“緩慢跟隨”，一旦測得距離較遠(yuǎn)，小車將“加快腳步”，直到追上目標(biāo)，并且小車可以跟隨目標(biāo)一起轉(zhuǎn)彎，不會(huì)“跟丟”。

2、硬件設(shè)計(jì)

2．1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)小車智能跟隨，采用了超聲波測距、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、紅外遙控等功能模塊設(shè)計(jì)。通過超聲波所測距離，判斷小車快速前進(jìn)，慢速前進(jìn)或停止。小車以STM32為主控芯片，將2個(gè)超聲波測距模塊測得的距離值經(jīng)過運(yùn)算后，輸出兩路PWM（PｕLSEWIDTHMODｕLATION）波分別控制左右2個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電源給控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分供電。另外STM32連接了LCD顯示模塊和紅外接收電路，分別用于顯示運(yùn)動(dòng)、狀態(tài)信息和接收遙控器的控制信號(hào)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 ?系統(tǒng)總體

2．2、超聲波測距模塊

超聲波是指頻率高于20KHｚ的聲波，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到不同的界面將產(chǎn)生反射、繞射、折射等原理在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)所使用的測距模塊為HC－SR04超聲波模塊，該模塊測量范圍為3～400CM，精度最高可達(dá)3MM，由超聲波發(fā)射探頭、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。模塊對外引出4個(gè)引腳分別為VCC、GND、TRIG和ECHO。測距需要IO口觸發(fā)，即先給控制端TRIG至少10μS的高電平信號(hào)，模塊將自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHｚ的方波并自動(dòng)檢測ECHO端是否有返回信號(hào)，若有返回信號(hào)則高電平持續(xù)時(shí)間即為超聲波在空氣中傳播的時(shí)間。由此可得：測試距離＝（高電平時(shí)間×聲速）／2。因此將模塊的VCC、GND接入系統(tǒng)電源，TRIG、ECHO端接單片機(jī)普通IO口即可實(shí)現(xiàn)超聲波測距。

2．3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

小車通過一個(gè)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)左右電機(jī)控制小車的運(yùn)動(dòng)。電機(jī)采用PWM調(diào)速，即改變直流電機(jī)電樞電壓的的占空比來改變平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速。除了2個(gè)電機(jī)對應(yīng)的PWM信號(hào)調(diào)速之外，該模塊還需要4路邏輯輸入控制電機(jī)M1、M2轉(zhuǎn)向，模塊連接如圖2所示。因此將PWM信號(hào)輸入端接入單片機(jī)定時(shí)器輸出，邏輯輸入端接單片機(jī)配置為輸出模式的IO口即可實(shí)現(xiàn)對該模塊的控制。

圖2 ?電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接