遥控智能小车课程设计报告

《嵌入式系统原理》课程设计阐明书题目：遥控智能小车院（系）：信息与电气工程学院专业班级：通信二班学生姓名：周波学号：指导教师：罗朝辉嵌入式系统原理课程设计任务书一、设计题目遥控智能小车二、设计重要内容广泛查找文献资料，认真研究，重复论证，精心设计技术方案。较为进一步的掌握ARM解决器的体系构造、指令系统、编程办法，初步理解ARM应用系统的软硬件开发办法及手段，较纯熟地掌握ARM解决器几个重要的片内外设（定时器、PLL、I2C、RTC等）的基本原理及编程办法，初步掌握ARM解决器外围电路的扩展办法。在现有车模的基础上，以嵌入式ARM微解决器构成小车控制核心，同时加装声光电、红外线、超声波传感器、LED显示等外围设备，实现对小车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至解决器进行解决，然后由解决器根据所检测的多个数据实现对电动车的智能控制；设计的智能小车应当能够实时显示时间、速度、里程，含有自动寻迹、寻光、避障功效，可程控行驶速度、精拟定位停车。并有对应的声光电设备发出有关的提示或警示信息。遥控方式可自选，系统通过遥控器能够控制小车的行驶方向、速度、起停等运行状态，规定要达成一定的控制精度、距离及范畴,小车行驶速度应达成3m/s以上。三、原始资料硬件资源：四驱小车车模、STM32系统板、用于ARM解决器的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。设计指导书：STM32系统板配套光盘四、规定的设计成果（1）在现有车模的基础上，以嵌入式ARM微解决器构成小车控制核心，同时加装声光电、红外线、超声波传感器、LED显示等外围设备，实现对小车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至解决器进行解决，然后由解决器根据所检测的多个数据实现对电动车的智能控制。（2）撰写课程设计阐明书，规定简洁、通顺，格式规范，设计方案对的，实现技术路线明确，叙述内容完整、清晰、规范，数据、资料真实可靠，软件程序运行良好。（3）规定有完整的电路设计原理图及软件源代码。五、进程安排（1）第1天：任务布置及有关知识解说（2）第2-3天：资料查阅与方案制订（3）第4-8天：硬件设计、程序编制与调试阶段（4）第9天：撰写设计报告六、重要参考资料[1]田泽.嵌入式系统开发与应用实验教程.北京航空航天工业大学出版社，.[2]郭荣佐，王霖.《嵌入式系统原理》.北京航空航天大学出版社，..[3]周根林.嵌入式系统原理与应用.南京大学出版社,.[4]谭浩强.C语言程序设计（第2版）.清华大学出版社，[5]丁峰.ARM系统开发——从实践到提高.中国电力出版社，.[6]游雨云.单片机PWM信号控制智能小车的实现办法.技术与市场,,（12）[7]袁新娜，余红英，超声波传感器在智能小车避障系统中的应用.大众商务教育版（民办教育研究），，(8)指导教师（签名）：20年月日 1 2 2 2 2 6 6 7 7 11 11 11 12 13 13 14 14 15图1.1设计全局图通过stm32的PA0，PA1，根据TIM2产生的不同占空比的PWM波，控制电机的速度，以及正反转。PA3，PA4控制小车前轮，前轮采用舵机控制，在转向方面，不能大幅度转弯，因此，在小车转弯上，我们采用转一段时间，然后倒退一段距离，然后再转，如此重复几次。通过这种方式实现小车的900C转弯。2.3功效函数设计1.voidFront() {GPIOD->BRR=0X03;GPIOA_Conf();//配备A端口GPIOA->BRR=0x0f;GPIOA->BSRR=0X01; }调用这个函数，实现小车全速向前形式。PD端口的D0，D1位，是控制小车背面两个尾灯。当小车迈进时，尾灯关闭。2.voidBack() {GPIOD->BSRR=0x03;GPIOA_Conf();GPIOA->BRR=0x0f;GPIOA->BSRR=0X02;}调用这个函数，实现小车全速后退。同时启动车身背面的尾灯。3.voidLeftSlideFront() { GPIOD->BSRR=0X01; GPIOD->BRR=0X02; GPIOA->BRR=0X04; GPIOA->BSRR=0X08; Time_Configuration(350,0,500,7199);} 调用此函数，实现小车迈进，左转弯。同时启动尾部左边的尾灯，关闭右边的尾灯。Time_Configuration(350,0,500,7199)为占空比调制函数。通过输入不同的值，变化电机的转速。4.voidTime_Configuration(uint16_tCCR1_Val,uint16_tCCR2_Val,uint16_tperiodValue,uint16_tPrescalerValue){ /*启动TM2定时器时钟*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE); /*TIM2定时器复用管脚PA0，PA1，PA2，PA3*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); /*配备定时器时基*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=periodValue;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=PrescalerValue;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure); /*配备定时器各通道状况*/TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR1_Val;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC1PreloadConfig(TIM2,TIM_OCPreload_Enable);TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR2_Val;TIM_OC2Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC2PreloadConfig(TIM2,TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM2,ENABLE);TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);} PWM脉宽调制波形输出，是stm32定时器功效的一大亮点，以往8位单片机输出PWM波形，均为模拟，或者借助外围芯片，而stm32内部定时器，实现了精确的PWM波形直接输出。上面功效函数，为TIM2定时器的配备状况。我在使用时，启动了TIM2定时器的通道1和通道2。分别为PA0，PA1，这两个端口控制小车的后轮电机。由于前轮为舵机。因此，没有采用PWM波形。而是直接给高低电平调节小车的方向。stm32定时器采用预分频解决，即将系统时钟分频后给定时器，这个预分频值，由传入的参数PrescalerValue决定。系统时钟为72MHz，设分频后的频率为F,则：F=72MHz/(PrescalerValue+1)定时器的计数周期为传入参数periodValue的值决定。PWM占空比值由传入参数CCR1_Val和CCR2_Val决定，分别控制PA0，PA1的占空比值。占空比=CCR1_Val/periodValue。 NEC编码合同中，遥控器每发送一种8位数据，能够分为5个部分：图3.1NEC合同编码规则当按下遥控器上的任意一种键时，遥控器将发送一种38KHz的载波信号，根据NEC编码合同，如果发送数据位为1,则向外发送38KHz的载波信号，持续发送0.56ms.然后停止发送1.685ms后继续发送下一位。如果发送数据位为0，则红外遥控向外发送38KHz的载波信号，持续发送0.56ms，然后停止发送0.565ms后继续发送下一位。3.2接受探头与解码接受红外信号部分，我们采用HS0038接受探头，HS0038共三个引脚，分别为,OUT、VCC、GND。通电后，当没有收到红外信号时，OUT端口默认为高电平。接受端口信号与红外遥控发送信号电平相反。在解码方面，接受探头接受到38KHz的载波后，输出端OUT电平拉低。由于NEC发射编码中，采用的是38KHz载波表达高，无发射表达低。因此在接受探头部分的电平高低，与发射部分刚好相反。解码部分，数据1，0的电平宽度为别是：图3.2NEC合同1、0电平宽度由于每个数据位开始低电平均为0.56ms，因此，我们使用TIM3定时器，精确捕获到每位数据高电平持续时间。通过捕获到的值，来确认1和0.通过软件解码时，首先接受到引导码，9ms的低电平和4.5ms的高电平，然后是地址码和地址反码，最后是数据码和数据反码。在程序设计上，我们定义个unsignedchar型数组，分别统计下地址码、地址反码、数据码、数据反码。取出数组下标为2和3的值，将下标为3的数组数据取反，判断与否相等，如果不相等，表达解码数据有误；如果相等，表达解码对的。3.3红外控制将stm32的外部中断3端口与红外探头的输出端相连，捕获红外遥控发射来的信号。外部中断端口程序配备以下：1.voidEXTI3_Configration(){/***************配备PC3端口，作为外部中断触发端口***********/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource3);/****************外部中断线配备，设立为上升沿触发****************/EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line3;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);/********************中断向量表配备*****************/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI3_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}配备好外部中断后，当stm32上电后，便会实时监控PC3端口，当接受到红外信号后，便产生一种中断信号，调用中断解决函数，解决该事件，下面为中断解决函数，重要是解码红外信号：2.voidEXTI3_IRQHandler(void){inti,j,Counter=0;charIR[4]={0};charch1=0,ch2=0;if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3)!=RESET){ TIM3->CNT=0; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); while(TIM_GetCounter(TIM3)<7000); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); TIM3->CNT=0; if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)==0) { while(!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); TIM3->CNT=0; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); while(TIM_GetCounter(TIM3)<3500); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)==1) { while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); for(i=0;i<4;i++) { for(j=0;j<8;j++) { while(!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); TIM3->CNT=0; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); Counter=TIM_GetCounter(TIM3); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); ch1=ch1>>1; if(Counter>840) { ch1=ch1|0x80; } else { ch1=ch1|0; } Counter=0; } IR[i]=ch1; } ch1=IR[2]; ch2=IR[3]; ch2=~ch2; if(ch1==ch2) { switch(ch1) { case0x07:LeftSlideFront();break; case0x09:RightSlideFront();break; case0x40:Front();break; case0x19:Back();break; case0x16:LeftSlideBehind();break; case0x0d:RightSlideBehind();break; case0x0c:Upshift();break; case0x5e:SlowDown();break; case0x15:Brake();break; default:Brake();break; } } } }Delay(500);EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); }} 这个函数为中断解决函数，在中断解决函数中，我们又用到了一种TIM3定时器，该定时器重要是解码红外信号，根据上文所述的0,1编码规则，用TIM3定时器，所捕获到的值，来判断信号0,1，实现软件解码红外信号。下面为TIM3定时器的配备：3.voidTIM3_Configuration(){TIM_DeInit(TIM3);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=50000;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure); TIM_PrescalerConfig(TIM3,71,TIM_PSCReloadMode_Immediate); TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,DISABLE); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);} 设立预分频值为71，通过分频后，计数器的频率为1MHz。周期为50000.计数方式为向上计数。即使stm32普通定时器的时钟为36MHz，如果将TIM_ClockDivision的值设立为0，则采用预分频时，时钟值应选72MHz进行分频。4.超声波4.1介绍 通过超声波发射装置发出超声波，根据接受器接到超声波时的时间差就能够懂得距离了。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，超声波在空气中传输，途中碰到障碍物就立刻返回来，超声波接受器收到反射波就立刻停止计时。（超声波在空气中的传输速度为340m/s，根据计数器统计的时间t，就能够计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2）4.2超声波测距具体实现 我们在小车的前端放置一种超声波模块，采用查询法，每隔1s，发射一种10us以上的脉冲信号，超声波模块便自动发送8个40Khz的信号。当模块接受到返回信号时，输出端会输出一种高电平，这个高电平的持续时间，就是超声波模块达成障碍物，声速的来回时间。如果测得前方障碍物距离不大于设立距离，则小车后退，并发出报警蜂鸣声。4.3超声波程序设计1.floatDistance(){ floatdistance; inttime; TIM3->CNT=0; //非常重要，不清零，没成果 GPIOB->BSRR=0X01; while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)==0);//等待接受到反回信号 GPIOB->BRR=0X01; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//启动定时器，记下电平持续时间 while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)==1); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); time=TIM_GetCounter(TIM3); distance=(float)time*0.017;//cm数量级 returndistance;} 程序中的TIM3定时器，在上文3.3.3已经具体的描述。我们将stm32的PB0作为发送10us以上高电平的端口，将PB1作为接受超声波模块馈送的时间信号电平端口。该高电平的时间，为超声波来回障碍物的时间。该函数返回值，即为小车到障碍物的距离。2.voidKeepDistance() //超声波测距，距离控制函数{ GPIOB->BRR=0x100; if(Distance()<25.0) { GPIOB->BSRR=0x100; RightSlideBehind(); Delay(200); GPIOB->BRR=0x100; Delay(700); GPIOA->BSRR=0x0c; Time_Configuration(70,0,100,71); } } 调用这个函数，当小车查询到前方距离不大于25cm时，便进行某些列的调节，如蜂鸣器想起，小车向右后转。5.红外寻迹5.1反射式红外传感器图5.1反射式红外传感器 如图5.1所示，当红外发射管发射信号，经地面反射到接受管时，接受管部位电阻值很小；当红外传感器与地面距离拉大，接受管接受不到反射信号时，接受管部位电阻值很大。采用一种电压比较器LM393，LM393为两端输入，一端输出，比较两个输入信号的大小。我们将红外传感器接受管在接受到信号和没有接受到信号时，电阻两端的电压与一种固定的值相比，接受到信号时，LM393输出低电平；没有接受到信号时，LM393输出高电平。通过高低电平，判断红外管发出的信号与否被黑线吸取。5.2具体实现办法小车上的黑线检测设备，采用的中断触发方式是，下降沿。由于电机在转动过程中，不可避免的会发生忽然变向，减速等。这样会干扰电源电压，由于我我们组采用的stm32为3.3V供电，该电压有6个电池串联，通过稳压芯片稳压后，输出3.3V给stm32，当点击由于忽然变向，加速减速才生大电流，对电池电压产生较大的冲击，稳压芯片输出截止。黑线检测的模块与stm32并联，当稳压芯片输出的3.3V电压忽然截止时，寻迹模块输出电压为0.如果采用下降沿触发，这时，由于电压的不稳定而造成了一种有害的触发中断。通过修改硬件电路，采用上升沿触发，当红外对管检测到黑线时，输出信号为0，当小车没有检测到黑线时，输出信号为1。当稳压芯片忽然截止时，输出也0，这样能够有效的解决电机对寻迹模块的干扰。 我们小组采用3个寻迹模块，stm32采用3个外部触发端口分别与3个寻迹模块相连。左右两边寻迹模块用于检测跑到边沿，避免小车冲出跑到。中间寻迹模块用于检测小车转弯线。stm32分枪占式优先级和响应式优先级。如果抢占式优先级相似，则不能发生中断嵌套。小车通过转弯线时，三个寻迹模块均会检测到黑线。因此，我们设立中间寻迹模块的抢占式优先级最高，两边抢占式等级低于中间，当小车通过转弯线时，三个中断同时，或一次来临。中间中断等级打断两边，确保中间的中断执行程序能顺利执行。5.3寻迹程序设计我们采用三个外部中断，分别为PC0，PC1，PC3三个端口，分别监控三个寻迹模块。下面以外部中断0为例：1.voidEXTI0_Configration(){/************配备PC0端口，作为外部中断触发端口*******/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource0);/****************外部中断线配备，设立为下降沿触发****************/EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);/********************中断向量表配备*****************/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQCha