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1、海 南 大 学毕 业 论 文（设计）题 目： 基于stm32的智能小车设计 学 号： 姓 名： 年 级： 2011级 学 院： 应用科技学院 学 部： 工学部 专 业： 电子科学与技术 指导教师： 完成日期： 2014 年 12 月 1 日 基于stm32的智能小车设计摘要本次试验主要分析了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计过程。此智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度以及舵机转向进行控制，循迹模块进行黑白检测，避障模块进行障碍物检测并避障功能，其
2、他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时，避障程序优先于循迹程序，用超声波避障电路进行测距并避障，在超声波模块下我们使用舵机来控制超声波的发射方向，用红外探测电路实现小车循迹功能。在硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软件设计方案，并在STM32集成开发环境Keil下编写了相应的控制程序，并使用mcuisp软件进行程序下载。关键词：stm32;红外探测;超声波避障;PWM;电机控制AbstractThis experiment mainly analyzes the control system of smart car based on microproc
3、essor STM32F103 system design process. The composition of the intelligent system mainly including STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit, circuit of ultrasonic obstacle avoidance. This experiment adopts STM32F103 microprocessor as the core chip, using PWM technique to
4、control speed and steering gear steering, tracking module is used to detect the black and white, obstacle avoidance module for obstacle detection and obstacle avoidance function, other peripheral extended circuit to realize the whole system function. When the car is moving, obstacle avoidance progra
5、m prior to tracking, using ultrasonic ranging and obstacle avoidance obstacle avoidance circuit, we use steering gear under ultrasonic module to control the emission direction of ultrasonic, infrared detection circuit is used to implement the car tracking function. On the basis of the hardware desig
6、n is proposed for motor control function, simple intelligent car tracking and obstacle avoidance function of software design, and in the STM32 integrated development environment under the Keil. Write the corresponding control program, and use McUisp program download software.Keywords：STM32；Infrared
7、detection；Ultrasonic obstacle avoidance；PWM；Motor control目录1.绪论- 4 -1.1研究概况- 4 -1.2研究思路- 4 -2.软硬件设计- 5 -2.1中央处理模块- 5 -2.1.1 stm32f103内部结构- 6 -2.1.2 stm32最小系统电路设计- 7 -2.1.3 stm32软件设计的基本思路- 9 -2.1.4 stm32中断介绍- 9 -2.1.5 stm32定时/计数器介绍- 11 -2.1.6 主程序设计流程图- 12 -2.2 电机驱动模块- 13 -2.2.1 驱动模块结构及其原理- 13 -2.2.2
8、驱动模块电路设计- 13 -2.2.3驱动软件程序设计- 14 -2.3 避障模块设计- 18 -2.3.1 避障模块器件结构及其原理- 19 -2.3.2 HC-SR04模块硬件电路设计- 21 -2.3.3 HC-SR04模块程序设计- 21 -2.4循迹模块设计- 28 -2.4.1 循迹模块结构及其原理- 28 -2.4.2 循迹模块电路设计- 30 -2.4.3 红外循迹模块程序设计- 30 -3.软件调试- 33 -3.1 程序仿真- 33 -3.2 程序下载- 34 -4.系统测试- 35 -5.总结- 37 -致谢- 39 -参考文献- 40 -附录- 41 -1.绪论智能小车
9、通过各种感应器获得外部环境信息和内部运动状态，实现在复杂环境背景下的自主运动，从而完成具有特定功能的机器人系统。而随着智能化电器时代的到来，它们在为人们提供的舒适的生活环境的同时，也提高了制造智能化电器对于人才要求的门槛。智能小车是集成了多种高新技术，它不仅融合了电子、传感器、计算机硬件、软件等许多学科的知识，而且还涉及到当今许多前沿领域的技术，它是一个国家高科技技术水平的重要体现。通过建立起简易智能小车的设计，引导学生从理论走向实践，培养同学们的动手能力，使同学们在了解智能化电器的工作原理的基础上，还使同学们获得完成整体项目的能力，并掌握了Stm32开发板的编程原理，为同学们进入ARM领域提
10、供了基础。另外，本次课程设计，使同学们了解自己的不足之处，从而使同学们有目标的提升自己的能力。1.1研究概况国外研究概况：上世纪50年代初，国外就有智能车辆的研究，从90年代开始，智能车辆的研究就进入了系统化、大规模的研究阶段。尤其突出的是美国卡内基-梅陇大学机器人研究所已经完成了Navlab系列的自主车辆的研究，这一研究成果代表了国外智能车辆的主要研究方向。国内研究概况：我国对于智能车辆的研究较晚，始于上世纪80年代，而且现在大部分还是使用入门级别的51单片机进行设计与研究的，为了弥补与国外研究的差距，开设了全国大学生电子设计竞赛。1.2研究思路系统将采集的传感器信号送入stm32微控制器中
11、，stm32微控制器根据采集的信号做出不同的判断，从而控制电机运动方向和运动速度。系统以stm32微控制器为核心，通过传感器采集不同的信号做出判断，继而改变电机的运动方向和运动速度。实验系统结构如图1.1所示：图1.1 实验系统结构图2.软硬件设计智能小车控制系统具备了障碍物检测、自主避障、自主循迹等功能。相应的控制系统主要由以下四个模块组成：避障模块、循迹模块、电机驱动模块、中央处理模块四个模块组成，系统总体框架如图2.1所示：这个图调整下，和下面的编号看起来位置不协调图2.1 系统框架图我们本节主要任务是了解各个模块的功能，掌握各个模块所使用的器件的使用方法，并能够编写相应的程序代码。掌握
12、各个模块的功能。2.1中央处理模块在人类身体结构中，大脑可以根据各个器官所传输的信息做出相应的行为动作用以保证人体所必须的生理原料，而stm32处理器之于智能小车就相当于大脑之于人类，它可以从各个模块之间获得数据，并对所传输的数据进行实时处理，来驱使电机模块做出相应的行为动作。由ARM公司设计的基于ARMv7架构的Cortex系列的标准体系结构在2006年推出，此结构是用来满足日渐复杂的不同性能要求的软件设计，根据所面向的领域，Cortex系列可以分为A、R、M三个分工明确的系列1。Stm32处理器的出现为微控制系统、工业控制系统、汽车车身系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域实现高
13、系统性能系统提供了基础，使编程的复杂性，集高性能、低功耗、低成本大大简化，并使它们融为于一体2。意法半导体ST公司作为一个半导体制造厂商，是ARM公司Cortex-M3内核开发项目一个主要合作方。2007年6月11日由ST公司率先推出的基于Cortex-M3内核的STM32系列微控处理器研发而出。此中，A系列是面向复杂的尖端应用程序，用于运行开放式的复杂操作系统；R是Real的首字母缩写，是面向实时系统开发的；M是Mirco的首字母缩写，专门面向低成本的微控制领域开发研究。因此，Cortex-M3处理器是由ARM公司设计的首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准处理器，它不仅具有低功耗、少门
14、数等优点，而且还具有短中断延迟、低调试成本等众多优点，使它在众多的处理器中脱颖而出。目前为止，STM32系列处理器暂分为2个系列。其中，STM32F101系列是标准型系列，工作频率设定在36MHZ；STM32F103系列是增强型系列，工作频率设定在72MHZ，其带有更多片内RAM和更丰富的外设资源。这两个系列的产品在软件和引脚封装方面具有兼容性，并且拥有相同的片内Flash资源，使软件的开发和升级更加方便。本次试验，我们使用的是stm32f103处理器。2.1.1 stm32f103内部结构STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准RISC （精简指令集）处理器
15、，具有执行代码效率高，外设资源丰富等众多优点。该系列微处理器工作频率设定在72MHz，高达128K 字节的内置Flash存储器存储器 存储器是用来存储程序和数据的部件，有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。它根据控制器指定的位置存进和取出信息。 全文和20K 字节的SRAM，方便程序编写，而且具有丰富的通用I/O 端口。其内部结构图如图2.2所示：图2.2 内部结构图Stm32处理器主系统主要由4个被动单元和4个驱动单元构成。4个驱动单元是：通用DMA1，通用DMA2，内核DCode总线和系统总线。4个被动单元由APB桥，APB设备，内部Flash闪存，内部SRAM、FSMC。我们实验所采用的芯片具有64KBSRAM、512KBFLASH、2个基本定时器，4
