張雁寧 西南科技大學(xué)

基于STM32和pixy CMUcam5視覺傳感器的雙控制模式全向車的設(shè)計

張雁寧 西南科技大學(xué)

STM32單片機(jī)；pixy CMUcam5視覺傳感器；設(shè)計

引言

本項目基于STM32單片機(jī)的遙控和手勢雙模式控制的全向車，以全向輪式機(jī)器人作為控制平臺，通過無線遙控控制全向車的運(yùn)動，由pixy CMUcam5視覺傳感器探測目標(biāo)顏色，通過鎖定目標(biāo)顏色的位置來確定全向車的行駛方向。使移動娛樂可控智能車具有良好的實用性、易操作性和娛樂性。

1.相關(guān)技術(shù)分析

1.1 STM32的相關(guān)功能

STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列。1

1.2 pixy CMUcam5視覺傳感器

是一個開源的圖像識別傳感器，支持多物體，多色彩的顏色識別，最高支持7中顏色。pixy支持多種通信方式，如SPI、 I2C等，可以直接插在控制板上。利用pixy這個特性可很方便實現(xiàn)視覺控制小車全向行駛2。

2.設(shè)計過程

2.1 設(shè)計方法

（1）通過理論分析、硬件設(shè)計、軟件編程和實際調(diào)試來完成一個遙控和手勢控制的全向車的設(shè)計與制作；（2）明確研究目標(biāo)，查閱相關(guān)的技術(shù)資料，與指導(dǎo)老師多交流，確定并完善理論方案；（3）團(tuán)隊討論交流，明確分工，模塊化設(shè)計并協(xié)作完成；（4）遇到問題時通過多方面查找對應(yīng)問題，多和指導(dǎo)老師交流；（5）無線傳輸模塊和視覺傳感器的使用，需要查閱傳感器的數(shù)據(jù)手冊，進(jìn)行調(diào)試；（6）系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)查閱芯片手冊，找到相應(yīng)的引腳；（7）制作實物時多次測試，校對數(shù)據(jù)，修改代碼。

2.2 技術(shù)路線

本設(shè)計分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路硬件和單片機(jī)軟件控制三個部分。首先是機(jī)械機(jī)構(gòu)部分，電路要求盡量簡潔，單片機(jī)端口配置要合理，以方便之后的單片機(jī)程序控制。

本項目設(shè)計的系統(tǒng)整體邏輯框圖如圖1所示：

圖1

2.3 主控芯片——STM32系列

STM32F103R8T6/STM32F103是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架構(gòu)內(nèi)核的32位處理器產(chǎn)品，內(nèi)置64KB的Flash、 20K的RAM、12位AD、4個16位定時器和3路USART通訊口等多種資源，時鐘頻率最高可達(dá)72M。

2.4 驅(qū)動模塊的設(shè)計

2.4.1 電機(jī)類型——直流減速電機(jī)

直流減速電機(jī)是由直流電機(jī)和齒輪減速器構(gòu)成的。這種電機(jī)是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上又加入了配套的齒輪減速箱。

2.4.2 電機(jī)驅(qū)動——MOSFET構(gòu)成H橋式驅(qū)動電路

利用PWM波形來控制電機(jī)的速度，再用單片機(jī)兩個I/O口控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，此電路驅(qū)動功率比較大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較快。

2.5 電源模塊——三段線性穩(wěn)壓器LM2596

由于電源模塊是作為控制器和其他電路的供電單元，它的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.6 成果檢測

確定設(shè)計方案以及采用的基礎(chǔ)模塊之后，對全向車的設(shè)計開始了系統(tǒng)的設(shè)計，最后經(jīng)過測試，相較于傳統(tǒng)的全向車操作模式，基于STM32和pixy CMUcam5視覺傳感器的雙控制模式的全向車具有更好的操作方式，同時也能夠完成更多的操作任務(wù)，同時還可以通過視覺傳感模式增加客戶的體驗感。在本次設(shè)計中所采用的各個模塊也能夠把自身的功能較為充分的展現(xiàn)出來。

3.總結(jié)

通過本次設(shè)計，開發(fā)了全向車的兩種控制模式：遙控操作和手勢控制，增加了操作時的模式選擇，同時利用pixy CMUcam5視覺傳感器探測對目標(biāo)進(jìn)行顏色識別，從而能夠確定全向車的行駛方向。采用全新的三輪全向車，能夠向任意方向移動且可零回轉(zhuǎn)半徑轉(zhuǎn)動，在遙控探測機(jī)器人的移動本體上應(yīng)用相對于其他輪式移動機(jī)構(gòu)有其獨(dú)特的優(yōu)勢，尤其是在狹窄空間中需要對平臺進(jìn)行細(xì)微精確位置調(diào)整的場合優(yōu)勢更為明顯。

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隨著社會的發(fā)展，科技在不斷的進(jìn)步，越來越多的先進(jìn)技術(shù)開始運(yùn)用到人們的生活中。為了能夠獲得更多的體驗，近年來人們更注重具有全向系的設(shè)計。本文將會對基于STM32和pixy CMUcam5視覺傳感器的雙控制模式全向車進(jìn)行設(shè)計，利用STM32 和pixy CMUcam5視覺傳感器建立一個能增加交互體驗的雙控制模式全向車。