張海兵++郭峰++岳彩浩++溫艷

摘 要：本文旨在基于STM32單片機設(shè)計一款處理速度快、精準(zhǔn)循跡、行駛穩(wěn)定的智能小車。對于路面狀況信息的采集，我們采用光電對管的技術(shù)來實現(xiàn)；同時利用光電開關(guān)設(shè)置來采集障礙物信息；對于單片機不能識別的信息，我們用單片機內(nèi)部自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換來識別。單片機處理這些信息，然后對各個模塊進行控制，實現(xiàn)小車的智能巡線。

關(guān)鍵詞：STM32；智能巡線小車；PWM控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.137

1 引言

近年來，隨著科技的快速發(fā)展，關(guān)于智能車的研究越來越受人關(guān)注，該設(shè)計可以應(yīng)用于運輸，機器人，醫(yī)療器械等許多方面，現(xiàn)實意義很強。智能巡線小車，它集成機械、電子、計算機控制于一體，在倉庫智能管理、高壓線路除冰等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。小車通過紅外收發(fā)對管采集預(yù)先已鋪好的路徑信息，通過后輪電機驅(qū)動前進和前輪舵機控制前進方向驅(qū)動小車行駛，從而實現(xiàn)小車的巡線功能。

2 基于STM32的智能巡線小車的總體設(shè)計方案

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。小車系統(tǒng)以STM32為主控芯片，利用紅外收發(fā)對管采集道路信息，充分利用STM32串口資源和高速的運算、處理能力來實現(xiàn)巡線功能；通過調(diào)節(jié)PWM占空比實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)傳感器采集到的路徑位置計算偏差，通過PD算法調(diào)整舵機轉(zhuǎn)動的角度，從而實現(xiàn)精確巡線。

系統(tǒng)采用2種供電方式。由于STM32需要3.3V恒壓供電，而現(xiàn)有的充電電池隨著用電時間會有所變化，勢必會影響芯片的正常工作，因此本設(shè)計采用7.2V 充電電池和低壓差穩(wěn)壓芯片TPS7350和TPS7333，以達到3.3V恒壓的目的；后輪采用飛思卡爾B車電機，供電電源采用7.2V充電電池和升壓芯片B0512使電壓達到12V。

3 硬件電路設(shè)計

硬件電路是由電源模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、循跡模塊和電機驅(qū)動模塊組成的。下面分別介紹下電源模塊、循跡模塊和單機驅(qū)動模塊。

3.1 電源模塊電路

整個供電系統(tǒng)是通過一節(jié)飛思卡爾專用7.2V充電電池供電，STM32單片機需要3.3V電源，循跡模塊需要5V電源，電機用電池直接供電，所以采用壓降比較小的TPS7350和TPS7333穩(wěn)壓到5V和3.3V。

3.2 循跡模塊電路

小車循跡模塊是由發(fā)射電路、接收電路及比較電路組成。按照跑道線行進的前提是能檢測到跑道信息，跑道采用黑色絕緣膠帶。發(fā)射電路發(fā)出紅外光線，經(jīng)地面（白底、黑線）反射后被接收管接收，采用帶有差動輸入的4運算放大器LM393為核心器件判斷小車所處的位置。

3.3 電機驅(qū)動模塊電路

電機驅(qū)動模塊是由可以承受大電流的MOS管和驅(qū)動芯片IR2104構(gòu)成的，單片機輸出PWM波形給驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片經(jīng)過處理控制電機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)以及停止。

4 軟件代碼調(diào)試

系統(tǒng)開始工作，首先初始化IIC、UART串口、PWM、外部中斷，初始化結(jié)束程序進入大循環(huán)。首先對循跡模塊進行初始化，當(dāng)循跡模塊采集道路信息放給單片機后，單片機會把信息進行處理同時對電機驅(qū)動模塊輸出PWM波。

5 結(jié)論

本文針對智能巡線小車的設(shè)計，對其控制原理、結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計及其硬件設(shè)計做了充分的介紹。通過軟硬件的修改、參數(shù)的整定，實現(xiàn)了送貨小車自主送貨的基本的功能。在此過程中學(xué)習(xí)了硬件結(jié)構(gòu)，軟件調(diào)試、了解了各種結(jié)構(gòu)和功能。通過這段時間的學(xué)習(xí)，給了我在智能車的這條道路上繼續(xù)探索的信心。另外，讓我能夠體會到發(fā)明創(chuàng)造給我?guī)淼氖斋@，帶動了我的興趣，讓我能夠在這條道路上學(xué)習(xí)到許多書本上沒有的知識。

參考文獻：

[1]李維軍，韓小剛，李晉.基于單片機用軟件實現(xiàn)直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)[J].機電一體化，2004，10（05）：49-51.

[2]藍厚榮.單片機的PWM控制技術(shù)[J].工業(yè)控制計算機，2010，23（03）：97

-98.

[3]蔣華龍.基于單片機的輪式機器人設(shè)計[D].成都：電子科技大學(xué)，2009：30-40.

[4]周淑娟.基于單片機智能循跡小車的設(shè)計方案[J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2011，9（02）：12-18.

[5]譚浩強.C程序設(shè)計（第四版）[M].清華大學(xué)出版社.

基金項目：省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目：基于STM32單片機的智能巡線小車（編號201610379131）

作者簡介：張海兵（1996-），男，安徽淮南人，學(xué)生。