劉升 劉紅

摘? 要：智能車是智能交通的重要組成部分，在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際生活中扮演著承上啟下的作用，將實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)的功能轉(zhuǎn)化到實(shí)際生活中，造福未來(lái)社會(huì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、自動(dòng)避障、道路自主識(shí)別等功能。同時(shí)，在信息采集及危險(xiǎn)區(qū)域操作方面也能做出突出貢獻(xiàn)，避免不必要的人員傷亡。文中設(shè)計(jì)利用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一款根據(jù)采集所需環(huán)境自主搭載所需各種探測(cè)設(shè)備的智能車系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)是以STM32F10x系列芯片為核心，結(jié)合L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)、圖傳設(shè)備及探測(cè)設(shè)備插接口驅(qū)動(dòng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。智能車能夠進(jìn)入未知區(qū)域或危險(xiǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作等。

關(guān)鍵詞：STM32? 傳感器? 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP242 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）07（c）-0056-02

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，智能探測(cè)車[1]在探測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)逐漸取代人工探測(cè)，為人們的生活提供了極大的方便。在現(xiàn)實(shí)生活中，由于對(duì)未知空間的探索和偵察會(huì)存在一定的危險(xiǎn)性，如果需要通過(guò)相關(guān)工作人員親身實(shí)地去進(jìn)行實(shí)地偵察，可能會(huì)造成不必要的損失，甚至危及到生命的安全，因此文中設(shè)計(jì)了一款無(wú)線探測(cè)車進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，對(duì)未知進(jìn)行實(shí)時(shí)偵察和功能操作，從而把工程成本和可能受到的危險(xiǎn)降至最低。此外近年來(lái)，我國(guó)火災(zāi)、礦難、地震等事故頻繁發(fā)生，人民生命受到威脅，經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)受到了巨大的損失。每當(dāng)事故發(fā)生，事故現(xiàn)場(chǎng)勘察階段在救護(hù)過(guò)程中是最危險(xiǎn)但也是最為重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的救援設(shè)備體積龐大、受自身的限制根本進(jìn)入不了坍塌造成狹窄的地區(qū)，若強(qiáng)行進(jìn)入，救援就可能會(huì)適得其反，導(dǎo)致更多的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，現(xiàn)有設(shè)備局限太多，需進(jìn)化升級(jí)。與其相比，小型的探測(cè)車成本更低，運(yùn)動(dòng)更加靈活，并可以在狹小的環(huán)境中工作。

1? 智能車平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

1.1 硬件構(gòu)成

該文設(shè)計(jì)的智能車主要由電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、主控芯片[2]、設(shè)備連接驅(qū)動(dòng)端口和無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊組成。該文設(shè)計(jì)采用nRF24L01無(wú)線模塊進(jìn)行智能車的運(yùn)動(dòng)控制。nRF24L01無(wú)線模塊功能強(qiáng)大，是一款新型單片射頻收發(fā)器件，在該設(shè)計(jì)中使用了兩個(gè)工作nRF24L01無(wú)線模塊，分別安裝在控制端和智能車上，由單片機(jī)上電配置成接收模式和發(fā)送模式進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。驅(qū)動(dòng)部分采用L298n驅(qū)動(dòng)，L298n是一種雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中每個(gè)H橋可以提供2A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5～48V，邏輯部分5V供電，接受5vTTL電平?？刂撇糠植捎眯酒琒TM32F103ZET6進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理及其運(yùn)算。

1.2 無(wú)線控制

控制部分[3]采用nRF24L01和STM32F103ZET6進(jìn)行信息交互，在進(jìn)行智能車控制的運(yùn)動(dòng)外，同時(shí)進(jìn)行采集設(shè)備的動(dòng)作控制。在進(jìn)行多數(shù)據(jù)交互時(shí)，可采用高頻通信設(shè)備，與PC端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在PC端搭建上位機(jī)，由上位機(jī)顯示所采集的信息，同時(shí)也可利用上位機(jī)對(duì)小車的實(shí)時(shí)PID調(diào)節(jié)，PID控制是目前在控制領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的閉環(huán)自動(dòng)反饋系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制參數(shù)容易設(shè)置，比其他控制器更為成熟。

2? 智能車的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 MCU的最小系統(tǒng)原理圖

該課題設(shè)計(jì)主控芯片采用STM32F103ZET6芯片，讓STM32F103ZET6芯片正常工作還需要一些外圍電路，主要是電源電路和外部時(shí)鐘電路。該課題設(shè)計(jì)采用5V供電;外部時(shí)鐘晶振電路采用8MHz晶振，后使用軟件倍頻至72MHz。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

該設(shè)計(jì)采用四輪驅(qū)動(dòng)，使用到了2個(gè)L298n驅(qū)動(dòng)，分別控制兩個(gè)對(duì)應(yīng)的電機(jī)，雙H橋設(shè)計(jì)，通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制，輸出PWM波進(jìn)行電機(jī)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)。

2.3 設(shè)備采集端口

在芯片中提前燒入待組配的設(shè)備程序，在組裝對(duì)應(yīng)設(shè)備時(shí)直接調(diào)用該程序，將其控制芯片端口引出，封裝成塊，作為待定設(shè)備使用端口，極大地豐富了設(shè)備多樣性。

3? 四軸飛行器的程序設(shè)計(jì)

3.1 智能車控制設(shè)計(jì)

智能車采用四輪驅(qū)動(dòng)，需要給電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)送8個(gè)觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)功能。其功能實(shí)現(xiàn)的程序發(fā)射端程序流程如圖1所示。

3.2 智能車平臺(tái)設(shè)備控制設(shè)計(jì)

設(shè)備操作是設(shè)計(jì)的上層應(yīng)用層，該設(shè)計(jì)采用匿名數(shù)傳模塊進(jìn)行設(shè)備和PC端上位機(jī)之間信息交互，在PC端進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控。

4? 結(jié)語(yǔ)

該文研究并設(shè)計(jì)了以STM32F103為控制核心的智能探測(cè)車平臺(tái)，以此平臺(tái)為探測(cè)平臺(tái)基礎(chǔ)，搭建信息采集系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)以nRF24L01模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，PC端上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，經(jīng)測(cè)試表明，系統(tǒng)穩(wěn)定，制造成本低，數(shù)據(jù)采集精確且針對(duì)各種環(huán)境能及時(shí)搭建所需設(shè)備，大大節(jié)省平臺(tái)搭建時(shí)間，針對(duì)性強(qiáng)，同時(shí)相較于固定不可拆卸的智能車平臺(tái)在針對(duì)不同環(huán)境時(shí)大大減輕了不必要的負(fù)載，最大化利用了智能車平臺(tái)的有限空間，使之更好地運(yùn)行探測(cè)采集工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 周柱.基于STM32的智能小車研究[D].西南交通大學(xué)，2011.

[2] 王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)：基于ARM微處理器與μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[3] 勾慧蘭，劉光超.基于STM32的最小系統(tǒng)及串口通信的實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2012，25（9）：30-32.