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基于stm32的智能小车(远程控制、避障、循迹)

 大傻子的文渊阁 2023-12-08 发布于浙江

学完stm32，总是想做点东西“大显身手”一下，智能小车就成了首选项目，其核心只是就是PWM输出，I/O口引脚电平判断。

硬件清单

  • STM32C8T6核心板  一块
  • L298N电机驱动  两个
  • 2.4G无线通讯模块  一个
  • 红外壁障模块  两个
  • 红外循迹模块  两个
  • 电源转换模块  一个
  • 18650供电电池  两节
  • 带电机轮子的小车支架(自带tt电机)  一个
  • 电子产品专用胶  一支LED灯  若干

先让小车跑起来

我们在淘宝上买的那种智能小车底板都是自带tt电机的，不管我们用那种控制方式，首先要做的都是让电机先跑起来。

驱动一个电机转动

说到驱动电机，就不得不说一下L298N(电机驱动)了，为什么要说L298N呢？

当时我第一次用电机的时候，也很疑惑，为什么要用L298N，我电机是5v的，直接连上单片机IO口，让其输出高低电平不久能控制电机转动吗？？？？但其实是不是的，IO口确实能输出5V的电压，也确实是和电机的电压一样，但大家不要忽略IO口输出的电流，也就是驱动能力。IO口输出的电流太小了，根本带不动电机啊。。。。举个例子：“可以想象一下让一个小伙子去耕地，他肯定拉不动，但如果给他一头牛，就让小伙拿着小皮鞭赶牛，让牛去耕地，very  esay。”

而L298N的作用和刚刚说的“牛”的作用一样，，我们只需用单片机IO口控制L298N的工作，其他的脏活累活全让L298n去做，，好奸商的感觉  哈哈哈哈。

L298n电源接口的接线：

  • 电源12V正极→L298n正极

  • 电源12V负极、单片机GND→L298n的GND

  • L298n的5V输出→单片机的5V(用L298n产生的5V给单片机供电)

具体如何控制正反转及停止的：简单说IN1、IN2依次输出（0，1）正传，输出（1，1）反转，输出（1，1）制动。

那我们只需要输出不同电平就能驱动电机正反转了，但是为了控制电机的转速，不能单纯的输出1、0，可以用PWM控制，通过调整PWM的占空比，就能控制电机的转速。（很好理解吧，我们日常开私家车，也不是一脚踩足油门，一脚刹车踩到底，而是均匀的升速，或者均匀的降速）这就是PWM的功能。

控制小车前进、后退、左转、右转

刚刚已经了解了如何驱动一个电机的转动，那控制小车的前进方向，无非就是四个轮子搭配着运行。

前行：四个轮子都顺转

后退：四个轮子都逆转

左转：左侧两个轮子不动，右边两个轮子往前走。

右转：右侧两个轮子不动，左边两个轮子往前走。

四个电机，需要两个定时器TIM1、TIM4两个定时器产生两路PWM，一路PWM又有四个通道，一共8个通道，因为两个逻辑输入控制L298n的一个电机呀(这8路pwm输出都是连接到L298N的逻辑输入端)。

驱动程序代码

PWM.C

#include "timer_pwm.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
 
 
// TIM1_PWM输出初始化 
// TIM1_CH1 = PA8
// TIM1_CH2 = PA9
// TIM1_CH3 = PA10
// TIM1_CH4 = PA11
 
// TIM1_Reload_Num   = TIM1自动重装值
// TIM1_Frequency_Divide = 时钟预分频数
//-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
void TIM1_PWM_Init(void)
{  
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
 TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
 
 
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);   // 使能TIM1时钟 
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);     // 使能GPIOB时钟
   
    // 配置IO模式
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TIM1_CH1_GPIO_PIN | TIM1_CH2_GPIO_PIN | TIM1_CH3_GPIO_PIN | TIM1_CH4_GPIO_PIN; 
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;      // 复用推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
 GPIO_Init(TIM1_CH1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);       // 初始化PA8、PA9、PA10、PA11
 
 
   //初始化TIM1的计数模式、分频值、重装载值等
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TIM1_Reload_Num;      // 设置下一个更新事件后，装入自动重装载寄存器的值
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =TIM1_Frequency_Divide;  // 设置TIM3时钟预分频值 
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;          // 设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式
 TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);        // 根据参数初始化TIM1
 
  //初始化TIM1_CH1-4的PWM
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;        // 选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 比较输出使能
 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputState_Disable; // 比较输出N不使能
 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;        
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    // 输出极性:TIM输出比较极性高
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;    // 互补输出极性
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;    //在空闲时输出低
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset ;  //在空闲时互补输出低
 
 TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);        // 数初始化TIM1_OC1 
 TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);       // 数初始化TIM1_OC2
 TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);       // 数初始化TIM1_OC3
 TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);       // 数初始化TIM1_OC4
 
 
 TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE);          // 使能TIM1的自动重装载寄存器
 
 TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);           // 主输出使能
 
 TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);    // 使能TIM1在OC1上的预装载寄存器
 TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);   // 使能TIM1在OC2上的预装载寄存器
 TIM_OC3PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);   // 使能TIM1在OC3上的预装载寄存器
 TIM_OC4PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);   // 使能TIM1在OC4上的预装载寄存器
 
 TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);                 // 使能TIM1
 
}
 
 
 
//TIM3 PWM部分初始化 
//PWM输出初始化
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM4_PWM_Init(void)
{  
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
 TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
 
 
  //时钟配置
 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //使能定时器3时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
 
 
 
 // 配置IO模式
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TIM4_CH1_GPIO_PIN | TIM4_CH2_GPIO_PIN | TIM4_CH3_GPIO_PIN | TIM4_CH4_GPIO_PIN; //TIM_CH2
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
 GPIO_Init(TIM4_CH1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
 
 
 
   //初始化TIM4的计数模式、分频值、重装载值等
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TIM4_Reload_Num;      //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =TIM4_Frequency_Divide;  //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;          //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   //TIM向上计数模式
 TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);        //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
 
 
 
 //初始化TIM4_CH1-4的PWM  
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2(模式二：计数时当计数器值超过设定值时输出有效电平，低于时输出无效电平)
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高(高电平是有效电平，还是低电平是有效电平)
 
 TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); 
 TIM_OC2Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); 
 TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); 
 TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); 
 
  //TIM_OC2PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器(作用:当要改变占空比时，能否立马生效)
 
 TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);  //使能TIM3
}

PWM.h

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
#include "sys.h"
 
#define TIM1_Frequency_Divide 719  // TIM1时钟预分频值
#define TIM1_Reload_Num   99  // 自动重装载寄存器的值
 
#define TIM4_Frequency_Divide 719  // TIM1时钟预分频值
#define TIM4_Reload_Num   99  // 自动重装载寄存器的值
 
 
//左前电机
#define TIM1_CH1_GPIO_PIN       GPIO_Pin_8
#define TIM1_CH1_GPIO_PORT      GPIOA
#define TIM1_CH1_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOA
 
#define TIM1_CH2_GPIO_PIN       GPIO_Pin_9
#define TIM1_CH2_GPIO_PORT      GPIOA
#define TIM1_CH2_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOA
 
//左后电机
#define TIM1_CH3_GPIO_PIN       GPIO_Pin_10
#define TIM1_CH3_GPIO_PORT      GPIOA
#define TIM1_CH3_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOA
 
#define TIM1_CH4_GPIO_PIN       GPIO_Pin_11
#define TIM1_CH4_GPIO_PORT      GPIOA
#define TIM1_CH4_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOA
 
 
 
//右前电机
#define TIM4_CH1_GPIO_PIN       GPIO_Pin_6
#define TIM4_CH1_GPIO_PORT      GPIOB
#define TIM4_CH1_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOB
 
#define TIM4_CH2_GPIO_PIN       GPIO_Pin_7
#define TIM4_CH2_GPIO_PORT      GPIOB
#define TIM4_CH2_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOB
 
//右后电机
#define TIM4_CH3_GPIO_PIN       GPIO_Pin_8
#define TIM4_CH3_GPIO_PORT      GPIOB
#define TIM4_CH3_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOB
 
#define TIM4_CH4_GPIO_PIN       GPIO_Pin_9
#define TIM4_CH4_GPIO_PORT      GPIOB
#define TIM4_CH4_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOB
 
 
void TIM1_PWM_Init(void);
void TIM4_PWM_Init(void);
#endif

红外循迹

本项目采用三个红外循迹模块。

其原理很简单，未碰到黑线(接收到红外光)：对应状态 = 0碰到黑线(未接收到红外光)：对应状态 = 1

也就是说，正常沿着黑线行驶，循迹模块输出高电平。当偏离黑线时，循迹模块输出低电平。我们只需采集引脚电平，当左侧出现低电平时，让小车向右转一点调整一定的角度。当右侧出现低电平时，让小车向左转一点调整一定的角度。

trail.c（循迹）

#include "trail.h"
 
u8 S_Trail_Input = 0 ;  // 三个寻迹模块的返回值
 
 
// 红外寻迹初始化(将PB3、PB4、PB5初始化为上拉输入)
// Trail -- PB3
// Trai2 -- PB4
// Trai3 -- PB5
//----------------------------------------------------------------------------------------------
void Trail_Input_Init(void)
{
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 
 // 使能GPIOB端口时钟
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);   // GPIOB时钟使能
 
 //PB3、PB4默认设置JTCK引脚，释放为通用GPIO口
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);   // 复用时钟使能
 GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE);   // 将PB3、PB4释放为通用GPIO口
 
 // 寻迹：Trail--PB3、PB4、PB5端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; // Trail--PB3、PB4、PB5
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;      // 上拉输入
 //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    // 输入模式不需要设端口速度
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);       // 初始化PB3、PB4、PB5
 
}
//----------------------------------------------------------------------------------------------
 
 
// 黑线寻迹函数
// S_Trail_Input的低三位分别对应[PB5、PB4、PB3]的状态值
// 未碰到黑线(接收到红外光)：对应状态 = 0
// 碰到黑线(未接收到红外光)：对应状态 = 1
//----------------------------------------------------
void Trail_black_line(void)
{
 S_Trail_Input = 0 ;
 
 S_Trail_Input = (((u8)GPIOB->IDR) & 0x38)>>3;
}
//----------------------------------------------------
 

trail.h

#ifndef __TRAIL_H
#define __TRAIL_H
 
#include "stm32f10x.h"
 
 
// S_Trail_Input的低三位分别对应[PB5、PB4、PB3]的状态值
// 未碰到黑线(接收到红外光)：对应状态 = 0
// 碰到黑线(未接收到红外光)：对应状态 = 1
//-----------------------------------------------------
extern u8 S_Trail_Input ;  // 三个寻迹模块的返回值
//-----------------------------------------------------
 
 
// 黑线寻迹情况
//---------------------------------------------------------------------
#define  Not_Find_Black_Line    0x00 // 未发现黑线
#define  Middle_Find_Black_Line   0x02 // 中间发现黑线
#define  Left_Find_Black_Line   0x01 // 左侧发现黑线
#define  Left_Middle_Find_Black_Line  0x03 // 左中侧发现黑线
#define  Right_Find_Black_Line   0x04 // 右侧发现黑线
#define  Right_Middle_Find_Black_Line 0x06 // 右中侧发现黑线
 
#define  Left_Right_Find_Black_Line  0x05 // 左右侧发现黑线
 
#define  All_Find_Black_Line    0x07 // 全部发现黑线
//---------------------------------------------------------------------
 
 
void Trail_Input_Init(void);  // 红外寻迹初始化
 
void Trail_black_line(void);  // 黑线寻迹函数
 
 
#endif /* __TRAIL_H*/
 

红外避障

原理与红外循迹差不多，用了三个避障模块。

网上还有很多其他楼主，是用的一个舵机带动一个超声波避障模块做的，但是那种遇到障碍时，必须停下来，然后转动舵机 从而让超声波避障模块转动，测那边没有障碍，从而往那边走。

而我们这种设计不需要停下小车再去判断，在行使的过程中直接判断。

elude.c (避障)

#include "elude.h"
 
u8 S_Elude_Input = 0 ;  // 三个红外避障模块的返回值
 
 
// 红外避障初始化(将PA1、PA2、PA3初始化为上拉输入)
// Elude_左 -- PA1
// Elude_中 -- PA2
// Elude_右 -- PA3
//----------------------------------------------------------------------------------------------
void Elude_Input_Init(void)
{
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   // GPIOB时钟使能
 
 
 // 避障：Elude--PA1、PA2、PA3
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3; // Elude--PA1、PA2、PA3
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;      // 上拉输入
 //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    // 输入模式不需要设端口速度
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);       // 初始化PA1、PA2、PA3
 
}
//----------------------------------------------------------------------------------------------
 
 
// 红外避障检测函数
// S_Elude_Input的低三位分别对应[PA3、PA2、PA1]的状态值
// 未遇到障碍(未接收到红外光)：对应状态 = 1
// 遇到障碍(接收到红外光)：对应状态 = 0
//-------------------------------------------------------------
void Elude_detect_barrier(void)
{
 S_Elude_Input = 0 ;
 
 S_Elude_Input = (((u8)GPIOA->IDR) & 0x0E)>>1;
}
//-------------------------------------------------------------
 

elude.h

#ifndef __ELUDE_H
#define __ELUDE_H
 
#include "stm32f10x.h"
 
 
// S_Elude_Infrared_Input的低三位分别对应[PA3、PA2、PA1]的状态值
// 未遇到障碍(未接收到红外光)：对应状态 = 1
// 遇到障碍(接收到红外光)：对应状态 = 0
//--------------------------------------------------------------
extern u8 S_Elude_Input ;  // 三个避障模块的返回值
//--------------------------------------------------------------
 
 
// 红外避障情况
//-----------------------------------------------------------------
#define  Not_Find_Barrier   0x07 // 未发现障碍
#define  Middle_Find_Barrier   0x05 // 中间发现障碍
#define  Left_Find_Barrier   0x06 // 左边发现障碍
#define  Left_Middle_Find_Barrier 0x04 // 左中侧发现障碍
#define  Right_Find_Barrier   0x03 // 右边发现障碍
#define  Right_Middle_Find_Barrier 0x01 // 右中侧发现障碍
 
#define  Left_Right_Find_Barrier  0x05 // 左右测发现障碍
 
#define  All_Find_Barrier   0x00 // 全部发现障碍
//-----------------------------------------------------------------
 
 
void Elude_Input_Init(void);  // 红外避障初始化
 
void Elude_detect_barrier(void); // 红外避障检测函数
 
 
#endif /* __ELUDE_H*/
 

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