stm32智能小车设计

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STMCU小助手发布时间：2022-9-3 15:17

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文章简介:	stm32智能小车设计

历时两周，总算把小车弄好了，总体上来说做的太慢了。自己在32的学习中还不够仔细深入，只是浅面的学习，当真正做一个项目时，暴露的问题就太多了。这次在小车的制作的过程中，遇到了各种各样的问题，软件，硬件，各式各样的问题迎面而来，真的好几次心态崩了。不过还好小车这个项目不只是我一个人在搞，组里的其他成员也在一直在考虑问题，想办法，不断地解决解决，总归小车终于做好了，下面是小车完成图：

是有点灵魂接线（·<·）。

模块清单

stm32f103C8T6开发板
HC-SR04超声波测距模块X3
TB6612FNG 电机驱动模块X2
HC-05主从一体无线蓝牙模块X1
智能小车底盘 4WD小车循迹/避障小车底盘X1
LM2596S DC-DC降压电源模块X1
电源模块3.3V 5V 12V多路输出电压转换模块DC-DC 12V转3.3V 5V X1
12V电池X1
杜邦线 Xn
转串口模块X1
ST-linkX1
面包板X1

完成功能

超声波避障
蓝牙控制
走矩形

各个模块就不再介绍了，具体介绍大家可以自行百度或者看一下我的前几篇Arduino智能小车博客，里面有简单的介绍。

那么，开始吧。

准备工作

1.首先配置好keil5 c8t6模板（温馨提示：多看看模板的核心驱动，包括sys.h delay.h usart.h等，这些核心文件一定要保证准确无误！）

2.了解开发板和确保开发板无误
3.熟悉怎么用转串口模块和st-link将驱动下载到开发板上。

下图示为c8t6开发板的引脚图

1.超声波避障功能

我们设计的思路如下，用三个超声波来避障。为什么用三个超声波呢？我们想的是如果用舵机的话，小车在行进过程中并不好判断，只能将车停下，舵机转动来检测哪个方向无障碍物，而用3个超声波不仅可以在行进中判断，也可以让小车没有停下的动作，显得整个过程比较流畅。这就是我们使用三个超声波的原因了。

我们使用的是定时器二的通道一，通道二，通道三来进行输入捕获的，那么，第一个问题就来了。

我们在写超声波代码时，用一个超声波先测试，发现超声波测试的并没有问题，串口显示的数据也并没有问题。但是，但是，在用三个超声波同时测试是，却发现数据显示的总有问题，输出的数据总是毫无规律，且数字都非常大，我们就在想是什么问题。

下面是三个超声波控制的代码：

//main.c
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "dianji.h"
#include "hcsr.h"
u32 DIS_Init(u8 STA,u16 VAL)
{
u32 temp;
u32 lenth;
if((*STA)&0X80)//成功捕获到了一次高电平
{
temp=STA&0X3F;
temp*=65536; //溢出时间总和
temp+=VAL; //得到总的高电平时间
lenth=temp*0.017; //计算长度
STA=0; //开启下一次捕获
}
return lenth;
}
extern u8 TIM2CH2_CAPTURE_STA; //输入捕获状态
extern u16 TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
extern u8 TIM2CH3_CAPTURE_STA; //输入捕获状态
extern u16 TIM2CH3_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
extern u8 TIM2CH4_CAPTURE_STA; //输入捕获状态
extern u16 TIM2CH4_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
int main(void)
{
u32 temp=0;
u32 length1;
u32 length2;
u32 length3;
Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
delay_init(72); //延时初始化
uart_init(72,9600); //串口初始化 //初始化与LED连接的硬件接口
TIM_PWM1_Init();//10000-1,36-1);//不分频。PWM频率=72M/(0.036M)=2Khz
Echo1=0;
Echo2=0;
Echo3=0;
HCSR04_Init(0XFFFF,72-1);//以1Mhz的频率计数
/*while(1)
{
}*/
while(1)
{
Echo3=1;
delay_us(20);
Echo3=0;
length1=DIS_Init(&TIM2CH4_CAPTURE_STA,TIM2CH4_CAPTURE_VAL);
delay_ms(1000);
Echo1=1;
delay_us(20);
Echo1=0;
length2=DIS_Init(&TIM2CH2_CAPTURE_STA,TIM2CH2_CAPTURE_VAL);
delay_ms(1000);
Echo2=1;
delay_us(20);
Echo2=0;
length3=DIS_Init(&TIM2CH3_CAPTURE_STA,TIM2CH3_CAPTURE_VAL);
printf("%d %d %d\r\n",length1,length2,length3);
// GO();
delay_ms(500);
}
}
hcsr.c
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "hcsr.h"
void HCSR04_Init(u16 arr,u16 psc)
{
RCC->APB1ENR|=1<<0; //TIM2时钟使能
RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA时钟
RCC->APB2ENR|=1<<3; //使能PORTB时钟
GPIOA->CRL&=0XFFFF000F;//PA1 清除之前设置
GPIOA->CRL|=0X00008880;//PA1输入
// GPIOA->ODR|=0<<0;
GPIOA->ODR|=0<<1; //PA1下拉
GPIOA->ODR|=0<<2;
GPIOA->ODR|=0<<3;
GPIOB->CRL&=0X000FFFFF;//PB7清除之前设置
GPIOB->CRL|=0X33300000;//PB7推挽输出
GPIOB->ODR|=1<<7; //PB7 输出高
GPIOB->ODR|=1<<6;
GPIOB->ODR|=1<<5;
TIM2->ARR=arr; //设定计数器自动重装值
TIM2->PSC=psc; //预分频器
TIM2->CCMR1|=1<<8; //CC2S=01 选择输入端IC1映射到TI1
TIM2->CCMR1|=1<<12; //IC2F=0001 配置滤波器以Fck_int采样，两个事件后有效
TIM2->CCMR1|=0<<10; //IC2PS=00 配置输入分频，不分频
TIM2->CCER|=0<<5; //CC2P=0 上升沿捕获
TIM2->CCER|=1<<4; //CC2E=1 允许捕获计数器的值到捕获寄存器中
TIM2->CCMR2|=1<<0; //CC2S=01 选择输入端IC1映射到TI1
TIM2->CCMR2|=1<<4; //IC2F=0001 配置滤波器以Fck_int采样，两个事件后有效
TIM2->CCMR2|=0<<2; //IC2PS=00 配置输入分频，不分频
TIM2->CCER|=0<<9; //CC2P=0 上升沿捕获
TIM2->CCER|=1<<8; //CC2E=1 允许捕获计数器的值到捕获寄存器中
TIM2->CCMR2|=1<<8; //CC2S=01 选择输入端IC1映射到TI1
TIM2->CCMR2|=1<<12; //IC2F=0001 配置滤波器以Fck_int采样，两个事件后有效
TIM2->CCMR2|=0<<10; //IC2PS=00 配置输入分频，不分频
TIM2->CCER|=0<<13; //CC2P=0 上升沿捕获
TIM2->CCER|=1<<12; //CC2E=1 允许捕获计数器的值到捕获寄存器中
TIM2->DIER|=1<<2; //允许捕获中断
TIM2->DIER|=1<<3; //允许捕获中断
TIM2->DIER|=1<<4; //允许捕获中断
TIM2->DIER|=1<<0; //允许更新中断
//TIM2->CR1|=0X01; //使能定时器2
MY_NVIC_Init(2,0,TIM2_IRQn,2);//抢占2，子优先级0，组2
}
u8 TIM2CH1_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u16 TIM2CH1_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
u8 TIM2CH2_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u16 TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
u8 TIM2CH3_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u16 TIM2CH3_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
u8 TIM2CH4_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u16 TIM2CH4_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
//定时器2中断服务程序
void TIM2_IRQHandler(void)
{
u16 tsr;
tsr=TIM2->SR;
if((TIM2CH4_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
if(tsr&0X01)//溢出
{
if(TIM2CH4_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
{
if((TIM2CH4_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
{
TIM2CH4_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
TIM2CH4_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
}else TIM2CH4_CAPTURE_STA++;
}
}
if(tsr&0x10)//捕获1发生捕获事件
{
if(TIM2CH4_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{
TIM2CH4_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次高电平脉宽
TIM2CH4_CAPTURE_VAL=TIM2->CCR4;//获取当前的捕获值
TIM2->CCER&=~(1<<13); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
}else //还未开始，第一次捕获上升沿
{
TIM2CH4_CAPTURE_VAL=0;
TIM2CH4_CAPTURE_STA=0X40; //标记捕获到了上升沿
TIM2->CNT=0; //计数器清空
// TIM2CH4_CAPTURE_VAL=TIM2->CCR4;
TIM2->CCER|=1<<13; //CC1P=1 设置为下降沿捕获
TIM2->CR1|=0x01;
}
}
}
if((TIM2CH2_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
if(tsr&0X01)//溢出
{
if(TIM2CH2_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
{
if((TIM2CH2_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
{
TIM2CH2_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
TIM2CH2_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
}else TIM2CH2_CAPTURE_STA++;
}
}
if(tsr&0x04)//捕获1发生捕获事件
{
if(TIM2CH2_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{
TIM2CH2_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次高电平脉宽
TIM2CH2_CAPTURE_VAL=TIM2->CCR2;//获取当前的捕获值
TIM2->CCER&=~(1<<5); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
}else //还未开始，第一次捕获上升沿
{
TIM2CH2_CAPTURE_VAL=0;
TIM2CH2_CAPTURE_STA=0X40; //标记捕获到了上升沿
TIM2->CNT=0; //计数器清空
TIM2->CCER|=1<<5; //CC1P=1 设置为下降沿捕获
TIM2->CR1|=0x01;
}
}
}
if((TIM2CH3_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
if(tsr&0X01)//溢出
{
if(TIM2CH3_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
{
if((TIM2CH3_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
{
TIM2CH3_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
TIM2CH3_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
}else TIM2CH3_CAPTURE_STA++;
}
}
if(tsr&0x08)//捕获1发生捕获事件
{
if(TIM2CH3_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{
TIM2CH3_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次高电平脉宽
TIM2CH3_CAPTURE_VAL=TIM2->CCR3;//获取当前的捕获值
TIM2->CCER&=~(1<<9); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
}else //还未开始，第一次捕获上升沿
{
TIM2CH3_CAPTURE_VAL=0;
TIM2CH3_CAPTURE_STA=0X40; //标记捕获到了上升沿
TIM2->CNT=0;
// TIM2CH3_CAPTURE_VAL=TIM2->CCR3; //计数器清空
TIM2->CCER|=1<<9; //CC1P=1 设置为下降沿捕获
TIM2->CR1|=0x01;
}
}
}
TIM2->SR=0;//清除中断标志位
}
hcsr.h
#ifndef __HSCR04_H
#define __HSCR04_H
#include "sys.h"
#define Echo1 PBout(7) // PB7
#define Echo2 PBout(6) // PB7
#define Echo3 PBout(5) // PB7
void HCSR04_Init(u16 arr,u16 psc);
#endif

复制代码

最后发现，输入捕获代码中，中断服务函数中，TIM2->CNT不能清零，因为初始化中，用的是同一个定时器的通道2,3,4。如果每一次中断函数的某个通道函数将TIM2->CNT清0，那么其他通道的记录的TIM2->CNT的值就发生变化，从而导致了各种各样的情况。

问题二就是从串口读取数据，当时挺崩溃的。首先是keil5模板问题，当时串口怎么都显示不出来数据，我们当时都很疑惑。一直反复的看代码，考虑各种情况，但还是显示不出来数据。一开始我们以为是超声波接受的反馈的数据不满足某个条件，所以没有显示。到后面查来查去，又在想是开发板并没有给电压？超声波集体歇B？最终发现，usart.c文件写的串口不是我们接线串口所对应的。当时心态挺炸的，改了之后终于可以测试数据了。

问题三是我们在没接电机驱动之前，超声波接收的数据无论准不准确，最起码能接收到，可是接了电机驱动却发现每次返回的值都是0。我们当时并没有找到原因，又在猜想是不是电机用到的定时器对超声波的定时器有影响？又在想是不是外部电子设备把信号影响了？又在想各种各样的问题？

最终解决的方法是，串口模块给的电压不够。（我也不知道这样形容的对不对，但感觉就是），为什么这样说呢？

当时一开始我想的是，超声波的模块在用转串口模块给其供电时，是不是超声波模块的VCC和GND引脚并没有电压，从而导致信号发射不出去。于是我用万用表测试两侧电压，发现是5V没错。又在想是不是发出信号并没有发去，于是我让TRIG引脚一直为1，测试TRIG电压发现为2.6v左右。在此之后，我又用12v的电池降压给开发板供电，发现TRIG电压为3.3V左右。我想验证，是不是电压问题而导致的接收数据为零。所以我想用电池给开发板供电，然后打开串口监视器看数据。但是要想启用串口监视器，必须要用串口给开发板供电。最后我们选用了蓝牙模块，从手机的接收器来观察数据。终于，果然是电压的问题，数据成功出现了！！！（哭了）

2.用PWM调控电机速度

这一过程能稍微简单一些，就是一开始还是电压的问题，四个轮子根本带不起来。反复查看代码后并没有太多问题，可是轮子还是不转，但是发现电机嗡嗡响，去掉一个电机后，将速度调大，发现两个轮子缓缓的动了。验证时，我们将轮子速度调小，发现轮子不转，证明了代码并无问题。

pwm控制部分代码：

#include "dianji.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
void TIM_PWM1_Init(u16 arr,u16 psc)
{
//此部分需手动修改IO口设置
RCC->APB1ENR|=1<<1; //TIM3时钟使能
RCC->APB2ENR|=1<<2; //GPIOA使能
RCC->APB2ENR|=1<<3; //GPIOB使能
RCC->APB2ENR|=1<<4;
GPIOA->CRL&=0X00FFFFFF; //PA（7）PA（6）做复用，PA（3）是BIN1 PA（4）BIN2 PA（5）STBY
GPIOA->CRL|=0XBB000000;
//GPIOA->ODR|=1<<7;
//GPIOA->ODR|=1<<6;
GPIOC->CRH&=0X000FFFFF;
GPIOC->CRH|=0X33300000;
GPIOB->CRL&=0XFFFFF000; //PB(0)是AIN1 PB(1)是AIN2
GPIOB->CRL|=0X00000333;
TIM3->ARR=arr; //设定计数器3自动重装值
TIM3->PSC=psc; //预分频器设置
TIM3->CCMR1|=6<<4; //CH1 PWM2模式
TIM3->CCMR1|=1<<3; //CH1预装载使能
TIM3->CCMR1|=6<<12; //CH2 PWM2模式
TIM3->CCMR1|=1<<11; //CH2预装载使能
TIM3->CCER|=1<<0; //OC1 输出使能
TIM3->CCER|=1<<4; //OC1 输出使能
// TIM3->BDTR|=1<<15; //MOE 主输出使能
TIM3->CR1=0x0080; //ARPE使能
TIM3->CR1|=0x01; //使能定时器3
RCC->APB2ENR|=1<<11; //TIM1定时器使能
GPIOA->CRH&=0XFFFF0FF0;
GPIOA->CRH|=0X0000B00B;
//GPIOA->ODR|=1<<8;
//GPIOA->ODR|=1<<11;
GPIOB->CRH&=0X0000FFFF;
GPIOB->CRH|=0X33330000;
TIM1->ARR=arr; //设定计数器自动重装值
TIM1->PSC=psc; //预分频器设置
TIM1->CCMR1|=6<<4; //CH1 PWM2模式
TIM1->CCMR1|=1<<3; //CH1预装载使能
TIM1->CCMR2|=6<<12; //CH4 PWM2模式
TIM1->CCMR2|=1<<11; //CH4预装载使能
TIM1->CCER|=1<<0; //OC1 输出使能
TIM1->CCER|=1<<12; //OC4 输出使能
TIM1->BDTR|=1<<15; //MOE 主输出使能
TIM1->CR1=0x0080; //ARPE使能
TIM1->CR1|=0x01; //使能定时器1
STBY=1;
STBY1=1;
}
void GO(u16 a,u16 b)
{
AIN1=0; //AIN1，BIN1，AIN2，BIN2控制轮子方向
AIN2=1;
BIN1=0;
BIN2=1;
AIN3=1;
AIN4=0;
BIN3=1;
BIN4=0;
TIM3->CCR1=a;//右上，控制速度
TIM3->CCR2=b;//左上
TIM1->CCR1=a;//右下
TIM1->CCR4=b;//左下
//delay_ms(2000);
}
void STOP(void)
{
AIN1=0;
AIN2=0;
BIN1=0;
BIN2=0;
AIN3=0;
AIN4=0;
BIN3=0;
BIN4=0;
}
void BACK(u16 a,u16 b)
{
AIN1=1;
AIN2=0;
BIN1=1;
BIN2=0;
AIN3=0;
AIN4=1;
BIN3=0;
BIN4=1;
TIM3->CCR1=a;//右上
TIM3->CCR2=b;//左上
TIM1->CCR1=a;//右下
TIM1->CCR4=b;//左下
// delay_ms(1000);
}
void RIGHT(u16 a,u16 b)
{
AIN1=1;
AIN2=0;
BIN1=0;
BIN2=1;
AIN3=0;
AIN4=1;
BIN3=1;
BIN4=0;
TIM3->CCR1=a;//右上
TIM3->CCR2=b;//左上
TIM1->CCR1=a;//右下
TIM1->CCR4=b;//左下
// delay_ms(1000);
}
void LEFT(u16 a,u16 b)
{
AIN1=0;
AIN2=1;
BIN1=1;
BIN2=0;
AIN3=1;
AIN4=0;
BIN3=0;
BIN4=1;
TIM3->CCR1=a;//右上
TIM3->CCR2=b;//左上
TIM1->CCR1=a;//右下
TIM1->CCR4=b;//左下
// delay_ms(1000);
}

复制代码

3.蓝牙控制

蓝牙控制这一内容是小伙伴写的，大概内容和串口一章内容相似，就是多做出了判断，即没通过蓝牙输入数据来改变小车此时的模式，在蓝牙控制模式下，也可以相对应用蓝牙控制小车的方向。我们用的仍是串口一来控制蓝牙，为什么这样做？一是方便，二是就如前面所说，电机和超声波的分压严重，在电脑上上的串口监视器得出的数据并不准确，所以还不如用蓝牙来看数据，于是我们直接用了串口一来和蓝牙连接。初始化问题并不需要要修改，直接调用uart（）函数即可，在中断控制代码下加入接收数据而触发的各种就好了。

蓝牙控制部分代码：

void USART1_IRQHandler(void)
{
char res;
if(USART1->SR&(1<<5))
{
res=USART1->DR;
printf("\r\n%d",res);
if(res==50) //输入2为前进
{
GO(300,300);
printf("\r\nGo Stright");
}
else if(res==56) //输入8为后退
{
BACK(300,300);
printf("\r\nGo Back");
}
else if(res== 52) //输入4为左转
{
LEFT(300,300);
printf("\r\nTurn Left");
}
else if(res==54) //输入6为右转
{
RIGHT(300,300);
printf("\r\nTurn Right");
}
else if(res==53) //输入5为停止
{
STOP();
printf("\r\nStop");
}
else if(res=='9') //进入超声波避障模式
{
opq=0;
}
}
}

复制代码

总的来说蓝牙控制这块并没有踩多少坑（大概这不是我写的吧^ _ ^，感谢小伙伴）

4.走矩形

走矩形功能也是小伙伴写的，设计思路大致是通过蓝牙输入长和宽，小车通过接受的数据进行矩形运动。在这唯一遇到的问题就是小车的速度问题和转向时间。这个是他们弄得，自我感觉还是很不好调的，因为要考虑电池可供电压，小车行驶的惯性，不同地面的摩擦程度等等。考虑的方面比较多，根据不同的情况可能还要修改小车的速度和转向时间。我们就是在光滑地砖上测得，摩擦力应该是比较小的。

走矩形代码：