基于STM32的智能小车设计
周柱，孟文，田环宇
【摘 要】摘要:介绍了基于STM32F103C08芯片的智能小车硬件和软件系统设计。智能小车应用超声波传感器和红外光电传感器采集外部障碍信息；使用左、右两侧电动机的差速驱动实现转向；采用光电编码器测量实时转速；避障控制采用模糊控制算法；外部通信拓展了无线和有线两种方式。软件使用模块化设计，方便进行后续更新和升级。该智能小车可以作为对智能车辆进一步研究的平台。
【期刊名称】技术与市场 【年(卷),期】2011(018)006 【总页数】3
【关键词】STM32；智能小车；模糊控制；外部通讯
0 引言
智能小车是能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的复杂环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。它的系统设计是以汽车电子为背景，涵盖机械、电子技术、传感器技术、控制等多学科的创意设计。本设计采用意法半导体公司的STM32F103C08芯片作为主控制芯片，该芯片具有先进的内核结构、优秀的功耗控制、性能出众而且功能创新的片上外设、高度的集成整合、易于开发等特点，适宜作为小车的主控制芯片。
1 智能小车控制系统设计
智能小车采用差速驱动式的四轮轮式机构作为小车的机械结构，驱动电机选用额定电压12 V，额定功率5 W的直流电机。智能小车控制系统具备了障碍物
检测、自主定位、自主避障、外部通讯扩展等功能。相应的控制系统模块主要包括：电源模块、微控制器模块、障碍物检测模块、电机驱动模块、速度检测模块、CAN总线通信模块，无线通信模块等部分。系统总体框图如图1所示。 1.1 电源系统设计
本文设计的智能小车,其能耗主要为控制电路和电机驱动电路两部分。其中控制电路部分使用+3.3 V和+5 V直流供电，驱动电机部分使用+12 V直流供电。因此设计选用10节1.2 V，4 500 mAh的锂电池串联作为系统的供电电源，+12 V的电压可以直接由电池组得到，控制电路部分所需的+5 V电压通过三端稳压块7805转换得到。而主控制器所需的+3.3 V，需通过低压差电压调节芯片LM1117转换+5 V电压得到。 1.2 微控制器模块设计
系统采用STM32F103C08作为控制系统的主控制器。它的模块电路设计主要为主控制器添加电源电路、晶振电路、复位电路以及JTAG电路。其最小系统电路图如图2所示，图3为JTAG电路： 1.3 障碍物检测模块设计
模块使用超声波传感器和红外光电传感器对前方障碍物信息进行检测。超声波传感器采用HC-SR04超声波测距模块，此测距模块可提供2～400 cm的非接触式距离感测功能。其测距精度可达到3 cm。它与外界相连接的四个端口分别为Vcc，GND，TRIG，ECHO。其工作原理为主控制器提供一个10 μs以上脉冲触发信号到TRIG端，该模块内部将发出8个周期为40 kHz电平并检验回波，一旦检测有回波信号ECHO端则输出回响信号，在主控制器端产生中断。通过主控制器内部通用定时器计算发出触发信号到收到回响信号的时间间隔，
从而可确定障碍物的距离。红外光电传感器选用的是Arduino数字型红外开关。使用时设定其探测距离为70 cm，传感器正常状态下输出高电平，检测到障碍物目标输出低电平。 1.4 电机驱动模块设计
智能小车的驱动轮分别使用两个直流电机单独驱动，由主控制器内部的通用定时器产生两路PWM信号输出控制两个驱动电机的转速。因直流电机工作所需的电压、电流较大，且转动方向的改变需要通过调整所加电压极性来实现。因此，必须通过专门的电机驱动电路来进行控制。系统使用意法半导体公司的L293D专用电机驱动芯片作为小车左、右驱动轮的直流电机的核心功率模块。 L293D为四重推挽驱动电路，可驱动2个直流电机。EN为电机使能端。使用主控制器通用计时器输出二路PWM信号给EN端。当EN端输入为高电平的时候，电机处于使能状态，当EN端输入为低电平时，电机就停止。另外使用四个I/O引脚与L293D的INPUT1,2,3,4引脚相连，用于改变电机的转速和方向。OUT1和OUT2分别与两个电机的输入端相连，可带动电机转动。 1.5 速度检测模块设计
智能小车的两个驱动轮上加装增量光电编码器，随被测轴一起转动，在轴旋转一周中编码器在固定位置上产生一个脉冲，通过检测单位时间的脉冲数，即可确认电机的转速。速度检测采用M/T测速法，也称为频率/周期法，即同时测量时间以及在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数得到转速。 1.6 通信扩展模块设计
主控制器STM32F103C有各种通信外围接口可供扩展，包括USART、CAN、I2C、SPI和USB。本文设计的通信扩展主要分为有线和无线两部分。有线通信
基于STM32的智能小车设计
