基于STM32F103RBT6的智能小车设计

基于STM32F103RBT6的智能小车设计

卢 贶

【摘 要】［摘 要］ 智能小车是单片机原理和嵌入式系统等实践性课程常用的教学平台，目前常用的智能小车都是以MCS-51等传统单片机为核心处理器，不能完全满足目前的教学要求，本文采用32位Cortex-M3内核的STM32嵌入式处理器作为主控器，除了能实现智能小车循迹等基本功能以外，还具有扩展功能，可以提升教学效果。

【期刊名称】湖南工业职业技术学院学报 【年(卷),期】2018(018)005 【总页数】4

【关键词】［关键词］ STM32；智能小车；设计

［基金项目］2015年湖北省教育厅高等学校省级教学研究项目（鄂教高函[2016]1号）“MOOC模式在《单片机原理

及应用》课程中的应用及效果评价”（项目编号：2015504）

1 概述

在许多院校的单片机原理、嵌入式系统等实践型课程教学过程中，可选用的教学平台较多，不过智能小车以其生动、形象、直观的学习形式，得到学生和老师的喜欢。以智能小车作为教学案例，满足教学做一体化要求，涉及的知识面也较多，易于教学内容的开展。本文介绍基于STM32处理器的智能小车，该小车主要由主处理器、电机驱动、循迹电路、车体结构部件和其他等电路构成，小车工作时的功耗低[1]。

2 硬件设计

本设计采用32位Cortex-M3内核的STM32为主处理器，硬件电路结构框图如图1所示。

STM32处理器构成本智能小车的主要控制、检测、运算等功能，采用硬件电路模块化设计思路，把主处理器的GPIO端口引出，连接到通用导线连接器上，方便实践或实验课程中，让学生通过杜邦线等导线，把主处理器电路最小系统、电机驱动控制电路、循迹线电路模块、避障电路模块等连接起来，组成完整的智能小车系统。整个系统使用锂充电电池供电，可以降低使用和维护成本，同时保证智能小车在教学过程中的电能供给[2]。 2.1 主处理器介绍

主处理器型号为STM32F103RBT6，该处理器功耗低、性价比高、应用广泛，内部是32bit的CM3内核，运行速度快。片内闪存有60多K字节，RAM有20多K字节。具有Clock、Reset和电源管理电路，处理器运行电压可从2V到3.6V，具有多种复位保护措施。图2为智能小车主处理器电路图。 2.2 循迹传感器电路

智能小车的运行轨迹是沿着一定宽度的黑色线条运动，黑色线条与周围颜色的对比度大，本设计中采用红外光发射，并接收红外光的方式检测并识别黑线的相对位置。为了简化设计和提高可靠性，采用光电传感器成品模块，该光电传感器内部包含有红外发射和接收管。红外发射和接收电路检测黑色线条的原理示意图如图3所示。

基于以上原理，循迹检测电路工作过程是：发射管发送红外光，发射管发出的红外光强恒定，由于黑线与周围颜色对红外光的反射效果不一样，红外接收管检测到反射红外光的强度不一样，使流过红外接收管的电流强度出现变化，通

过电阻形式的电流转电压电路，将变化的电压值输入到STM32处理器的模数转换器端口，通过处理器芯片内部ADC转换后得到相应数字量，根据该数字量的不同分析黑色线条及周边情况。该电路结构简单，识别率高[2]。循迹检测电路如图4所示。

循迹传感器是将三路循迹检测电路一起使用，每个循迹检测电路光电发射和接收管之间的间隔约为黑线的宽度，这样可以确定智能小车与黑线的位置。 2.3 避障传感器

智能小车采用红外传感器检测障碍物及周围路线情况，通过对收集的路线情况进行处理，控制智能小车的左右两个电机，控制小车规避前方障碍物，实现小车避障功能。

避障功能是通过发光二极管通电后发射出红外光，碰到障碍物后，红外光被遮住或者有部分红外光被反射回来，红外接收二极管接收反射回的光线，得到相应的电信号，处理器根据收到的电信号进行处理。只要障碍物体能遮住或反射红外光线，即可被检测到。只要能反射红外光线的物体，都可以被检测出来。智能小车上使用的是常开反射型红外传感器，使用3.3V工作电源，输出信号为0、1开关量，开关量高电平为3.3V电压，可以直接和STM32处理器相连，有效探测距离是60厘米[3]。 2.4 电机驱动模块

电机驱动电路选用常见的H桥式电路形式，智能小车左右两组电机分别串联，为了灵活操纵小车方向，左右两组电机独立控制，分别对应左右两路H桥式电路，如图5所示。

M1A、M1B、M2A、M2B 是控制电机的四路信号，S1、S2是控制电机转速