作者：車
郵箱：692604135@qq.com
學(xué)校：西安工程大學(xué)碩士研究生
方向：機(jī)器視覺、圖像分割、深度學(xué)習(xí)

1. 硬件設(shè)計(jì)–灰度循跡模塊電路設(shè)計(jì)

• 灰度循跡傳感器是主要用于小車沿黑色賽道循跡的傳感器。
• 灰度傳感器利用不同顏色的檢測面對光的反射程度不同，灰度感應(yīng)接收管對不同檢測面返回的光，其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測。
• 灰度傳感器LED狀態(tài)指示，傳感器的管子照到灰度值較高的，輸出電平由高變低，對應(yīng)LED亮。此種輸出方式為數(shù)字輸出，即1或0輸出。

2. 軟件設(shè)計(jì)–循跡程序設(shè)計(jì)

• 循跡模塊的設(shè)計(jì)就是要完成小車沿黑線的循跡。在循跡的過程中，要用L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動直流電機(jī)進(jìn)行前進(jìn)、后退停止操作；并且要通過兩個輪子的差速進(jìn)行左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向動作。
• L298N驅(qū)動板可驅(qū)動2路直流電機(jī)，使能端ENA、ENB為高電平時有效，控制方式及直流電機(jī)狀態(tài)表如下表所示。

在灰度巡檢模塊的設(shè)計(jì)中，需要通過根據(jù)R、M、L三個引腳反饋給主控板數(shù)字信號0或1，對小車做出相應(yīng)的操作。對應(yīng)的邏輯關(guān)系如下表所示。

執(zhí)行一次循跡程序的流程圖如下圖所示。

下圖(a)~(f)是模擬的灰度巡線傳感器在循跡過程中的幾種情況，模擬的灰度巡線模塊也代表了小車的方向。

循跡模塊配了三個GPIO_Input引腳，分別命名為L_Pin、M_Pin、R_Pin引腳，分別與主控板的PE11、PE12、PD10引腳相連。

循跡程序設(shè)計(jì)的部分代碼如下：

if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,R_Pin))//讀取R_Pin的值；
dir = dir | 1;//把R_Pin的值放在dir第八位；
else  dir = dir & 0xFE;//給R_Pin置零；
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,M_Pin))//讀取M_Pin的值；
dir = dir | 2;//把M_Pin的值放在dir第七位；
else  dir = dir & 0xFD;//給M_Pin置零；
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD,L_Pin))//讀取L_Pin的值；
dir = dir | 4;//把L_Pin的值放在dir第六位；
else  dir = dir & 0xFB;//給L_Pin置零；
case 0: LEFT();   //左轉(zhuǎn)；
case 1: RIGHT();  //右轉(zhuǎn)；
case 2: GO();     //直行；
case 5: STOP();	  //停止。	

在循跡的過程中，需要用到很多控制函數(shù)：直行GO函數(shù)、停止STOP函數(shù)、左轉(zhuǎn)LEFT函數(shù)、右轉(zhuǎn)RIGHT函數(shù)。舉例左轉(zhuǎn)函數(shù)如下。

左轉(zhuǎn)LEFT()函數(shù)部分代碼如下：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN1_Pin|IN4_Pin, GPIO_PIN_RESET);
//給IN1_Pin、IN4_Pin引腳賦值0；
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN2_Pin|IN3_Pin, GPIO_PIN_SET);
//給IN2_Pin、IN3_Pin引腳賦值1；
HAL_Delay(5);//延遲5ms，使電機(jī)受到的損傷更小。	

3. 燒錄程序

3.1 編寫各部分代碼

在Keil ARM中寫程序的時候，由于一些初始化和配置在STM32CubeMX的原因，必須在BEGIN和END之間寫代碼，如圖所示。如果寫錯地方，代碼在點(diǎn)擊編譯Rebuild之后就會被吞噬。

3.2 配置所用到的主芯片（STM32F407VET6）

點(diǎn)擊Options for Target，在Device里選擇用到的主芯片，本設(shè)計(jì)里用到的主芯片是STM32F407VET6,所以在這里選擇STM32F407VETx，點(diǎn)擊OK。

3.3 配置仿真器ST-Link

• 選擇完器件之后，繼續(xù)選擇Options for Target的Debug，選擇Use并且根據(jù)自己的仿真器選擇ST-Link Debugger。
• 點(diǎn)擊ST-Link Debugger右邊的setings，左邊一列自動選擇了ST-LINK/V2
• 如果可以識別到仿真器，那么SW Devive會出現(xiàn)0x2BA01447 ARM CoreSight SW-DP(ARM Core)，然后點(diǎn)擊確定，

仿真器配置成功。演示如圖所示。

3.4 添加Flash

選擇Options for Target的Utilities頁面的Settings，然后點(diǎn)擊Settings頁面里面的Add，選擇512k的STM32F4xx 512kB Flash。然后點(diǎn)擊確定，這時候會返回上一頁面，點(diǎn)擊這個界面的OK。演示如圖所示。

3.5 編譯代碼

• 如果編譯后有問題，那么可以去Build Output窗口中看出現(xiàn)的錯誤，并根據(jù)出現(xiàn)錯誤的行提示和關(guān)鍵字提示去修改代碼，修改完成后繼續(xù)保存下載編譯代碼，直至沒有出現(xiàn)錯誤為止；
• 如果編譯后沒有錯誤，Build Output會顯示0 Error(s)，工程文件編譯成功。
  

3.6下載程序

將ST-LINK仿真器一端插進(jìn)STM32的SWD接口，另一端與電腦相連，這時候紅燈亮起，下載時實(shí)物連接圖如圖所示。

點(diǎn)擊Keil ARM軟件中的LOAD，下載時，仿真器會紅黃燈交叉閃爍。如圖所示。

工程文件下載成功后,Build Output窗口會顯示Programming Done、Verify OK、Flash Load Finished，表示下載完成，工程文件下載成功如圖所示。

工程文件下載完成之后，就可以給STM32主控板和L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊上電。

4. 測試

4.1 直流電機(jī)驅(qū)動模塊測試

4.1.1 前進(jìn)、后退和停止

在直流電機(jī)驅(qū)動模塊的測試中，需要給IN1-IN4引腳賦值高、低電平，確保直流電機(jī)會正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及制動。首先給STM32主控板和L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊通電。

STM32供電實(shí)物展示

L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊通電后實(shí)物展示

在這里，直接給IN1~IN4引腳賦值高、低電平來驅(qū)動小車前進(jìn)、后退以及停止。

• 代碼中給IN1~IN4引腳賦值RESET(0)、SET(1)、RESET(0)、SET(1)；小車可以前進(jìn)。

• 給IN1-IN4引腳賦值SET(1)、RESET(0)、SET(1)、RESET(0)；小車可以后退。

4.1.2 左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)

STM32主控板輸出兩路PWM波形到L298N電機(jī)驅(qū)動模塊的ENA和ENB使能端口，通過調(diào)節(jié)兩路PWM波形占空比以此控制小車的車速。用示波器來顯示測得的占空比的大小和輸出頻率的大小。示波器與STM32的連接實(shí)物圖如圖所示。

1. 當(dāng)兩個脈沖為Pulse=320，根據(jù)公式計(jì)算占空比為59.9%輸出的兩路PWM波的占空比=60.00%，頻率=10.00kHz。輸出的PWM波用示波器顯示如圖所示。
   

2. 當(dāng)脈沖1為Pulse=320，脈沖2為Pulse=479，兩路PWM波的占空比為59.9%和49.9%。輸出的兩路PWM波的占空比分別為60.00%和40.00%。這時，小車右轉(zhuǎn)。
   

3. 當(dāng)脈沖1為Pulse=479，脈沖2為Pulse=320，輸出的兩路PWM波的占空比分別為40.00%和60.00%。輸出的PWM波用示波器顯示如圖所示。這時，小車左轉(zhuǎn)。
   

4.2 灰度循跡模塊測試

設(shè)計(jì)了一個橢圓形環(huán)道的循跡。循跡賽道如圖所示。

在灰度循跡模塊的測試中，需要先編寫這一模塊的代碼，然后根據(jù)前面的步驟下載、編譯代碼，給STM32上電、下載工程文件。這時候，給STM32和L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊上電，然后把小車放在賽道上，讓其進(jìn)行循跡。正常情況如圖所示，這時灰度傳感器的返回值為010，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車直行。

小車在循跡過程中會一直進(jìn)行調(diào)整，圖5-23小車循跡過程中偏右，這時灰度傳感器的返回值為110，右電機(jī)正轉(zhuǎn)，左電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車進(jìn)行左轉(zhuǎn)；圖5-23小車偏左的，這時灰度傳感器的返回值為001，左電機(jī)正轉(zhuǎn)，右電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車進(jìn)行右轉(zhuǎn)操作。

(經(jīng)過多次反復(fù)測試，小車在彎度比較大的賽道上難以進(jìn)行循跡。原因本次實(shí)驗(yàn)使用的小車是沒有轉(zhuǎn)向功能的小車，必須通過兩個輪子進(jìn)行差速轉(zhuǎn)彎。當(dāng)彎度太大時，小車還沒反應(yīng)過來，就已經(jīng)沖出賽道了，還有就是小車的車體比較重，轉(zhuǎn)彎原本就需要更大的動力。所以此實(shí)驗(yàn)中不能在彎度較大的賽道上循跡。)

5. 結(jié)論

測試結(jié)果表明，小車可以在彎度比較平緩的賽道上進(jìn)行循跡。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-470379.html

到了這里，關(guān)于基于STM32的智能巡檢小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)--循跡模塊設(shè)計(jì)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！