信号与信息处理综合应用设计（报告）题目：基于STM32智能循迹避障小车
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基于STM32智能循迹避障小车
摘要
以设计题目的要求为目的，采用stm32为控制核心，利用红外线传感器检测道路上的轨迹和超声波检测障碍，控制电动小车的自动循迹和避障，快慢速行驶，以及自动停车，整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。
采用的技术主要有：
（1）通过编程来控制小车的速度；
（2）传感器的有效应用；
（3）新型芯片的采用。
关键词：stm32芯片、PWM调速、电动小车、红外对管、循迹、避障、MDK（keil）软件
正文前言
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和市内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。指导教师已经有充分的准备。设计的智能电动小车具有自动寻迹、避障、可程控行驶速度。
根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加红外线传感器和超声波传感器，实现对电动车的速度、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至stm32进行处理，然后由stm32根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。
概述
别克英朗油耗本设计采用stm32为控制核心。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式
应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，STM32F系列有：
STM32F103“增强型”系列
STM32F101“基本型”系列
STM32F105、STM32F107“互联型”系列
增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，相当于0.5mA/MHz。
本次课程设计用的芯片为stm32f103ze型
内核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。
存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。
时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。上电复位（POR）、掉电复位（PDR）和可编程的电压探测器（PVD）。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振
荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。
低功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。
调试模式：串行调试（SWD）和JTAG接口。
初晓敏DMA：12通道DMA控制器。
支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。
小汽车方案设计及工作原理
根据题目的要求，有如下方案：
一调速系统
方案：脉宽调速系统。
PWM调速系统有下列优点：
（1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形好，电动机的损耗和发热都比较小。
（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。
（3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。
根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆PWM变换器进行调速。
脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。
脉宽调速也可通过stm32控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，本设计采用了可逆PWM变换器。可逆PWM变换器主电路的结构式有H型、T型等类型。我们在设计中采用了常用的双极式H型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。
二检测系统
检测系统主要实现光电检测，即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进行测量。
行车起始、终点及光线检测：
本系统采用反射式红外线光电传感器用于检测路面的起始、终点（黑线），玩具车底盘上沿黑线放置，以适应起始的记数开始和终点的停车的需要。
行车方向检测电路采用反射接收原理配置了一对红外线发射、接收传感器。该电路包括一个红外发光二极管、一个红外光敏三极管及其上拉电阻。红外发光二极管发射一定强度的红外线照射物体，红外光敏三极管在接收到反射回来的红外线后导通，发出一个电平跳变信号。此套红外光电传感器固定在底盘前沿，贴近地面。正常行驶时，发射管发射红外光照射地面，光线经白纸反射后被接收管接收，输出高电平信号；电动车经过黑线时，发射端发射的光线被黑线吸收，接收端接收不到反射光线，传感器输出低电平信号后送stm32进行处理，判断执行哪一种预先编制的程序来控制玩具车的行驶状态。前进时，驱动轮直流电机正转，进入减速区时，由单片机控制进行PWM变频调速，通过软件改变脉冲调宽波形的占空比，实现调速。最后经反接制动实现停车。前行与倒车控制电路的核心是桥式电路和继电器。电桥上设置有两组开关，一组常闭，另一组常开。方案设计流程图如下图所示：
各功能模块设计和仿真
1、电机模块
模块接口说明
+5V：芯片电压5V。
VCC：电机电压，最大可接50V。
GND：共地接法。
A-~D-：输出端，接电机。
A~D+ ：为步进电机公共端，模块上接了VCC。
EN1、EN2：高电平有效，EN1、EN2分别为 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端。
IN1~ IN4：输入端，输入端电平和输出端电平是对应的。
主程序代码如下：
void TIM3_PWM_Init(void)
{ GPIO_InitTypeDef GPIO_Initstrut;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitstrut;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitstrut;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph _GPIOA,ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
GPIO_Initstrut.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Initstrut.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;  //TIM3通道3、4
GPIO_Initstrut.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initstrut);
20万左右性价比高的车朋多GPIO_Initstrut.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;