遥控智能小车课程设计.docx
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遥控智能小车课程设计
《嵌入式系统原理》
课程设计说明书
题目：
遥控智能小车
院（系）：
计算机与电子系
专业班级：
电子科学与技术0902班
学生姓名：
黄占威
学号：
20091185045
指导教师：
黄向宇
2011年12月30日至2012年1月13日
华中科技大学武昌分校制
嵌入式系统原理课程设计任务书
一、设计题目
遥控智能小车
二、设计主要内容
（1）广泛查找文献资料，认真研究，反复论证，精心设计技术方案。
（2）严格遵守各项纪律，勤奋学习，认真思考，敢于挑战困难并勇于创新。
（3）较为深入的掌握ARM处理器的体系结构、指令系统、编程方法，初步了解ARM应用系统的软硬件开发方法及手段，较熟练地掌握ARM处理器几种重要的片内外设（定时器、PLL、I2C、RTC等）的基本原理及编程方法，初步掌握ARM处理器外围电路的扩展方法。
（4）在现有车模的基础上，以嵌入式ARM微处理器构成小车控制核心，同时加装声光电、红外线、超声波传感器、LED显示等外围设备，实现对小车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至处理器进行处理，然后由处理器根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制；
（5）设计的智能小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。
并有相应的声光电设备发出相关的提示或警示信息。
（6）遥控方式可自选，系统通过遥控器可以控制小车的行驶方向、速度、起停等运行状态，要求要达到一定的控制精度、距离及范围,小车行驶速度应达到3m/s以上。
（7）分析结果，独立撰写设计总结报告陈述自己的观点，格式应严格遵守学校规范。
内容尽量翔实，其中必须要有自己独立的见解和认识。
三、原始资料
硬件资源：
四驱小车车模、STM32系统板、用于ARM处理器的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。
设计指导书：
STM32系统板配套光盘
四、要求的设计成果
（1）在现有车模的基础上，以嵌入式ARM微处理器构成小车控制核心，同时加装声光电、红外线、超声波传感器、LED显示等外围设备，实现对小车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至处理器进行处理，然后由处理器根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。
（2）撰写课程设计说明书，要求简洁、通顺，格式规范，设计方案正确，实现技术路线明确，论述内容完整、清楚、规范，数据、资料真实可靠，软件程序运行良好。
（3）要求有完整的电路设计原理图及软件源代码。
五、进程安排
（1）第1天：
任务布置及相关知识讲解
（2）第2-3天：
资料查阅与方案制定
（3）第4-8天：
硬件设计、程序编制与调试阶段
（4）第9天：
撰写设计报告
（5）第10天：
答辩与考核阶段
六、主要参考资料
[1]田泽.嵌入式系统开发与应用实验教程.北京航空航天工业大学出版社，2005.
[2]郭荣佐，王霖.《嵌入式系统原理》.北京航空航天大学出版社，.2008.
[3]周根林.嵌入式系统原理与应用.南京大学出版社,2006.
[4]谭浩强.C语言程序设计（第2版）.清华大学出版社，2008
[5]丁峰.ARM系统开发——从实践到提高.中国电力出版社，2007.
[6]游雨云.单片机PWM信号控制智能小车的实现方法.技术与市场,2009,（12）
[7]袁新娜，余红英，超声波传感器在智能小车避障系统中的应用.大众商务教育版（民办教育研究），2009，（8）
指导教师（签名）：
20年月日
目录
1.总体思想1
2.电机驱动2
2.1简介2
2.2具体实现2
2.3功能函数设计2
3．遥控系统7
3.1遥控器简介7
3.2接收探头与解码7
3.3红外控制8
4.超声波12
4.1简介12
4.2超声波测距具体实现12
4.3超声波程序设计12
5.红外寻迹14
5.1反射式红外传感器14
5.2具体实现方法14
5.3寻迹程序设计15
6.总结17
1.总体思想
图1.1设计全局图
本次课程设计，我们小组采用stm32作为主控芯片，L298N模块作为电机驱动芯片。
在小车车头放置三个反射式红外传感器，由于红外光易于被黑线吸收，利用这个原理，来检测黑线，当检测到黑线时，发射出去的红外光被吸收，红外传感器接受不到反射信号，通过输出信号反馈给STM32，产生中断，作出相应的调整，详细介绍见下文第12页。
车头部分采用一个US-100超声波模块，用于检测前方障碍物，我们小组设置的安全距离为25cm，当小车与前方障碍之间的距离小于25cm时，小车蜂鸣器报警，stm32控制电机，作出相应的调整。
关于超声波工作详情，请见下文第11页。
小车尾部安装一枚HS0038红外接收探头，配合一块遥控器，实现遥控小车的功能。
我们小组选用的遥控器编码为NEC协议。
红外遥控功能详情，请见下文第7页。
我们在小车的车身上放置一块3.2寸TFT液晶显示器。
用于显示时间，车速。
车速通过霍尔元件测得。
2.电机驱动
2.1简介
电机运转需要大电流，而stm32驱动能力达不到电机正常运转的要求，故我们小组采用L298N模块驱动电机，L298N拥有4个输入端口，由stm32直接输入，4个输出端，可以驱动两个直流电机。
stm32输出端口的电平变换，可以控制电机的方向。
PWM脉宽调制信号，可以控制电机的转速。
实现加速减速的功能。
2.2具体实现
通过stm32的PA0，PA1，根据TIM2产生的不同占空比的PWM波，控制电机的速度，以及正反转。
PA3，PA4控制小车前轮，前轮采用舵机控制，在转向方面，不能大幅度转弯，所以，在小车转弯上，我们采用转一段时间，然后倒退一段距离，然后再转，如此反复几次。
通过这种方式实现小车的900C转弯。
2.3功能函数设计
1.voidFront（）
{
GPIOD->BRR=0X03;
GPIOA_Conf（）;//配置A端口
GPIOA->BRR=0x0f;
GPIOA->BSRR=0X01;
}
调用这个函数，实现小车全速向前形式。
PD端口的D0，D1位，是控制小车后面两个尾灯。
当小车前进时，尾灯关闭。
2.voidBack（）
{
GPIOD->BSRR=0x03;
GPIOA_Conf（）;
GPIOA->BRR=0x0f;
GPIOA->BSRR=0X02;
}
调用这个函数，实现小车全速后退。
同时开启车身后面的尾灯。
3.voidLeftSlideFront（）
{
GPIOD->BSRR=0X01;
GPIOD->BRR=0X02;
GPIOA->BRR=0X04;
GPIOA->BSRR=0X08;
Time_Configuration（350,0,500,7199）;
}
调用此函数，实现小车前进，左转弯。
同时开启尾部左边的尾灯，关闭右边的尾灯。
Time_Configuration（350,0,500,7199）为占空比调制函数。
通过输入不同的值，改变电机的转速。
4.voidTime_Configuration（uint16_tCCR1_Val,uint16_tCCR2_Val,uint16_tperiodValue,uint16_tPrescalerValue）
{
/*开启TM2定时器时钟*/
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE）;
/*TIM2定时器复用管脚PA0，PA1，PA2，PA3*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init（GPIOA,&GPIO_InitStructure）;
/*配置定时器时基*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=periodValue;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=PrescalerValue;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit（TIM2,&TIM_TimeBaseStructure）;
/*配置定时器各通道情况*/
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR1_Val;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init（TIM2,&TIM_OCInitStructure）;
TIM_OC1PreloadConfig（TIM2,TIM_OCPreload_Enable）;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR2_Val;
TIM_OC2Init（TIM2,&TIM_OCInitStructure）;
TIM_OC2PreloadConfig（TIM2,TIM_OCPreload_Enable）;
TIM_ARRPreloadConfig（TIM2,ENABLE）;
TIM_Cmd（TIM2,ENABLE）;
}
PWM脉宽调制波形输出，是stm32定时器功能的一大亮点，以往8位单片机输出PWM波形，均为模拟，或者借助外围芯片，而stm32内部定时器，实现了精确的PWM波形直接输出。
上面功能函数，为TIM2定时器的配置情况。
我在使用时，开启了TIM2定时器的通道1和通道2。
分别为PA0，PA1，这两个端口控制小车的后轮电机。
由于前轮为舵机。
所以，没有采用PWM波形。
而是直接给高低电平调整小车的方向。
stm32定时器采用预分频处理，即将系统时钟分频后给定时器，这个预分频值，由传入的参数PrescalerValue决定。
系统时钟为72MHz，设分频后的频率为F,则：
F=72MHz/（PrescalerValue+1）
定时器的计数周期为传入参数periodValue的值决定。
PWM占空比值由传入参数CCR1_Val和CCR2_Val决定，分别控制PA0，PA1的占空比值。
占空比=CCR1_Val/periodValue。
4.voidLeftSlideBehind（）
{
GPIOD->BSRR=0X01;
GPIOD->BRR=0X02;
GPIOA->BRR=0X04;
GPIOA->BSRR=0X08;
Time_Configuration（0,350,500,7199）;
}
调用此函数，控制小车后退并左转弯。
同时开启左边尾灯，关闭右边尾灯。
5．voidRightSlideFront（）
{
GPIOD->BSRR=0X02;
GPIOD->BRR=0X01;
GPIOA->BRR=0X08;
GPIOA->BSRR=0x04;
Time_Configuration（350,0,500,7199）;
}
调用此函数，控制小车前进并右转弯。
同时关闭左边尾灯，开启右边尾灯。
6.voidRightSlideBehind（）//后退，右转弯
{
GPIOD->BSRR=0X02;
GPIOD->BRR=0X01;
GPIOA->BRR=0X08;
GPIOA->BSRR=0X04;
Time_Configuration（0,350,500,7199）;
}
调用此函数，控制小车后退并右转弯。
同时关闭左边尾灯，开启右边尾灯。
7.voidUpshift（）
{
uint16_ti;
GPIOD->BRR=0x03;
for（i=100;i<=180;i=i+10）
{
Delay（200）;
Time_Configuration（i,0,500,7199）;
}
while（i<=500）
{
i=i+50;
Time_Configuration（i,0,500,7199）;
Delay（100）;
}
}
调用此函数，实现小车的加速，我们小组将加速过程分为2级，第一级为慢加速，让速度慢慢起来，第二级加速为快加速，当速度达到一定值后，占空比增大的幅度加强。
8.voidSlowDown（）
{
uint16_ti=400;
GPIOD->BSRR=0X03;
while（i>200）
{
Time_Configuration（i,0,500,7199）;
i=i-50;
Delay（70）;
}
for（;i>170;i=i-5）
{
Time_Configuration（i,0,500,7199）;
Delay（80）;
}
}
调用此函数，实现小车的减速，减速过程，我们也分为两级。
第一级为快速减速，第二级为慢速减速。
使小车平稳减速。
9．voidBrake（）
{
GPIOD->BSRR=0x03;
GPIOA_Conf（）;
GPIOA->BSRR=0x0f;
}
调用该函数，小车将停止。
同时后面尾灯开启。
3.遥控系统
3.1遥控器简介
我们小组使用的遥控器发射编码为NEC协议，NEC编码协议中，遥控器每发送一个8位数据，可以分为5个部分：
图3.1NEC协议编码规则
当按下遥控器上的任意一个键时，遥控器将发送一个38KHz的载波信号，根据NEC编码协议，如果发送数据位为1,则向外发送38KHz的载波信号，持续发送0.56ms.然后停止发送1.685ms后继续发送下一位。
如果发送数据位为0，则红外遥控向外发送38KHz的载波信号，持续发送0.56ms，然后停止发送0.565ms后继续发送下一位。
3.2接收探头与解码
接受红外信号部分，我们采用HS0038接收探头，HS0038共三个引脚，分别为,OUT、VCC、GND。
通电后，当没有收到红外信号时，OUT端口默认为高电平。
接受端口信号与红外遥控发送信号电平相反。
在解码方面，接收探头接受到38KHz的载波后，输出端OUT电平拉低。
由于NEC发射编码中，采用的是38KHz载波表示高，无发射表示低。
所以在接受探头部分的电平高低，与发射部分刚好相反。
解码部分，数据1，0的电平宽度为别是：
图3.2NEC协议1、0电平宽度
由于每个数据位开始低电平均为0.56ms，所以，我们使用TIM3定时器，准确捕获到每位数据高电平持续时间。
通过捕获到的值，来确认1和0.
通过软件解码时，首先接受到引导码，9ms的低电平和4.5ms的高电平，然后是地址码和地址反码，最后是数据码和数据反码。
在程序设计上，我们定义个unsignedchar型数组，分别记录下地址码、地址反码、数据码、数据反码。
取出数组下标为2和3的值，将下标为3的数组数据取反，判断是否相等，如果不相等，表示解码数据有误；如果相等，表示解码正确。
3.3红外控制
将stm32的外部中断3端口与红外探头的输出端相连，捕捉红外遥控发射来的信号。
外部中断端口程序配置如下：
1.voidEXTI3_Configration（）
{
/***************配置PC3端口，作为外部中断触发端口***********/
RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE）;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init（GPIOC,&GPIO_InitStructure）;
RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE）;
GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource3）;
/****************外部中断线配置，设置为上升沿触发****************/
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line3;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;
EXTI_Init（&EXTI_InitStructure）;
/********************中断向量表配置*****************/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;
}
配置好外部中断后，当stm32上电后，便会实时监控PC3端口，当接受到红外信号后，便产生一个中断信号，调用中断处理函数，处理该事件，下面为中断处理函数，主要是解码红外信号：
2.voidEXTI3_IRQHandler（void）
{
inti,j,Counter=0;
charIR[4]={0};
charch1=0,ch2=0;
if（EXTI_GetITStatus（EXTI_Line3）!
=RESET）
{
TIM3->CNT=0;
TIM_Cmd（TIM3,ENABLE）;
while（TIM_GetCounter（TIM3）<7000）;
TIM_Cmd（TIM3,DISABLE）;
TIM3->CNT=0;
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOC,GPIO_Pin_3）==0）
{
while（!
GPIO_ReadInputDataBit（GPIOC,GPIO_Pin_3））;
TIM3->CNT=0;
TIM_Cmd（TIM3,ENABLE）;
while（TIM_GetCounter（TIM3）<3500）;
TIM_Cmd（TIM3,DISABLE）;
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOC,GPIO_Pin_3）==1）
{
while（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOC,GPIO_Pin_3））;
for（i=0;i<4;i++）
{
for（j=0;j<8;j++）
{
while（!
GPIO_ReadInputDataBit（GPIOC,GPIO_Pin_3））;
TIM3->CNT=0;
TIM_Cmd（TIM3,ENABLE）;
while（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOC,GPIO_Pin_3））;
Counter=TIM_GetCounter（TIM3）;
TIM_Cmd（TIM3,DISABLE）;
ch1=ch1>>1;
if（Counter>840）
{
ch1=ch1|0x80;
}
else
{
ch1=ch1|0;
}
Counter=0;
}
IR[i]=ch1;
}
ch1=IR[2];
ch2=IR[3];
ch2=~ch2;
if（ch1==ch2）
{
switch（ch1）
{
case0x07:
LeftSlideFront（）;break;
case0x09:
RightSlideFront（）;break;
case0x40:
Front（）;break;
case0x19:
Back（）;break;
case0x16:
LeftSlideBehind（）;break;
case0x0d:
RightSlideBehind（）;break;
case0x0c:
Upshift（）;break;
case0x5e:
SlowDown（）;break;
case0x15:
Brake（）;break;
default:
Brake（）;break;
}
}
}
}
Delay（500）;
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line3）;
}
}
这个函数为中断处理函数，在中断处理函数中，我们又用到了一个TIM3定时器，该定时器主要是解码红外信号，根据上文所述的0,1编码规则，用TIM3定时器，所捕获到的值，来判断信号0,1，实现软件解码红外信号。
下面为TIM3定时器的配置：
3.voidTIM3_Configuration（）
{
TIM_DeInit（TIM3）;
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE）;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=50000;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler
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