遥控智能小车课程设计教学内容.docx

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遥控智能小车课程设计教学内容

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

*******

学号：

***********

*******

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

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