基于STM32的WiFi智能小车控制系统设计

Equipment Manufacturing Technology No.08,2019

0引言

现在智能机器人技术极速发展,并广泛应用于各个行业之中,尤其是多功能智能车成为了主流趋势,也是自动控制领域中的一个研究热点。智能车作为智能车辆的载体,是集传感器技术、人工智能技术、自动控制技术、车辆工程控制于一体的综合技术,是未来的智能汽车发展模型[1]。无线控制智能车可应用于国防、航空航天、工业以及一些服务型行业中,如应用于国防中的无人驾驶战车,应用于灾害处理、工业上危险地区的数据采样和故障处理等。同时随着我国现代人工作、生活节奏的加快和人口老龄化加剧,人们更加需要智能车的协助,可以提高劳动生产效率[2]。

2002年,我国科技部正式启动了“十五”科技攻

关计划重大项目——

—智能交通系统关键技术开发和示范工程,这其中的一个重要内容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。对机电一体化人才的培养也越来越重视,主要体现在面向大学生的各种大型创新创业训练项目的比赛上,如全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛等,鉴此,设计一种基于STM32的WiFi 智能小车。

1系统方案概述

系统是一个基于STM32的,由WIFI 无线传输模块、超声波避障模块、寻迹模块、驱动模块、温湿度检测模块等组成的。整个系统需要一个相对稳定的符合需求的架构,STM32核心控制器通过对各个模块

的控制来完成各项功能。控制器发送开始信号给温湿度检测模块,使其检测温湿度,并将数据传回控制器,并将这些数据通过WiFi 无线传输模块显示到上位机中;通过控制器对舵机、超声波避障模块、寻迹模块的控制,接收其返回的信息完成避障、寻迹的功能;通过上位机的控制信号对STM32控制器进行操控实现对小车的控制[3]。设计总框图如图1所示。

2硬件实现

硬件部分由主控芯片、电源、电机驱动、WiFi 模块、自动寻迹模块、温湿度传感器等部分组成。首先,需要一个芯片来完成小车的控制,小车运动则需要电源以及电机驱动,本设计的小车功能中,遥控功能需要用到WiFi 模块;自动寻迹通过五路寻迹模块来实现;避障功能通过超声波模块以及舵机配合来实现;环境的温湿度通过温湿度传感器采集数据。具体各部分叙述如下。2.1最小系统模块

最小系统模块是采用STM32F407VET6最小系

基于STM32的WiFi 智能小车控制系统设计

周东瑶，师文庆*，黄江，王楚虹

(广东海洋大学电子与信息工程学院,广东湛江524088)

摘

要：采用ST M 32F 407V E T 6芯片作为核心系统板,在W in d o w s 系统下K eil5软件开发平台中设计了一款基于

ST M 32的W iF i 的智能小车控制系统,该智能小车具有超声波避障、自动寻迹、温湿度检测、无线传输等功能。关键词：W I F I ;智能小车;寻迹;避障;温湿度检测中图分类号：U469.7

文献标识码：A

文章编号：1672-545X （2019）08-0058-04

收稿日期：2019-05-05

作者简介：周东瑶(1997-),男,广东河源人,本科,研究方向:电子科学与技术。通讯作者：师文庆(1971-),男,甘肃天水人,博士,教授,主要研究物理电子以及激光应用技术方面。

图1设计总框图

温湿度

检测模块超声波模块

舵机五路寻迹模块

STM32控制器

电机驱动模块直流减速电机

WiFi 无线传输模块

上位机显示与控制信号

《装备制造技术》2019年第08期

统板,板上有充足的资源供给智能小车使用,最小系统控制整个系统,经测试稳定可靠。

2.2电源稳压模块

供电稳定是小车正常运行的基础,只有供电稳定才能有稳定的系统,所以必须要有个合格的电源模块,本设计使用四块3.7V的锂电池,经过两个

XL4015E1降压稳压模块的降压至不同电压对不同模块供电。一个降至12V并保持稳定之后为小车电机进行供电,另一个降至5V为最小系统供电。

2.3驱动模块

本设计采用的是小车底盘自带的强磁直条双轴减速电机,比速可达1∶48,并采用L298N电机驱动模块,其内部有两个完整的H桥高电压和较大电流全桥式的驱动器,一个全桥就可以保证一个直流电机的正反转,其接收的是标准的TTL逻辑电平信号,可以驱动46V2A以下的电机。

2.4寻迹模块

本设计采用了五路黑白线寻迹模块,即由六对红外对管构成,五对用于寻迹,一对用于避障,每对发射管会发出一定频率的红外射线,若遇到可反射光的物体,红外射线就会反射回来被接收管吸收,输出高电平,当测到黑线时,则无法反射,该对管对应的管脚输出低电平。

2.5超声波避障模块

本设计选用了HC-SR04超声波模块,采用IO 口TRIG触发测距,给模块发送一个最少10μs的高电平信号,模块就会自动发送8个40kHz的方波并检测是否有信号返回。若有信号返回,则通过设定成ECHO的IO口输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。所以,测试距离= (高电平时间*声速)/2,由于超声波检测范围有限,所以加装了一个舵机模块,通过舵机带动超声波模块旋转到不同角度,然后检测不同角度的前方是否存在障碍物,能使超声波测量范围加大,更好地实现避障功能。

此模块提供2cm~400cm的非接触式距离感测功能,测距精度高达3mm;模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

2.6温湿度检测模块

本设计使用了DHT11温湿度检测模块,DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度的复合传感器。它采用专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术,以确保产品具有极高的可靠性与长期稳定性。2.7WIFI无线通信模块

本设计选用了ESP-01S WiFi模块,该模块采用的核心处理器ESP8266。虽然尺寸小,但是封装集成了业界领先的Tensilica L106超低功耗32位微型

MCU,带有16位精简模式,主频可支持80MHz和160MHz两种[5],并集成了Wi-Fi MAC/BB/RF/PA/ LNA,此模块支持标准的IEEE802.11b/g/n协议, TCP/IP协议栈,可使用此模块为现有的设备添加联网功能,也可构建独立的网络控制器[6-7]。

3软件实现

本设计包括多个子模块,需要设计子函数的模块有:超声波测距模块、寻迹模块、驱动模块、传输模块、舵机模块和温湿度检测模块等。主函数中通过标志位的数值进入相对应的模式子函数中,默认为手动遥控模式子函数,每个模式下,都会判断是否到达中断定时时间,进入中断时运行温湿度采集函数,以实时在上位机显示小车周围环境的温湿度。程序总框图如下图2所示。

3.1电机控制程序

本设计用L298N驱动芯片来驱动直流减速电机,其中通过控制四个IO口输出的值来分别控制两个电机的正反转,初始化一个定时器用来输出不同占空比的PWM波来控制电机转速,就能很好地控制电机的转速和正反转。本设计设置STM32芯片的PB6、PB7、PB8、PB9管脚分别为L298N芯片的IN1、IN2、IN3、IN4,当PB6和PB8为1,PB7和PB9为0时,两个电机正转;反之为反转。接下来使用定时器4使PB6、PB7、PB8、PB9输出不同PWM,来控制电机

图2主函数流程框图

开始

USART、TIM、相关IO口等初始化

中断定时时间到

否

是

模式1

模式选择

模式2模式3

遥控模式

子函数

寻迹模式

子函数

避障模式

子函数

温湿度检

测子函数

WiFi数据传

输子函数