單片機控制的遙控避障小車系統(tǒng)的硬件分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u29856單片機控制的遙控避障小車系統(tǒng)的硬件分析案例 1296181.1STM32F103C8T6單片機 1132111.1.1STM32F103C8T6的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 154301.2HC06藍牙模塊 2169821.3L298N電機驅(qū)動模塊 4254251.4HC-SR04超聲波模塊 4278391.2.1超聲波模塊的結(jié)構(gòu)以及原理 569161.5YS-IRTM紅外發(fā)射接收模塊 6用到的器件主要有：直流減速電機兩個、亞克力底板一塊、橡膠輪胎兩個、STM32F103C8T6單片機一塊、HC06藍牙模塊一個、5號電池電池6節(jié)、杜邦線若干、L298N電機驅(qū)動模塊一個、HC-SR04超聲波模塊一個、YS-IRTM紅外發(fā)射接收模塊一套。1.1STM32F103C8T6單片機在很多生物的結(jié)構(gòu)內(nèi)，它們的大腦都是及其重要的一部分。大腦就相當于一個指揮中心，能夠從身體其他部位發(fā)送過來的信息進行處理并作出相應(yīng)的動作，從而保證生物體的正常功能。而避障小車的“大腦”就是Stm32，因為它能夠在各個功能單元里面獲取數(shù)據(jù)，然后對這些所獲得的數(shù)據(jù)第一時間進行處理，從而控制其他功能單元完成一系列的動作，在這一點上來看，它和生物體的大腦是極為相似的。對于芯片的選擇本次畢業(yè)設(shè)計會選擇去使用是STM32F103C8T6單片機。1.1.1STM32F103C8T6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)stm32f103系列微處理器可以采用企業(yè)收款進行基于ARM7-m體系管理架構(gòu)的32位標準RISC(精簡指令集)處理器,具有重要執(zhí)行程序代碼效率高,外設(shè)以及資源不斷豐富等眾多產(chǎn)品特性。越來越多的學生選擇stm32去學習研究電子技術(shù)，開發(fā)很多貼切生活的電子產(chǎn)品。該系列微處理器最大工作效率可以設(shè)定為72MHz,高達128k字節(jié)的內(nèi)置flash存儲器和20k字節(jié)SRAM,方便了程序的編寫,而且還擁有豐富的各種通用i/o端口。 stm32內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。stm32處理器結(jié)構(gòu)主控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)是由4個硬件驅(qū)動控制單元和被動控制單元部分組成。4個內(nèi)核驅(qū)動管理單元分別有:內(nèi)核通用的總線DMA1、DMA2,內(nèi)核中的DCode總線和操作系統(tǒng)總線。4個被動處理單元一共有apb設(shè)備,APB橋,內(nèi)部單元flash都有內(nèi)存,內(nèi)部FSMC、SRAM。在大學時期畢業(yè)設(shè)計主要教學課程中所采用的定時軟件主要是一個同時具有64kbsram、512kbflash、2個基本高級通用基礎(chǔ)定時器、4個低級基礎(chǔ)通用基本基礎(chǔ)定時器、2個高級基礎(chǔ)通用基本定時器,3個spi,5個串口,2個I2C,1個USB組成的的芯片。1.2HC06藍牙模塊對于藍牙，相信大家都不陌生，走在大街小巷，處處都可以發(fā)現(xiàn)人們對藍牙的使用。本次設(shè)計能夠借助藍牙與其它設(shè)備溝通，例如連接小車，通過手機控制手機上的app使得能夠在車上播放手機里面的歌曲，也能夠接通電話，解放雙手，安全駕駛；連接藍牙耳機，人類可以擺脫傳統(tǒng)有線耳機的困擾，無障礙運動；設(shè)備之間也可以通過藍牙傳輸資料?？偠灾?，藍牙已成為人們不可多得的工具，它使人類的生活更加地便捷和美好，在通訊、交通、娛樂等各領(lǐng)域都發(fā)揮著極大的作用。如今,在"藍牙"的通訊技術(shù)的幫助下,使人們能有效地通過優(yōu)先逐步簡化移動智能手機掌上電腦計算器平板電腦、筆記本電腦和移動智能手機移動電話或者移動智能手機等各種現(xiàn)代移動通信設(shè)備終端通訊設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊,人類能夠成功地通過逐步優(yōu)化以上這些現(xiàn)代移動電信通訊設(shè)備與移動互聯(lián)網(wǎng)的internet之間的數(shù)據(jù)通訊,從而能夠促進這些通訊設(shè)備快速走向世界現(xiàn)代移動通信終端設(shè)備和移動互聯(lián)網(wǎng)之間的各種數(shù)據(jù)信息傳送或者交換從而變得越來越迅速高效,為當今無線通信技術(shù)開辟了新的發(fā)展道路。藍牙主要技術(shù)采用了一種分散式無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)以及快速支持跳頻和短波的內(nèi)容數(shù)據(jù)包通信技術(shù),支持多個點對點及無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的多個點對點或多個不同頻段的無線通信。采用了可同時分式無線雙工數(shù)據(jù)傳送解決方案。需要注意的是,藍牙的使用體驗上還有很多不足之處,由于技術(shù)的缺憾，藍牙的射程不夠遠，只能在短距離范圍內(nèi)使用,因此要更好地去使用藍牙設(shè)備，使它能穩(wěn)定接收和發(fā)送數(shù)據(jù),只能去選擇在室內(nèi)或者戶外近距離地進行。圖1.1藍牙模塊實物圖通過對畢業(yè)設(shè)計題目的分析，本設(shè)計選擇了使用HC06藍牙模塊（如圖1.1所示）。下面是它的一些主要的特性：本系列產(chǎn)品主要采用CSR為目前主流的無線藍牙控制芯片,藍牙V2.0協(xié)議作為標準在工作時，串口模塊電壓可以達到1.3V。

3、波特率的范圍為1200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200大家可以根據(jù)需求自由設(shè)置（超過115200的波特率是不提倡去，信號的干擾會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)置波特率數(shù)值超過115200后用于發(fā)計算機電腦無法正常運行使用，要求使用單片機編程于高于115200才能使用此波特率和重新發(fā)AT命令設(shè)低波特率，通過AT命令設(shè)好波特率后，下次需要進行上次掉電時不一定需要再次重設(shè),可以通過設(shè)置掉電命令來重新保存波特率）4、核心控制模塊的硬件尺寸及其大小分別應(yīng)該是:28mm*15mm*2.35mm。

5、工作電流：40MA

6、休眠電流：小于1MA

7、有關(guān)于藍牙模塊的主要產(chǎn)品應(yīng)用于汽車GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng),水電氣油煤氣遠程抄錄儀表控制系統(tǒng),工業(yè)現(xiàn)場暖氣供暖和熱水采控控制系統(tǒng)。

8、可以與藍牙筆記本電腦、電腦加藍牙適配器、PDA等設(shè)備進行無縫連接該模塊分主機和從機。主機的作用是可以對從機發(fā)送命令，可以找到從機然后主動去溝通并試圖建立連接；從機的作用是就收主機發(fā)送過來的命令，然后等待主機與其溝通，最后相互連接。1.3L298N電機驅(qū)動模塊L298N芯片既能驅(qū)動兩個二相電機,也甚至能驅(qū)動一個四相電機,輸出電壓峰值為50v,能由電源控制器去調(diào)節(jié)輸入電壓;它們能作為一個單片機的IO口向控制器提供信號;同時它的工作電路原理容易理解,操作過程十分輕松。L298N能夠通過標準的TTL邏輯電平信號VSS，其可接上2.5至7V的電壓。4號引腳VS可接電源，其電壓范圍是2.5到46V之間。1腳和15腳下管的兩個發(fā)射極分別被單獨地引出,以利于接入電流的采樣信號,形成相應(yīng)的電流傳感器。L298N可同時驅(qū)動2臺電動機,out1、out2和out3、out4之間也可分別連接一臺電動機,本次畢業(yè)設(shè)計選擇了一臺電機，ENA和ENB連接到控制使能端子，負責控制電機的停止或啟動；其它引腳接上輸入控制電平，通過改變電機正反轉(zhuǎn)使得小車朝各種方向運動。stm32芯片控制小車的運動，實質(zhì)上是通過控制電機，使小車能實現(xiàn)本設(shè)計要求發(fā)生的動作。在兩個電機的的各種轉(zhuǎn)動方向的搭配下，最后可以讓小車能朝這各個方向運動。例如當右電機停止轉(zhuǎn)動，左電機向前轉(zhuǎn)動，即可實現(xiàn)小車向右轉(zhuǎn)動。電機驅(qū)動的模塊本設(shè)計主要選擇了L298N電機驅(qū)動模塊。接下來的內(nèi)容既是對L298N驅(qū)動模塊的講解。該模塊能夠驅(qū)動兩款電機，一個是直流電機，另一個是步進電機。L298N有控制電機的能力，借助它的主控芯片的I/O輸入接口去配置自身的控制電平。它的一片驅(qū)動芯片可以同時操控兩個電機做出不相同的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。同時，它也能承受高電壓。由于該電機驅(qū)動器的優(yōu)秀屬性，能夠使得電機發(fā)生正反轉(zhuǎn)，擁有極高的穩(wěn)定性，能夠用大電流驅(qū)動直流電機。1.4HC-SR04超聲波模塊在大自然中，很多生物都通過身上的一些器官去獲取外界的一些信息，如果無法感知到外界環(huán)境的情況，幾乎所有生物都是難以去生存在這個世界上。通過對外界信息的判斷分析最終決定做出正確的回應(yīng)。比如說人類在行走的過程中，可以通過眼睛搜集人類四周環(huán)境的信息，而后把這些數(shù)據(jù)傳入到大腦中去，緊接著根據(jù)環(huán)境信息的變化對人類的行動作出恰當?shù)幕貞?yīng)。而對于本設(shè)計的stm32遙控避障小車來說，避障模塊就好像是人類的眼睛。它通過對外界地形信息的獲取，把所獲取得到的地形數(shù)據(jù)發(fā)送到STM32F103C8T6，再通過芯片對所獲取的信息進行處理，控制小車發(fā)生運動狀態(tài)的改變，以滿足躲避障礙物的效果。在市場上，避障模塊所會用到的器件有很多種不同的類型，比如超聲波檢測、紅外探測、光位移檢測等等。而在本次畢業(yè)設(shè)計中使用的是HC-SR06超聲波檢測。因為通過超聲波在傳播時，方向性強，能量易于進行集中，并且它能在企業(yè)各種方式不同的媒質(zhì)中傳播，傳播提供足夠遠的距離，所以選擇HC-SR04器件是一個不錯的選擇。1.2.1超聲波模塊的結(jié)構(gòu)以及原理工作穩(wěn)定，測量準確，模塊結(jié)構(gòu)高精度，探測盲區(qū)小是HCSR04測距模塊的優(yōu)點。這個模塊可以在無接觸的情況下探測0.02m到4m的距離,探測距離最小可以精確到0.003m。它主要是由接收器、控制電路還有發(fā)射器組成。圖1.2超聲波模塊實物圖如圖1.2所示。VCC接5V電源、GND接地，還有TRIG和ECHO引腳?；驹恚海?）TRIG負責觸發(fā)測距，產(chǎn)生不小于10us的高電平信號；（2）模塊主動輸出8個40kHz方波，檢查是否有信號反饋；（3）如有信號返回則通過ECHO輸出一個高電平。電平的持續(xù)時間等于超聲波從發(fā)送到接收的時間，具體由圖1.3所示。該模塊操作簡單，十分適合大家學習。圖1.3超聲波時序圖由圖1.3超聲波時序圖可以看出，要想內(nèi)部模塊發(fā)出信號，首先要給一個10uS的脈沖觸發(fā)信號，隨后模塊內(nèi)部會循環(huán)發(fā)出8個40KHz的脈沖波，同時去探查有無回波。當發(fā)現(xiàn)有回波信號，那么該信號就是輸出回響信號。該信號是本設(shè)計最需要獲取到的信息，它與被測的距離成正比的關(guān)系。被測的距離可以根據(jù)發(fā)送信號到接收到回響信號的時間間隔通過計算去獲得（距離=高電平時間*聲速/2）。測試的周期應(yīng)當大于60ms，避免發(fā)射信號造成對回響信號的影響。1.5YS-IRTM紅外發(fā)射接收模塊通常而言，紅外遙控有著信息傳輸準、抗干擾、低成本等諸多優(yōu)點。其作為一種非接觸性的無線控制技術(shù)，在家用電器以及計算機系統(tǒng)方面有著廣泛的應(yīng)用REF_Ref18817\w\h[4]。圖1.4紅外模塊結(jié)構(gòu)圖下面對圖1.4的紅外模塊結(jié)構(gòu)圖的4個標號位置的結(jié)構(gòu)進行解析：1、紅外發(fā)射頭：它的工作是發(fā)射信號；2、紅外接收頭：它的工作是接收紅外信號；3、紅外頭擴展:擴展接口能夠接入多個紅外發(fā)射模塊；4、UART單片機串口通信接口：這個接口是單片機的串口。是與開發(fā)板溝通的橋梁。其默認設(shè)置的波特率為9600bps。接口定義如下：①5v為電源正極；②TXD為數(shù)據(jù)接收端口；③RXD為數(shù)據(jù)發(fā)送端；④GND為電源負極（地）紅外模塊的通信協(xié)議：1、發(fā)射指令說明如表1.1所示：表1.1指令說明表地址操作位數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)位2數(shù)據(jù)位3A1(FA)XXXXXXXX解析：地址--A1為默認地址（任何人都能修改）。FA為一個通用的地址（無法自行改變值）。操作位--這個位置的數(shù)值可以表示目前的工作狀態(tài)，如表1.2所示。具體如下：表1.2操作位表F1紅外發(fā)射狀態(tài)F2進入修改串口通信地址狀態(tài)F3進入修改波特率狀態(tài)數(shù)據(jù)位--該數(shù)據(jù)位發(fā)別作為一個相對應(yīng)于不同狀態(tài)的數(shù)據(jù)內(nèi)容,如表1.3所示：表1.3數(shù)據(jù)位表操作位數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)位2數(shù)據(jù)位3說明F1用戶碼高位用戶碼低位命令碼F21-FF數(shù)據(jù)位1代表需要修改的地址位F31-4查看以下波特率的取值范圍（如表1.4所示）表1.4波特率表代表序號波特率值014800bps029600bps0319200bps0457600bps2、指令操作反饋信息如表1.5所示表1.5反饋信息表F1發(fā)射成功F2串口地址修改成功F3波特率修改成功無返回代表指令接受錯誤、操作不成功，以下指令操作重啟有效3、解碼紅外信息輸出編碼NEC紅外信號輸出編碼由1個16位的用戶編碼(可以分成高低8位)、1個命令碼及1個命令碼的反碼構(gòu)成。在