單片機(jī)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(jī)控制的遙控避障小車系統(tǒng)的硬件分析案例 1296181.1STM32F103C8T6單片機(jī) 1132111.1.1STM32F103C8T6的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 154301.2HC06藍(lán)牙模塊 2169821.3L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)兩個(gè)、亞克力底板一塊、橡膠輪胎兩個(gè)、STM32F103C8T6單片機(jī)一塊、HC06藍(lán)牙模塊一個(gè)、5號(hào)電池電池6節(jié)、杜邦線若干、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊一個(gè)、HC-SR04超聲波模塊一個(gè)、YS-IRTM紅外發(fā)射接收模塊一套。1.1STM32F103C8T6單片機(jī)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(dāng)于一個(gè)指揮中心，能夠從身體其他部位發(fā)送過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行處理并作出相應(yīng)的動(dòng)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?yàn)樗軌蛟诟鱾€(gè)功能單元里面獲取數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些所獲得的數(shù)據(jù)第一時(shí)間進(jìn)行處理，從而控制其他功能單元完成一系列的動(dòng)作，在這一點(diǎn)上來(lái)看，它和生物體的大腦是極為相似的。對(duì)于芯片的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)選擇去使用是STM32F103C8T6單片機(jī)。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(jìn)行基于ARM7-m體系管理架構(gòu)的32位標(biāo)準(zhǔn)RISC(精簡(jiǎn)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(lái)越多的學(xué)生選擇stm32去學(xué)習(xí)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(dá)128k字節(jié)的內(nèi)置flash存儲(chǔ)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(gè)硬件驅(qū)動(dòng)控制單元和被動(dòng)控制單元部分組成。4個(gè)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)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(gè)被動(dòng)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(xué)時(shí)期畢業(yè)設(shè)計(jì)主要教學(xué)課程中所采用的定時(shí)軟件主要是一個(gè)同時(shí)具有64kbsram、512kbflash、2個(gè)基本高級(jí)通用基礎(chǔ)定時(shí)器、4個(gè)低級(jí)基礎(chǔ)通用基本基礎(chǔ)定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)基礎(chǔ)通用基本定時(shí)器,3個(gè)spi,5個(gè)串口,2個(gè)I2C,1個(gè)USB組成的的芯片。1.2HC06藍(lán)牙模塊對(duì)于藍(lán)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(duì)藍(lán)牙的使用。本次設(shè)計(jì)能夠借助藍(lán)牙與其它設(shè)備溝通，例如連接小車，通過(guò)手機(jī)控制手機(jī)上的app使得能夠在車上播放手機(jī)里面的歌曲，也能夠接通電話，解放雙手，安全駕駛；連接藍(lán)牙耳機(jī)，人類可以擺脫傳統(tǒng)有線耳機(jī)的困擾，無(wú)障礙運(yùn)動(dòng)；設(shè)備之間也可以通過(guò)藍(lán)牙傳輸資料?？偠灾?，藍(lán)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(lán)牙"的通訊技術(shù)的幫助下,使人們能有效地通過(guò)優(yōu)先逐步簡(jiǎn)化移動(dòng)智能手機(jī)掌上電腦計(jì)算器平板電腦、筆記本電腦和移動(dòng)智能手機(jī)移動(dòng)電話或者移動(dòng)智能手機(jī)等各種現(xiàn)代移動(dòng)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(guò)逐步優(yōu)化以上這些現(xiàn)代移動(dòng)電信通訊設(shè)備與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的internet之間的數(shù)據(jù)通訊,從而能夠促進(jìn)這些通訊設(shè)備快速走向世界現(xiàn)代移動(dòng)通信終端設(shè)備和移動(dòng)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(lái)越迅速高效,為當(dāng)今無(wú)線通信技術(shù)開辟了新的發(fā)展道路。藍(lán)牙主要技術(shù)采用了一種分散式無(wú)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(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多個(gè)不同頻段的無(wú)線通信。采用了可同時(shí)分式無(wú)線雙工數(shù)據(jù)傳送解決方案。需要注意的是,藍(lán)牙的使用體驗(yàn)上還有很多不足之處,由于技術(shù)的缺憾，藍(lán)牙的射程不夠遠(yuǎn)，只能在短距離范圍內(nèi)使用,因此要更好地去使用藍(lán)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(jìn)行。圖1.1藍(lán)牙模塊實(shí)物圖通過(guò)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的分析，本設(shè)計(jì)選擇了使用HC06藍(lán)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(wú)線藍(lán)牙控制芯片,藍(lán)牙V2.0協(xié)議作為標(biāo)準(zhǔn)在工作時(shí)，串口模塊電壓可以達(dá)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(guò)115200的波特率是不提倡去，信號(hào)的干擾會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)置波特率數(shù)值超過(guò)115200后用于發(fā)計(jì)算機(jī)電腦無(wú)法正常運(yùn)行使用，要求使用單片機(jī)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(guò)AT命令設(shè)好波特率后，下次需要進(jìn)行上次掉電時(shí)不一定需要再次重設(shè),可以通過(guò)設(shè)置掉電命令來(lái)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(lán)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(yuǎn)程抄錄儀表控制系統(tǒng),工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)暖氣供暖和熱水采控控制系統(tǒng)。

8、可以與藍(lán)牙筆記本電腦、電腦加藍(lán)牙適配器、PDA等設(shè)備進(jìn)行無(wú)縫連接該模塊分主機(jī)和從機(jī)。主機(jī)的作用是可以對(duì)從機(jī)發(fā)送命令，可以找到從機(jī)然后主動(dòng)去溝通并試圖建立連接；從機(jī)的作用是就收主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的命令，然后等待主機(jī)與其溝通，最后相互連接。1.3L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N芯片既能驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī),也甚至能驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī),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(gè)單片機(jī)的IO口向控制器提供信號(hào);同時(shí)它的工作電路原理容易理解,操作過(guò)程十分輕松。L298N能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)VSS，其可接上2.5至7V的電壓。4號(hào)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(gè)發(fā)射極分別被單獨(dú)地引出,以利于接入電流的采樣信號(hào),形成相應(yīng)的電流傳感器。L298N可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī),out1、out2和out3、out4之間也可分別連接一臺(tái)電動(dòng)機(jī),本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了一臺(tái)電機(jī)，ENA和ENB連接到控制使能端子，負(fù)責(zé)控制電機(jī)的停止或啟動(dòng)；其它引腳接上輸入控制電平，通過(guò)改變電機(jī)正反轉(zhuǎn)使得小車朝各種方向運(yùn)動(dòng)。stm32芯片控制小車的運(yùn)動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)控制電機(jī)，使小車能實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求發(fā)生的動(dòng)作。在兩個(gè)電機(jī)的的各種轉(zhuǎn)動(dòng)方向的搭配下，最后可以讓小車能朝這各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。例如當(dāng)右電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左電機(jī)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)小車向右轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的模塊本設(shè)計(jì)主要選擇了L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。接下來(lái)的內(nèi)容既是對(duì)L298N驅(qū)動(dòng)模塊的講解。該模塊能夠驅(qū)動(dòng)兩款電機(jī)，一個(gè)是直流電機(jī)，另一個(gè)是步進(jìn)電機(jī)。L298N有控制電機(jī)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(dòng)芯片可以同時(shí)操控兩個(gè)電機(jī)做出不相同的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，它也能承受高電壓。由于該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)秀屬性，能夠使得電機(jī)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(dòng)直流電機(jī)。1.4HC-SR04超聲波模塊在大自然中，很多生物都通過(guò)身上的一些器官去獲取外界的一些信息，如果無(wú)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(gè)世界上。通過(guò)對(duì)外界信息的判斷分析最終決定做出正確的回應(yīng)。比如說(shuō)人類在行走的過(guò)程中，可以通過(guò)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(duì)人類的行動(dòng)作出恰當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。而對(duì)于本設(shè)計(jì)的stm32遙控避障小車來(lái)說(shuō)，避障模塊就好像是人類的眼睛。它通過(guò)對(duì)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(guò)芯片對(duì)所獲取的信息進(jìn)行處理，控制小車發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，以滿足躲避障礙物的效果。在市場(chǎng)上，避障模塊所會(huì)用到的器件有很多種不同的類型，比如超聲波檢測(cè)、紅外探測(cè)、光位移檢測(cè)等等。而在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的是HC-SR06超聲波檢測(cè)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于進(jìn)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(yuǎn)的距離，所以選擇HC-SR04器件是一個(gè)不錯(cuò)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(cè)量準(zhǔn)確，模塊結(jié)構(gòu)高精度，探測(cè)盲區(qū)小是HCSR04測(cè)距模塊的優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)模塊可以在無(wú)接觸的情況下探測(cè)0.02m到4m的距離,探測(cè)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(shí)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(fù)責(zé)觸發(fā)測(cè)距，產(chǎn)生不小于10us的高電平信號(hào)；（2）模塊主動(dòng)輸出8個(gè)40kHz方波，檢查是否有信號(hào)反饋；（3）如有信號(hào)返回則通過(guò)ECHO輸出一個(gè)高電平。電平的持續(xù)時(shí)間等于超聲波從發(fā)送到接收的時(shí)間，具體由圖1.3所示。該模塊操作簡(jiǎn)單，十分適合大家學(xué)習(xí)。圖1.3超聲波時(shí)序圖由圖1.3超聲波時(shí)序圖可以看出，要想內(nèi)部模塊發(fā)出信號(hào)，首先要給一個(gè)10uS的脈沖觸發(fā)信號(hào)，隨后模塊內(nèi)部會(huì)循環(huán)發(fā)出8個(gè)40KHz的脈沖波，同時(shí)去探查有無(wú)回波。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有回波信號(hào)，那么該信號(hào)就是輸出回響信號(hào)。該信號(hào)是本設(shè)計(jì)最需要獲取到的信息，它與被測(cè)的距離成正比的關(guān)系。被測(cè)的距離可以根據(jù)發(fā)送信號(hào)到接收到回響信號(hào)的時(shí)間間隔通過(guò)計(jì)算去獲得（距離=高電平時(shí)間*聲速/2）。測(cè)試的周期應(yīng)當(dāng)大于60ms，避免發(fā)射信號(hào)造成對(duì)回響信號(hào)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(zhǔn)、抗干擾、低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。其作為一種非接觸性的無(wú)線控制技術(shù)，在家用電器以及計(jì)算機(jī)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(duì)圖1.4的紅外模塊結(jié)構(gòu)圖的4個(gè)標(biāo)號(hào)位置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析：1、紅外發(fā)射頭：它的工作是發(fā)射信號(hào)；2、紅外接收頭：它的工作是接收紅外信號(hào)；3、紅外頭擴(kuò)展:擴(kuò)展接口能夠接入多個(gè)紅外發(fā)射模塊；4、UART單片機(jī)串口通信接口：這個(gè)接口是單片機(jī)的串口。是與開發(fā)板溝通的橋梁。其默認(rèn)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(fù)極（地）紅外模塊的通信協(xié)議：1、發(fā)射指令說(shuō)明如表1.1所示：表1.1指令說(shuō)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(rèn)地址（任何人都能修改）。FA為一個(gè)通用的地址（無(wú)法自行改變值）。操作位--這個(gè)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(jìn)入修改串口通信地址狀態(tài)F3進(jìn)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(gè)相對(duì)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(shuō)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(hào)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(wú)返回代表指令接受錯(cuò)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(hào)輸出編碼由1個(gè)16位的用戶編碼(可以分成高低8位)、1個(gè)命令碼及1個(gè)命令碼的反碼構(gòu)成。在