电子设计II课程报告
通过设置BOOT[1:0]引脚可以选择三种不同启动模式,启动模式如表2-1所示:
表2-1 启动模式表
启动模式选择引脚 BOOT1 X 0 1
BOOT0 0 1 1
启动模式 说明
主闪存存储器 系统存储器 内置SRAM
主闪存存储器被选为启动
区域
系统存储器被选为启动区
域 内置SRAM被选为启动区
域
2.1.3 stm32软件设计的基本思路
在对其他模块设计之前,我们必须了解stm32的编程规则。任何处理器,包括stm32处理器,想要处理器完成某项相应的动作,就必须对处理器的寄存器进行操作。比如,我们在单片机C51中,同样,我们在stmM32的开发中过程中,我们同样可以对寄存器直接操作:
GPIOx->BRR=0x0011。 (x可以是A,B,C,D,E…比如GPIOA就是端口A) 但是,对于stm32这种级别的处理器,几百个寄存器记起来谈何容易。所以,ST(意法半导体)提出了固件库的概念,利用固件库进行编程。固件库的本质就是函数的集合,固件库将那些寄存器的底层操作都封装起来,提供一整套API供开发者使用。比如,上面通过控制BRR寄存器来控制电平的变化,官方库封装了一个函数:
Void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef * GPIOx,uint16_t GPIO_Pin) {
GPIOx->BRR = GPIO_Pin;
} (x可以是A,B,C,D,E…比如GPIO_A就是端口A)
通过使用GPIO_ResetBits()函数就可以直接对寄存器进行操作了。
2.2 避障模块设计
在人类身体构造系统中,眼睛可以使我们非常方便的采集到外界环境的信息,然后把信息及时的传输到大脑,并对外界环境信息的变化做出相应的处理。而对智能小车来说,避障模块之于小车就相当于眼睛之于人类。避障模块可以采集外部地形数据,然后把所采集的地形数据传输到中央处理模块,从而实现躲避障碍的功能。避障模块所采用的器件在市场中有许多类型,比如红外检测,光位移检测,超声波检测等。本次试验我们使用的是HC-SR04超声波检测,超声波由于具有检测能力强,传播路径宽,因此我们决定使用HC-SR04器件。
在使用HC-SR04模块进行超声波测距的同时,我们可以使用舵机进行辅助。舵机的
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主要作用是改变HC-SR04模块的照射方向,从而控制超声波的发射方向。在程序编写过程中,如果小车前方遇见障碍时,我们可以直接控制舵机的转向,而小车的车身可以保持不变,在测量结束后,小车再做相应的动作。
2.2.1 避障模块器件结构及其原理
HC-SR04超声波测距模块测量范围在2cm-400cm之间,可以实现无接触式测距功能。HC-SR04超声波测距模块由一个超声波发射器、一个超声波接收器和控制电路组成,避障模块的实物结构图如图2.17所示:
图2.17 实物正反面结构图
如结构图所示VCC提供5v电源,GND为接地线,TRIG为触发信号线,ECHO为回向信号输出线。基本原理如下:采用IO口TRIG触发测距,给至少10us的高电平信号,在TRIG触发沿到来后,超声波发射器会自动发出8个40KHz的方波,并且检测是否有信号返回,当超声波接收器接收到超声波时,表明有信号返回,通过IO口ECHO输出一高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。因此测量距离=(高电平持续时间*340m/s)/2。测量时序图如图2.18所示:
图2.18 超声波时序图
我们根据时序图,可以编写相应的程序代码。为了防止发射信号对回向信号的影响,我们的测量周期不易过小。并且由于HC-SR04的感应角度不大于15°,所以测距时,为了防止发射信号丢失,我们要求被测物体的面积不应小于0.5平方米,否则可能导致测
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量结果不准确。
舵机在避障模块的主要作用前面已经提到,本节主要讲解舵机的工作特性。舵机的实物图如图2.19所示:
图2.19 舵机实物图
舵机的工作工作原理是stm32微处理器发出数据给舵机,舵机内部有一个基准电路,它会产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,它将微处理器传输的直流偏置电压与电位器的电压数据进行比较,获得电压差输出。经由电路板上的IC 判断转动方向,再驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回反馈信号。舵机的转动角度与stm32所提供的PWM信号相关。标准信号PWM周期为20ms,理论上来讲脉宽为1~2ms,实际我们的脉宽为0.5~2.5ms,脉宽与所转的角度一一对应。角度与脉宽的对应图如图2.20所示:
图2.20 舵机角度与脉宽对应图
2.2.2 HC-SR04模块硬件电路设计 超声波模块硬件原理图如下图所示:
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图2.21 超声波硬件原理图
HC-SR04模块主要由发射器、接收器和部分电路组成。在此试验中,我们只需简单了解电路的设计,对于其基本原理可以不用过多涉猎,我们只需明白它们的工作原理,并且能够简单运用即可。
2.3循迹模块设计
这节要完成的任务是使小车沿着黑带运动。要想使小车沿着黑带运动,必须使小车感应到黑迹在什么地方,然后让小车的中央处理单元驱动硬件电路完成相应的行为动作。循迹模块的设计就是使小车能准确的识别黑带的轨迹。小车的中央处理模块从循迹模块获得数据,然后中央处理模块根据采集的数据驱动电机模块完成相应的动作。考虑到成本和操作,本实验使用的红外探测器。
2.3.1 循迹模块结构及其原理
红外探测器(IR)是由红外发射管、红外接收管和部分电路组成。要做到4路循迹,需要使用4个独立的红外探测器器件。我们使用的IR5是一个集成模块,这个集成模块由5个红外探测器组成。其中中间的1个IR探测器在本实验中并未使用。红外循迹模块实物图如图2.27所示:
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