張雁寧 西南科技大學

基于STM32和pixy CMUcam5視覺傳感器的雙控制模式全向車的設計

張雁寧 西南科技大學

STM32單片機；pixy CMUcam5視覺傳感器；設計

引言

本項目基于STM32單片機的遙控和手勢雙模式控制的全向車，以全向輪式機器人作為控制平臺，通過無線遙控控制全向車的運動，由pixy CMUcam5視覺傳感器探測目標顏色，通過鎖定目標顏色的位置來確定全向車的行駛方向。使移動娛樂可控智能車具有良好的實用性、易操作性和娛樂性。

1.相關技術分析

1.1 STM32的相關功能

STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強型”系列和STM32F101“基本型”系列。1

1.2 pixy CMUcam5視覺傳感器

是一個開源的圖像識別傳感器，支持多物體，多色彩的顏色識別，最高支持7中顏色。pixy支持多種通信方式，如SPI、 I2C等，可以直接插在控制板上。利用pixy這個特性可很方便實現(xiàn)視覺控制小車全向行駛2。

2.設計過程

2.1 設計方法

（1）通過理論分析、硬件設計、軟件編程和實際調試來完成一個遙控和手勢控制的全向車的設計與制作；（2）明確研究目標，查閱相關的技術資料，與指導老師多交流，確定并完善理論方案；（3）團隊討論交流，明確分工，模塊化設計并協(xié)作完成；（4）遇到問題時通過多方面查找對應問題，多和指導老師交流；（5）無線傳輸模塊和視覺傳感器的使用，需要查閱傳感器的數(shù)據(jù)手冊，進行調試；（6）系統(tǒng)設計，應查閱芯片手冊，找到相應的引腳；（7）制作實物時多次測試，校對數(shù)據(jù)，修改代碼。

2.2 技術路線

本設計分為機械結構、電路硬件和單片機軟件控制三個部分。首先是機械機構部分，電路要求盡量簡潔，單片機端口配置要合理，以方便之后的單片機程序控制。

本項目設計的系統(tǒng)整體邏輯框圖如圖1所示：

圖1

2.3 主控芯片——STM32系列

STM32F103R8T6/STM32F103是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架構內核的32位處理器產(chǎn)品，內置64KB的Flash、 20K的RAM、12位AD、4個16位定時器和3路USART通訊口等多種資源，時鐘頻率最高可達72M。

2.4 驅動模塊的設計

2.4.1 電機類型——直流減速電機

直流減速電機是由直流電機和齒輪減速器構成的。這種電機是在普通直流電機的基礎上又加入了配套的齒輪減速箱。

2.4.2 電機驅動——MOSFET構成H橋式驅動電路

利用PWM波形來控制電機的速度，再用單片機兩個I/O口控制電機旋轉方向，此電路驅動功率比較大，電機的轉速比較快。

2.5 電源模塊——三段線性穩(wěn)壓器LM2596

由于電源模塊是作為控制器和其他電路的供電單元，它的好壞直接關系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.6 成果檢測

確定設計方案以及采用的基礎模塊之后，對全向車的設計開始了系統(tǒng)的設計，最后經(jīng)過測試，相較于傳統(tǒng)的全向車操作模式，基于STM32和pixy CMUcam5視覺傳感器的雙控制模式的全向車具有更好的操作方式，同時也能夠完成更多的操作任務，同時還可以通過視覺傳感模式增加客戶的體驗感。在本次設計中所采用的各個模塊也能夠把自身的功能較為充分的展現(xiàn)出來。

3.總結

通過本次設計，開發(fā)了全向車的兩種控制模式：遙控操作和手勢控制，增加了操作時的模式選擇，同時利用pixy CMUcam5視覺傳感器探測對目標進行顏色識別，從而能夠確定全向車的行駛方向。采用全新的三輪全向車，能夠向任意方向移動且可零回轉半徑轉動，在遙控探測機器人的移動本體上應用相對于其他輪式移動機構有其獨特的優(yōu)勢，尤其是在狹窄空間中需要對平臺進行細微精確位置調整的場合優(yōu)勢更為明顯。

［1］ WANG Bin，MA Chao，WEN Bing-quan .Design of omni-directional mobile platform based on three Mecanum wheels［J］.Journal of Mechanical &ElectricalEngineering，2013，30（11）：1358－1362，1378.

［2］ P.Oliveira，Armando J.Sousa，A .Paulo Moreira and Paulo J.Costa .Modeling and Assessing of Omni－Directional Robots with Three and Four Wheels.Contemporary Robotics－Challenges and Solutions，B芽ttcher IT Verlag，Bremen，2009

［3］ Yong Liu，J.Jim Zhu，Robert L.Williams II，Jianhua Wu.Omni-directional mobile robot controller based on trajectory linearization.［J］.Robotics and Autonomous Systems，2008，5656：.

［4］ 尉成果，賴歡，王太江.輪式移動機器人軌跡跟蹤控制算法的研究［J］.機電工程，2012，29（6）：730-732.

［5］ 李全利，《單片機原理及應用技術》，高等教育出版社，2009年1月出版.

［6］ 韓毅，楊天.基于HCS12單片機的智能尋跡模型車的設計與實現(xiàn)［J］.學術期刊，2008，29（18）：1535-1955.

西南科技大學國家級綜合性工程訓練中心“智能機器人”創(chuàng)新實踐班西南科技大學大學生創(chuàng)新基金項目：CX16-025

隨著社會的發(fā)展，科技在不斷的進步，越來越多的先進技術開始運用到人們的生活中。為了能夠獲得更多的體驗，近年來人們更注重具有全向系的設計。本文將會對基于STM32和pixy CMUcam5視覺傳感器的雙控制模式全向車進行設計，利用STM32 和pixy CMUcam5視覺傳感器建立一個能增加交互體驗的雙控制模式全向車。