基于STM32的探測車平臺設計

劉升 劉紅

摘? 要：智能車是智能交通的重要組成部分，在實驗室和實際生活中扮演著承上啟下的作用，將實驗室中實現(xiàn)的功能轉化到實際生活中，造福未來社會，實現(xiàn)自動駕駛、自動避障、道路自主識別等功能。同時，在信息采集及危險區(qū)域操作方面也能做出突出貢獻，避免不必要的人員傷亡。文中設計利用嵌入式技術實現(xiàn)了一款根據(jù)采集所需環(huán)境自主搭載所需各種探測設備的智能車系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總體結構是以STM32F10x系列芯片為核心，結合L298N電機驅動、圖傳設備及探測設備插接口驅動的軟、硬件設計。智能車能夠進入未知區(qū)域或危險區(qū)域實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并進行對應操作等。

關鍵詞：STM32? 傳感器? 控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP242 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（c）-0056-02

隨著我國社會經(jīng)濟的全面發(fā)展，智能探測車[1]在探測領域已經(jīng)逐漸取代人工探測，為人們的生活提供了極大的方便。在現(xiàn)實生活中，由于對未知空間的探索和偵察會存在一定的危險性，如果需要通過相關工作人員親身實地去進行實地偵察，可能會造成不必要的損失，甚至危及到生命的安全，因此文中設計了一款無線探測車進行遠程操作，對未知進行實時偵察和功能操作，從而把工程成本和可能受到的危險降至最低。此外近年來，我國火災、礦難、地震等事故頻繁發(fā)生，人民生命受到威脅，經(jīng)濟財產(chǎn)受到了巨大的損失。每當事故發(fā)生，事故現(xiàn)場勘察階段在救護過程中是最危險但也是最為重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的救援設備體積龐大、受自身的限制根本進入不了坍塌造成狹窄的地區(qū)，若強行進入，救援就可能會適得其反，導致更多的人員傷亡和財產(chǎn)損失，現(xiàn)有設備局限太多，需進化升級。與其相比，小型的探測車成本更低，運動更加靈活，并可以在狹小的環(huán)境中工作。

1? 智能車平臺的總體設計

1.1 硬件構成

該文設計的智能車主要由電機、電機驅動、主控芯片[2]、設備連接驅動端口和無線數(shù)據(jù)通信模塊組成。該文設計采用nRF24L01無線模塊進行智能車的運動控制。nRF24L01無線模塊功能強大，是一款新型單片射頻收發(fā)器件，在該設計中使用了兩個工作nRF24L01無線模塊，分別安裝在控制端和智能車上，由單片機上電配置成接收模式和發(fā)送模式進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。驅動部分采用L298n驅動，L298n是一種雙H橋電機驅動芯片，其中每個H橋可以提供2A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5～48V，邏輯部分5V供電，接受5vTTL電平?？刂撇糠植捎眯酒琒TM32F103ZET6進行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理及其運算。

1.2 無線控制

控制部分[3]采用nRF24L01和STM32F103ZET6進行信息交互，在進行智能車控制的運動外，同時進行采集設備的動作控制。在進行多數(shù)據(jù)交互時，可采用高頻通信設備，與PC端進行數(shù)據(jù)通信，在PC端搭建上位機，由上位機顯示所采集的信息，同時也可利用上位機對小車的實時PID調節(jié)，PID控制是目前在控制領域應用最為廣泛的閉環(huán)自動反饋系統(tǒng)，其結構簡單、控制參數(shù)容易設置，比其他控制器更為成熟。

2? 智能車的硬件電路設計

2.1 MCU的最小系統(tǒng)原理圖

該課題設計主控芯片采用STM32F103ZET6芯片，讓STM32F103ZET6芯片正常工作還需要一些外圍電路，主要是電源電路和外部時鐘電路。該課題設計采用5V供電;外部時鐘晶振電路采用8MHz晶振，后使用軟件倍頻至72MHz。

2.2 電機驅動電路

該設計采用四輪驅動，使用到了2個L298n驅動，分別控制兩個對應的電機，雙H橋設計，通過輸入脈沖信號來進行控制，輸出PWM波進行電機調速和正反轉。

2.3 設備采集端口

在芯片中提前燒入待組配的設備程序，在組裝對應設備時直接調用該程序，將其控制芯片端口引出，封裝成塊，作為待定設備使用端口，極大地豐富了設備多樣性。

3? 四軸飛行器的程序設計

3.1 智能車控制設計

智能車采用四輪驅動，需要給電機驅動發(fā)送8個觸發(fā)信號，實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉和右轉功能。其功能實現(xiàn)的程序發(fā)射端程序流程如圖1所示。

3.2 智能車平臺設備控制設計

設備操作是設計的上層應用層，該設計采用匿名數(shù)傳模塊進行設備和PC端上位機之間信息交互，在PC端進行數(shù)據(jù)監(jiān)控。

4? 結語

該文研究并設計了以STM32F103為控制核心的智能探測車平臺，以此平臺為探測平臺基礎，搭建信息采集系統(tǒng)，該設計以nRF24L01模塊進行遠程控制，PC端上位機進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，經(jīng)測試表明，系統(tǒng)穩(wěn)定，制造成本低，數(shù)據(jù)采集精確且針對各種環(huán)境能及時搭建所需設備，大大節(jié)省平臺搭建時間，針對性強，同時相較于固定不可拆卸的智能車平臺在針對不同環(huán)境時大大減輕了不必要的負載，最大化利用了智能車平臺的有限空間，使之更好地運行探測采集工作。

參考文獻

[1] 周柱.基于STM32的智能小車研究[D].西南交通大學，2011.

[2] 王田苗.嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)：基于ARM微處理器與μC/OS-II實時操作系統(tǒng)[M].2版.北京：清華大學出版社，2003.

[3] 勾慧蘭，劉光超.基于STM32的最小系統(tǒng)及串口通信的實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2012，25（9）：30-32.