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基于stm32的智能小车设计（一）_基于stm32智能小车毕业设计

作者：智能墨韵书生 | 2024-01-30 12:42:26

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基于stm32智能小车毕业设计

目录

一、原理简述

二、系统硬件设计

1.电机驱动选型

1.1  L298N

1.2  L9110

1.3  DRV8833

1.4 TB6612

2.系统整体硬件设计

3.stm32主控制模块

4.舵机云台

5.超声波模块

三、系统软件设计

1.系统整体软件设计

2.电机驱动及速度的控制

3.舵机云台的控制

4.超声波测距

四、实物展示

五、完整原理图

六、完整代码

        单片机智能小车一直是大家很喜欢的小设计，智能小车的制作虽然难度不高，但是对于初学者来说，由于陌生，因此也总是觉得门槛高。事实上，很多东西都禁不起深挖，当你做完之后才会发现，原来也不过如此。

        我计划在接下来的一段时间里，断断续续地给大家带来智能小车的相关设计，由易到难。涉及蓝牙控、WIFI控、NRF24L01控制，红外遥控控制，红外、超声波避障、寻迹等。每一篇都是一个完整的设计，有着完整的软硬件分析过程，希望可以给你帮助。

        本节将制作一个超声波避障的小车。

一、原理简述

        作为智能小车，最基本的一点肯定是解决电机驱动的问题。

        现在市场上有许多适合小车电机驱动的模块，常见的有L298N、L9110S、DRV8833、TB6612等。这些芯片/模块各有优劣，但是控制原理和方法基本相似。这些芯片/模块的详细介绍可以参照第二章系统硬件设计，将详细地介绍上述几个芯片/模块的重要参数以及使用方法。

        电机驱动解决后，接下来就是超声波模块。超声波配合舵机，可以轻松实现避障，使得小车看上去更加智能。

        本设计主将以stm32为核心，配合电机驱动、舵机和超声波模块，实现小车的自动避障功能。

二、系统硬件设计

1.电机驱动选型

1.1  L298N

工作电压：2.5~46V，

单通道最大输出电流：2A，

逻辑电源（Vss）：4.5~7V，

低电平输入范围：-0.3~1.5V，

高电平输入范围：2.3~Vss，

可驱动两路电机。

应用电路图：

                

         上述应用电路为参考电路，VS和VSS都可以使用5V（不建议使用3.3V），IN输入以及PWM可以使用5V或者3.3V单片机，注意PCB板布线适当加粗，且供电电池保持充足电量。

1.2  L9110

工作电压：2.5V~12V，

连续电流输出能力：DIP8  1.0A（8V）

                                SOP8  0.8A（8V），

输入高电平：2.5V~10V

输入低电平：<0.7V，

单路输出。

真值表：

应用电路图：

                                                  

1.3  DRV8833

输入电压：2.7V~10.8V，

输出电流（VM = 5V，25°C 时），

– 采用 PWP/RTY 封装：每条 H 桥的 RMS 电流为 1.5A，峰值电流为 2A；

– 采用 PW 封装：每条 H 桥的 RMS 电流为500mA，峰值电流为 2A；

• 可以将输出并联，以实现

– 3A RMS 电流、4A 峰值电流（PWP 和 RTY 封装）；

– 1A RMS 电流、4A 峰值电流（PW 封装）；

可驱动两路电机。

应用电路图：

             

       上述应用电路为参考电路，IN输入以及PWM可以使用5V或者3.3V单片机，注意PCB板布线适当加粗，且供电电池保持充足电量。

1.4  TB6612

输入电压：

         VCC：2.7~5.5V       芯片小信号电源

         VM：2.5~13.5V    电机供电

电流：MAX 1.0A   VM>=4.5V

           MAX 0.4A   2.5<=VM<4.5V

PWM：最大支持100KHz。

可驱动两路电机。

真值表：

 应用电路图：

        这些芯片各有优劣，可根据实际情况选择合适的芯片。在本设计中，将采用TB6612作为电机驱动。值得说明的是，目前TB6612已经停产，且价格相对高昂，请谨慎选择。（那为什么我会选择这个呢，因为我还有库存，顺便用了，哈哈哈哈）

2.系统整体硬件设计

        在本设计中，硬件分为stm32主控制模块、TB6612电机驱动模块、超声波模块、舵机模块四个部分。其整体逻辑如下图所示：

        这里需要注意电池的选型，建议选择三洋、松下、索尼等品牌，这些品牌的电池一般输出电流稳定，动力充足。不能贪便宜，否则到时候效果不佳，坑害的是自己。

3.stm32主控制模块

        stm32最小系统板原理图如下所示（看不清请放大）：

         stm32f103c8t6为意法半导体生产的一款高性能32位处理器，采用ARM cortex-M3为内核，在稳定运行的情况下，主频可高达72M，是传统51单片机的性能的几十倍，能完成许多复杂的功能。其最小系统主要包括：stm32芯片、复位电路、时钟电路、电源电路、代码烧录电路和boot选择电路。

        stm32f103c8t6用着丰富的外设，例如GPIO、USART、ADC、PWM、TIMER、硬件SPI、硬件IIC、USB等。在本设计中，将会使用到的它的外设有：GPIO、TIMER和PWM。其中，GPIO和TIMER用于控制电机正反转、控制超声波测距以及舵机转向引脚的信号；PWM用于调节电机转速。
 

4.舵机云台

        舵机云台采用常用的SG90，其实物图如下：

                    

        SG90只有三根线：VCC、GND和信号线（4-6V供电，信号引脚可用5V，也可用3.3V）。其中信号线就是控制舵机旋转的。控制原理图很简单，只需要控制单片机产生周期为20ms，高电平在0.5ms~2.5ms之间的一个方波，事实上，经过实际测试，周期在3-20ms都是可以的。舵机最大只能180°旋转，这里，我们以90°的位置为中心线，具体旋转情况如下（注意左右偏的参考点，这里只表示两种偏向）：

       高电平为1.5ms时，舵机位于中心位置。

        高电平为0.5ms时，舵机左偏90°。

        高电平为2.5ms时，舵机右偏90°。

        具体软件控制方法，将在软件部分详细介绍。

5.超声波模块

        超声波测距模块的实物图如下：

                                            

                    

            超声波模块时利用声波在空气中传输的为原理而设计的。模块通过trig引脚启动声波，此时开始计时，当发出的声波遇到障碍物就会反弹，反弹回来的声波会被超声波模块的探头接收，此时echo引脚状态将发生改变，计时停止，根据声波在控制中传播速度，就可以很方便计算出超声波距离障碍物的距离。

        此模块的供电为5V，trig和echo可接5V单片机，也可以接3.3V单片机。

三、系统软件设计

1.系统整体软件设计

        软件的整体流程图如下：

        stm32首先需要将所有需要用到外设进行初始化，然后进入主循环，不断地进行超声波测距并显示，当前方遇到障碍物时，将启动舵机左右旋转进行分别测距，并将两个距离值进行比较，然后车身往距离更大的一方旋转。如此往复，就完成了整个超声波避障的过程。

2.电机驱动及速度的控制

        在本设计中，电机速度控制由两路PWM控制，分别接在了stm32的PB6和PB9上，为TIM4的通道一和通道四，但由于本设计使用的stm32具体型号为stm32f103c6t6，其外设并没有TIM4，因此，这里采用定时器周期变化产生PWM。事实上，可将TB6612的PWMA和PWMB直接接高电平，这样，电机将在该电压下最高功率运行，但是这样不利于控制。

        在使用定时器周期变化产生PWM前，首先需要初始化TB6612连接stm32的所有GPIO，其初始化代码如下所示：

  1.  
  2. void TB6612_GPIO_Init(void)
  3. {
  4. 	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  5.  
  6. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	 //使能PB端口时钟
  7. 	
  8. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_9;				
  9. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
  10. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
  11. 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化
  12. 	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_9);	
  13.  
  14. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;				
  15. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
  16. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
  17. 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化
  18. 	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15);	
  19. }

       为了使用这些GPIO方便，不妨使用宏定义来给这些GPIO重新起个名字，如下：

  1. #define PWMA PBout(6)
  2. #define PWMB PBout(9)
  3.  
  4. #define AIN1 PBout(14)
  5. #define AIN2 PBout(13)
  6.  
  7. #define BIN1 PBout(15)
  8. #define BIN2 PBout(12)

       使用stm32定时器，首先需要使能所在总线时钟，然后设置定时器定时时间及定时方式，打开定时器，最后编写定时器中断服务函数即可。其具体代码如下：

  1.  
  2. void TIM1_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
  3. {
  4. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  5. 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  6.  
  7. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE); //时钟使能
  8.  
  9. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值	
  10. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  
  11. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
  12. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
  13. 	TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  14.  
  15. 	TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断
  16.  
  17. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_UP_IRQn;  //TIM3中断
  18. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级
  19. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
  20. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
  21. 	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
  22.  
  23. 	TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  //使能TIMx外设
  24. 							 
  25. }
  26. //定时器3中断服务程序
  27. void TIM1_UP_IRQHandler(void)   //TIM3中断
  28. {
  29. 	if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源 
  30. 	{
  31. 		TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源 
  32. 		PWMA = !PWMA;
  33. 		PWMB = !PWMB;
  34. 	}
  35. }

        然后在主函数中调用这两个函数，这里不妨控制定时器的频率为100KHz，产生的PWM频率为50KHz，占空比为50%，如下：

  1. TB6612_GPIO_Init();
  2. TIM1_Int_Init(719, 0);//72000000/720 =  100 000

        如果想让电机控制的速度更快，直接加大定时器3的占空比即可。

        最后就是小车前进、后退，左转、右转和停止的控制了，这个相对简单，具体代码如下：

  1. void go_straight(void)
  2. {
  3. 	AIN1 = 1;
  4. 	AIN2 = 0;
  5. 	BIN1 = 1;
  6. 	BIN2 = 0;
  7. }
  8.  
  9. void go_back(void)
  10. {
  11. 	AIN1 = 0;
  12. 	AIN2 = 1;
  13. 	BIN1 = 0;
  14. 	BIN2 = 1;
  15. }
  16.  
  17. void ture_right(void)
  18. {
  19. 	AIN1 = 1;
  20. 	AIN2 = 0;
  21. 	BIN1 = 0;
  22. 	BIN2 = 1;
  23. }
  24.  
  25. void ture_left(void)
  26. {
  27. 	AIN1 = 0;
  28. 	AIN2 = 1;
  29. 	BIN1 = 1;
  30. 	BIN2 = 0;
  31. }
  32.  
  33. void stop(void)
  34. {
  35. 	AIN1 = 0;
  36. 	AIN2 = 0;
  37. 	BIN1 = 0;
  38. 	BIN2 = 0;
  39. }

        至此，有关电机的控制结束，事实上，换用其他的电机驱动芯片，其驱动方式和上面驱动方式大同小异，甚至直接照搬照抄就可以。

3.舵机云台的控制

        舵机云台的控制原理在前文中已经简单介绍过，软件部分，将采用PWM来控制舵机的转动。在原理图的设计中，舵机信号的控制引脚连接到了STM32的PB5，为定时器3的通道2，因此，这里需要开启stm32定时3通道2的PWM初始化。如下：

  1. void TIM3_PWM_SG90_Init(u16 arr,u16 psc)
  2. {  
  3. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  4. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  5. 	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
  6. 	
  7.  
  8. 	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);	//使能定时器3时钟
  9.  	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
  10. 	
  11. 	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3部分重映射  TIM3_CH2->PB5    
  12.  
  13.    //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形	GPIOB.5
  14. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
  15. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
  16. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  17. 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
  18.  
  19.    //初始化TIM3
  20. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
  21. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
  22. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
  23. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
  24. 	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  25. 	
  26. 	//初始化TIM3 Channel2 PWM模式	 
  27. 	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
  28.  	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
  29. 	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性高
  30. 	TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2
  31.  
  32. 	TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
  33.  
  34. 	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3
  35. 	
  36.  
  37. }

        同样，为了使用方便，这里将一些GPIO，频率，旋转角度等（这里需要联系舵机的控制原理来理解，这里就不再赘述）相关信息，用宏来定义：

  1. #define TIM3_PWM_SG90_PERIOD 	(1200-1)
  2. #define TIM3_PWM_SG90_PRESCALER (1200-1)
  3.  
  4. /* 频率50HZ 20ms */
  5. #define SG90_PWM_FREQ  72000000/((TIM3_PWM_SG90_PERIOD)*(TIM3_PWM_SG90_PRESCALER))
  6.  
  7. #define SG90_CENTRE  	((int)(1.5/20*TIM3_PWM_SG90_PERIOD))
  8. #define SG90_RIGHT	    ((int)(0.5/20*TIM3_PWM_SG90_PERIOD))
  9. #define SG90_LEFT		((int)(2.5/20*TIM3_PWM_SG90_PERIOD))

        PWM的频率为50Hz，及20ms，在主函数调用：

TIM3_PWM_SG90_Init(TIM3_PWM_SG90_PERIOD,TIM3_PWM_SG90_PRESCALER);//PWM频率=72000/((1200)*(1200))=50hz

        后续只需要在需要控制舵机旋转时，调用函数即可，例如，我想控制舵机云台左转，这里这么操作：

TIM_SetCompare2(TIM3, SG90_LEFT);

4.超声波测距

        超声波的控制原理同样在硬件介绍章节中做了介绍。具体的可以查看超声波模块的数据手册。

        首先，需要初始化一个定时器，用于后面对于声波发出到返回的计时，这里使用stm32的定时器2来计时，其初始化函数如下：

  1. void TIM2_Ultrasonic_Init(void)
  2. {
  3. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructer;
  4. 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructer;
  5.  
  6.  
  7. 	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
  8. 	
  9. 	/*定时器TIM2初始化*/
  10. 	TIM_DeInit(TIM2);
  11. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_Period = 999;//定时周期为1000
  12. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_Prescaler = 71; //分频系数72
  13. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//不分频
  14. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  15. 	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructer);
  16. 	
  17. 	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);//开启更新中断
  18. 	
  19. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
  20. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
  21. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
  22. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  23. 	
  24. 	NVIC_Init(&NVIC_InitStructer);
  25. 	TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);//关闭定时器使能
  26.  
  27. }

        然后就可以开始测距了。

        需要控制超声波发出声波，如下：

  1. GPIO_SetBits(TRIG_PORT, TRIG_PIN);  //拉高信号，作为触发信号
  2. delay_us(20);  						//高电平信号超过10us
  3. GPIO_ResetBits(TRIG_PORT, TRIG_PIN);

        然后，需要等待超声波遇到障碍物回弹，同时开启定时器计时：

  1. /*等待回响信号*/
  2. while(GPIO_ReadInputDataBit(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == RESET);
  3. TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//回响信号到来，开启定时器计数
  4. 		
  5. while(GPIO_ReadInputDataBit(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == SET);//回响信号消失
  6. TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);//关闭定时器

        得到从定时器开启到结束的时间：

tim = TIM_GetCounter(TIM2);//获取计TIM2数寄存器中的计数值，一边计算回响信号时间

        得到这个时间后，根据声波在空气中传播的速度为340m/s（25℃），就可以得到超声波模块距离障碍物的大致距离（单位：cm）：

distance = (tim + overcount * 1000) / 58.0;//通过回响信号计算距离

        为了使得测量的距离更加准确和稳定，这里采用多次测量求平均值的方法：去掉一个最大值，去掉一个最小值，然后求平均值。如下：

  1. float get_ultrasonic_distance(void)
  2. {
  3. 	float distance = 0;
  4. 	u16 tim;
  5. 	GPIO_SetBits(TRIG_PORT, TRIG_PIN);  //拉高信号，作为触发信号
  6. 	delay_us(20);  						//高电平信号超过10us
  7. 	GPIO_ResetBits(TRIG_PORT, TRIG_PIN);
  8.  
  9. 	/*等待回响信号*/
  10. 	while(GPIO_ReadInputDataBit(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == RESET);
  11. 	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//回响信号到来，开启定时器计数
  12. 		
  13. 	while(GPIO_ReadInputDataBit(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == SET);//回响信号消失
  14. 	TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);//关闭定时器
  15. 		
  16. 	tim = TIM_GetCounter(TIM2);//获取计TIM2数寄存器中的计数值，一边计算回响信号时间
  17. 		
  18. 	distance = (tim + overcount * 1000) / 58.0;//通过回响信号计算距离
  19. 		
  20. 	TIM2->CNT = 0;  //将TIM2计数寄存器的计数值清零
  21. 	overcount = 0;  //中断溢出次数清零
  22. 	delay_ms(1);
  23. 	return distance;		//距离作为函数返回值
  24. }
  25.  
  26.  
  27. void bubble(unsigned long *a, int n)
  28.  
  29. {
  30.   int i, j, temp;
  31.   for (i = 0; i < n - 1; i++)
  32.   {
  33.     for (j = i + 1; j < n; j++)
  34.     {
  35.       if (a[i] > a[j])
  36.       {
  37.         temp = a[i];
  38.         a[i] = a[j];
  39.         a[j] = temp;
  40.       }
  41.     }
  42.   }
  43. }
  44.  
  45. float get_average_distance(void)
  46. {
  47. 	float Distance;
  48. 	unsigned long ultrasonic[5] = {0};
  49. 	int a,num = 0;
  50. 	int lastDistance;
  51. 	while (num < 5)
  52. 	{
  53. 		Distance = get_ultrasonic_distance();
  54. 		while(((int)Distance >= 500 || (int)Distance == 0))
  55. 		{
  56. 			Distance = get_ultrasonic_distance();
  57. 		}
  58.  
  59. 		if(Distance >0 || (int)Distance <500)
  60. 		{
  61. 			ultrasonic[num] = Distance;
  62. 			//lastDistance=Distance;
  63. 			num++;
  64. 			delay_ms(10);
  65. 		}
  66.  
  67. 	}
  68. 	num = 0;
  69. 	bubble(ultrasonic, 5);
  70. 	Distance = (ultrasonic[1] + ultrasonic[2] + ultrasonic[3]) / 3;
  71. 	return Distance;
  72. 	//printf("Distance=%d\n",Distance);
  73. }
  74.

          至此，超声波测距介绍结束。

四、实物展示

 

 

五、完整原理图

六、完整代码

pwm.c

  1. #include "pwm.h"
  2.  
  3. //TIM3 PWM部分初始化 
  4. //PWM输出初始化
  5. //arr：自动重装值
  6. //psc：时钟预分频数
  7. void TIM3_PWM_SG90_Init(u16 arr,u16 psc)
  8. {  
  9. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  10. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  11. 	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
  12. 	
  13.  
  14. 	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);	//使能定时器3时钟
  15.  	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
  16. 	
  17. 	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3部分重映射  TIM3_CH2->PB5    
  18.  
  19.    //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形	GPIOB.5
  20. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
  21. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
  22. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  23. 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
  24.  
  25.    //初始化TIM3
  26. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
  27. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
  28. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
  29. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
  30. 	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  31. 	
  32. 	//初始化TIM3 Channel2 PWM模式	 
  33. 	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
  34.  	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
  35. 	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性高
  36. 	TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2
  37.  
  38. 	TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
  39.  
  40. 	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3
  41. 	
  42.  
  43. }

pwm.h

  1. #ifndef __PWM_H
  2. #define __PWM_H
  3. #include "sys.h"
  4.  
  5. #define TIM3_PWM_SG90_PERIOD 	(1200-1)
  6. #define TIM3_PWM_SG90_PRESCALER (1200-1)
  7.  
  8. /* 频率50HZ 20ms */
  9. #define SG90_PWM_FREQ  72000000/((TIM3_PWM_SG90_PERIOD)*(TIM3_PWM_SG90_PRESCALER))
  10.  
  11. #define SG90_CENTRE  	((int)(1.5/20*TIM3_PWM_SG90_PERIOD))
  12. #define SG90_RIGHT	((int)(0.5/20*TIM3_PWM_SG90_PERIOD))
  13. #define SG90_LEFT		((int)(2.5/20*TIM3_PWM_SG90_PERIOD))
  14. 	
  15.  
  16. void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc);
  17. void TIM3_PWM_SG90_Init(u16 arr,u16 psc);
  18.  
  19. #endif

car.c

  1. #include "car.h"
  2.  
  3.  
  4. void TIM1_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
  5. {
  6. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  7. 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  8.  
  9. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE); //时钟使能
  10.  
  11. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值	
  12. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  
  13. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
  14. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
  15. 	TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  16.  
  17. 	TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM1中断,允许更新中断
  18.  
  19. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_UP_IRQn;  //TIM3中断
  20. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级
  21. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
  22. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
  23. 	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
  24.  
  25. 	TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  //使能TIMx外设
  26. 							 
  27. }
  28. //定时器1中断服务程序
  29. void TIM1_UP_IRQHandler(void)   //TIM1中断
  30. {
  31. 	if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源 
  32. 	{
  33. 		TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源 
  34. 		PWMA = !PWMA;
  35. 		PWMB = !PWMB;
  36. 	}
  37. }
  38.  
  39.  
  40. void TB6612_GPIO_Init(void)
  41. {
  42. 	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  43.  
  44. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	 //使能PB端口时钟
  45. 	
  46. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_9;				
  47. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
  48. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
  49. 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化
  50. 	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_9);	
  51.  
  52. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;				
  53. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
  54. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
  55. 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化
  56. 	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15);	
  57. }
  58.  
  59.  
  60. void go_straight(void)
  61. {
  62. 	AIN1 = 1;
  63. 	AIN2 = 0;
  64. 	BIN1 = 1;
  65. 	BIN2 = 0;
  66. }
  67.  
  68. void go_back(void)
  69. {
  70. 	AIN1 = 0;
  71. 	AIN2 = 1;
  72. 	BIN1 = 0;
  73. 	BIN2 = 1;
  74. }
  75.  
  76. void ture_right(void)
  77. {
  78. 	AIN1 = 1;
  79. 	AIN2 = 0;
  80. 	BIN1 = 0;
  81. 	BIN2 = 1;
  82. }
  83.  
  84. void ture_left(void)
  85. {
  86. 	AIN1 = 0;
  87. 	AIN2 = 1;
  88. 	BIN1 = 1;
  89. 	BIN2 = 0;
  90. }
  91.  
  92. void stop(void)
  93. {
  94. 	AIN1 = 0;
  95. 	AIN2 = 0;
  96. 	BIN1 = 0;
  97. 	BIN2 = 0;
  98. }

car.h

  1. #ifndef __CAR_H__
  2. #define __CAR_H__
  3.  
  4. #include "sys.h"
  5. #include "delay.h"
  6.  
  7. #define PWMA PBout(6)
  8. #define PWMB PBout(9)
  9.  
  10. #define AIN1 PBout(14)
  11. #define AIN2 PBout(13)
  12.  
  13. #define BIN1 PBout(15)
  14. #define BIN2 PBout(12)
  15.  
  16.  
  17. void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc);
  18. void TB6612_GPIO_Init(void);
  19. void go_straight(void);
  20. void ture_left(void);
  21. void go_back(void);
  22. void ture_right(void);
  23. void stop(void);
  24.  
  25. #endif

ultrasonic.c

  1. #include "ultrasonic.h"
  2.  
  3. /*记录定时器溢出次数*/
  4. unsigned int overcount = 0;
  5.  
  6. void ultrasonic_gpio_init(void)
  7. {
  8.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  9. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(TRIG_RCC, ENABLE);
  10.     RCC_APB2PeriphClockCmd(ECHO_RCC, ENABLE);
  11. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TRIG_PIN;	
  12. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  13. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 
  14. 	GPIO_Init(TRIG_PORT, &GPIO_InitStructure);
  15.     
  16.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ECHO_PIN;	
  17. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; 
  18. 	GPIO_Init(ECHO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  19. }
  20.  
  21. void TIM2_Ultrasonic_Init(void)
  22. {
  23. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructer;
  24. 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructer;
  25.  
  26.  
  27. 	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
  28. 	
  29. 	/*定时器TIM2初始化*/
  30. 	TIM_DeInit(TIM2);
  31. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_Period = 999;//定时周期为1000
  32. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_Prescaler = 71; //分频系数72
  33. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//不分频
  34. 	TIM_TimeBaseInitStructer.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  35. 	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructer);
  36. 	
  37. 	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);//开启更新中断
  38.  
  39. 	/*定时器中断初始化*/
  40. 	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  41. 	
  42. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
  43. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
  44. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
  45. 	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  46. 	
  47. 	NVIC_Init(&NVIC_InitStructer);
  48. 	TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);//关闭定时器使能
  49.  
  50. }
  51.  
  52. void TIM2_IRQHandler(void) //中断，当回响信号很长是，计数值溢出后重复计数，用中断来保存溢出次数
  53. {
  54. 	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) != RESET)
  55. 	{
  56. 		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);//清除中断标志
  57. 		overcount++;	
  58. 	}
  59. }
  60. float get_ultrasonic_distance(void)
  61. {
  62. 	float distance = 0;
  63. 	u16 tim;
  64. 	GPIO_SetBits(TRIG_PORT, TRIG_PIN);  //拉高信号，作为触发信号
  65. 	delay_us(20);  						//高电平信号超过10us
  66. 	GPIO_ResetBits(TRIG_PORT, TRIG_PIN);
  67.  
  68. 	/*等待回响信号*/
  69. 	while(GPIO_ReadInputDataBit(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == RESET);
  70. 	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//回响信号到来，开启定时器计数
  71. 		
  72. 	while(GPIO_ReadInputDataBit(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == SET);//回响信号消失
  73. 	TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);//关闭定时器
  74. 		
  75. 	tim = TIM_GetCounter(TIM2);//获取计TIM2数寄存器中的计数值，一边计算回响信号时间
  76. 		
  77. 	distance = (tim + overcount * 1000) / 58.0;//通过回响信号计算距离
  78. 		
  79. 	TIM2->CNT = 0;  //将TIM2计数寄存器的计数值清零
  80. 	overcount = 0;  //中断溢出次数清零
  81. 	delay_ms(1);
  82. 	return distance;		//距离作为函数返回值
  83. }
  84.  
  85.  
  86. void bubble(unsigned long *a, int n)
  87.  
  88. {
  89.   int i, j, temp;
  90.   for (i = 0; i < n - 1; i++)
  91.   {
  92.     for (j = i + 1; j < n; j++)
  93.     {
  94.       if (a[i] > a[j])
  95.       {
  96.         temp = a[i];
  97.         a[i] = a[j];
  98.         a[j] = temp;
  99.       }
  100.     }
  101.   }
  102. }
  103.  
  104. float get_average_distance(void)
  105. {
  106. 	float Distance;
  107. 	unsigned long ultrasonic[5] = {0};
  108. 	int a,num = 0;
  109. 	int lastDistance;
  110. 	while (num < 5)
  111. 	{
  112. 		Distance = get_ultrasonic_distance();
  113. 		while(((int)Distance >= 500 || (int)Distance == 0))
  114. 		{
  115. 			Distance = get_ultrasonic_distance();
  116. 		}
  117.  
  118. 		if(Distance >0 || (int)Distance <500)
  119. 		{
  120. 			ultrasonic[num] = Distance;
  121. 			//lastDistance=Distance;
  122. 			num++;
  123. 			delay_ms(10);
  124. 		}
  125.  
  126. 	}
  127. 	num = 0;
  128. 	bubble(ultrasonic, 5);
  129. 	Distance = (ultrasonic[1] + ultrasonic[2] + ultrasonic[3]) / 3;
  130. 	return Distance;
  131. 	//printf("Distance=%d\n",Distance);
  132. }

ultrasonic.h

  1. #ifndef __ULTRASONIC_H__
  2. #define __ULTRASONIC_H__
  3.  
  4. #include "delay.h"
  5. #include "sys.h"
  6.  
  7. #define TRIG_RCC		RCC_APB2Periph_GPIOB
  8. #define ECHO_RCC		RCC_APB2Periph_GPIOB
  9.  
  10. #define TRIG_PIN		GPIO_Pin_8
  11. #define ECHO_PIN		GPIO_Pin_7
  12.  
  13. #define TRIG_PORT		GPIOB
  14. #define ECHO_PORT		GPIOB
  15.  
  16. void ultrasonic_gpio_init(void);
  17. void TIM2_Ultrasonic_Init(void);
  18. float get_ultrasonic_distance(void);
  19. void bubble(unsigned long *a, int n);
  20. float get_average_distance(void);
  21.  
  22. #endif

main.c

  1. #include "led.h"
  2. #include "delay.h"
  3. #include "sys.h"
  4. #include "pwm.h"
  5. #include "lcd1602.h"
  6. #include "ultrasonic.h"
  7. #include <stdio.h>
  8. #include <string.h>
  9. #include "car.h"
  10.  
  11. u8 display_buf[16] = {0};
  12.  
  13. int main(void)
  14. {	
  15. 	float left_distance = 0.0;
  16. 	float right_distance = 0.0;
  17. 	float current_distance = 0.0;
  18. 	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  19. 	delay_init();	    	  
  20. 	LED_Init();		  
  21. 	LCD1602_Init();   
  22. 	TIM3_PWM_SG90_Init(TIM3_PWM_SG90_PERIOD,TIM3_PWM_SG90_PRESCALER);//PWM频率=72000/((1200)*(1200))=50hz 
  23.    
  24.     ultrasonic_gpio_init();
  25. 	TIM2_Ultrasonic_Init();
  26.     
  27. 	TB6612_GPIO_Init();
  28. 	TIM1_Int_Init(719, 0);//72000000/720 =  100KHz 
  29. 	TIM_SetCompare2(TIM3, SG90_CENTRE);
  30.     delay_ms(1000);
  31. 	while(1)
  32. 	{
  33. 		current_distance = get_average_distance();
  34.         sprintf((char *)display_buf, "dis:%3.0fcm   ", current_distance);
  35. 		LCD1602_Show_Str(0,0,display_buf, strlen((char *)display_buf));
  36. 		if(current_distance <= 30.0)  //距离小于30cm
  37. 		{
  38. 			stop();  //停止
  39. 			delay_ms(100);
  40. 			TIM_SetCompare2(TIM3, SG90_LEFT); //舵机左转
  41. 			delay_ms(1000);
  42. 			left_distance = get_average_distance(); //得到左边的距离
  43. 			TIM_SetCompare2(TIM3, SG90_RIGHT); //右转
  44. 			delay_ms(1000);
  45. 			right_distance = get_average_distance(); //得到右边的距离
  46.            
  47.             TIM_SetCompare2(TIM3, SG90_CENTRE);
  48.              delay_ms(1000);
  49.             if(left_distance > right_distance)
  50.             {
  51.                 go_back();
  52.                 delay_ms(600);
  53.                 ture_left();
  54.                 delay_ms(300);
  55.             }
  56.             else 
  57.             {
  58.                 go_back();
  59.                 delay_ms(600);
  60.                 ture_right();
  61.                 delay_ms(300);
  62.             }
  63. 		}
  64.         else
  65.         {
  66.             go_straight();
  67.         }
  68.  
  69. 	} 
  70. }
  71.

注：工程源码的模板参考正点原子stm32f103系列标准库版。

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