基于STM32的可遥控智能跟随小车的设计与实现

1、引言

智能小车是一个集自动控制、环境监测、无线遥控等多功能于一体的综合系统，人们习惯称其为移动轮式机器人，目前以单片机为核心的移动机器人还存在处理数据局限、控制不稳定等不足之处，国内市场暂时还没有出现具有真正意义的跟随性智能载物小车。本设计基于单片机的智能小车测距模块、红外遥控模块和小车智能控制模块，通过软硬件设计调试，实现了小车的自动跟随状态。主要利用超声波测距模块实现小车与目标之间距离的实时检测，当两者距离较近小车就“缓慢跟随”，一旦测得距离较远，小车将“加快脚步”，直到追上目标，并且小车可以跟随目标一起转弯，不会“跟丢”。

2、硬件设计

2．1、系统总体设计

为实现小车智能跟随，采用了超声波测距、电机驱动、红外遥控等功能模块设计。通过超声波所测距离，判断小车快速前进，慢速前进或停止。小车以STM32为主控芯片，将2个超声波测距模块测得的距离值经过运算后，输出两路PWM（PｕLSEWIDTHMODｕLATION）波分别控制左右2个电机的转速。电源给控制部分和电机驱动部分供电。另外STM32连接了LCD显示模块和红外接收电路，分别用于显示运动、状态信息和接收遥控器的控制信号。系统总体设计如图1所示。

图1  系统总体

2．2、超声波测距模块

超声波是指频率高于20KHｚ的声波，超声波在介质中传播时遇到不同的界面将产生反射、绕射、折射等原理在各行各业得到广泛应用。本设计所使用的测距模块为HC－SR04超声波模块，该模块测量范围为3～400CM，精度最高可达3MM，由超声波发射探头、控制电路和驱动电路组成。模块对外引出4个引脚分别为VCC、GND、TRIG和ECHO。测距需要IO口触发，即先给控制端TRIG至少10μS的高电平信号，模块将自动发送8个40KHｚ的方波并自动检测ECHO端是否有返回信号，若有返回信号则高电平持续时间即为超声波在空气中传播的时间。由此可得：测试距离＝（高电平时间×声速）／2。因此将模块的VCC、GND接入系统电源，TRIG、ECHO端接单片机普通IO口即可实现超声波测距。

2．3、电机驱动模块

小车通过一个L298N电机驱动模块驱动左右电机控制小车的运动。电机采用PWM调速，即改变直流电机电枢电压的的占空比来改变平均电压，从而实现直流电机调速。除了2个电机对应的PWM信号调速之外，该模块还需要4路逻辑输入控制电机M1、M2转向，模块连接如图2所示。因此将PWM信号输入端接入单片机定时器输出，逻辑输入端接单片机配置为输出模式的IO口即可实现对该模块的控制。

图2  电机驱动模块连接