代码收藏家技术教程 2024-12-30

STM32实现简单的智能车

智能车（Smart Car）是一种基于嵌入式系统的智能交通工具，它能够通过自主感知和决策，实现自动驾驶和避免障碍物等功能。在本篇文章中，我将介绍如何使用STM32微控制器实现一个简单的智能车，包括电机驱动、传感器采集、运动控制和决策等功能。以下是具体的内容。

一、硬件准备我们需要准备以下硬件：

STM32单片机开发板：例如STM32F407VGT6；
电机驱动器：可以选择L298N或者TB6612FNG等；
电机：两个直流电机用于驱动车轮；
超声波传感器：用于测量距离，例如HC-SR04；
光电传感器：用于检测黑线，例如光敏电阻；
LED指示灯：用于显示车辆状态；
电源供应：例如锂电池或者电源适配器。

二、电机驱动电机驱动器（Motor Driver）用于控制电机的转动方向和速度。在本例中，我们使用L298N电机驱动器。首先，将STM32的IO口连接到电机驱动器的控制引脚上。然后，配置STM32的IO口为输出模式，并设置电平来控制电机的转动方向和速度。

以下是使用STM32的HAL库进行电机驱动的代码示例：

#include "stm32f4xx.h"

#define MOTOR1_PIN_A GPIO_PIN_0
#define MOTOR1_PIN_B GPIO_PIN_1
#define MOTOR2_PIN_A GPIO_PIN_2
#define MOTOR2_PIN_B GPIO_PIN_3

void motor_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // Enable GPIO clock
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    // Configure motor control pins as output
    GPIO_InitStructure.Pin = MOTOR1_PIN_A | MOTOR1_PIN_B | MOTOR2_PIN_A | MOTOR2_PIN_B;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

void motor_forward(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR1_PIN_A, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR1_PIN_B, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR2_PIN_A, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR2_PIN_B, GPIO_PIN_RESET);
}

void motor_backward(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR1_PIN_A, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR1_PIN_B, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR2_PIN_A, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR2_PIN_B, GPIO_PIN_SET);
}

void motor_stop(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR1_PIN_A, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR1_PIN_B, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR2_PIN_A, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, MOTOR2_PIN_B, GPIO_PIN_RESET);
}

以上代码中，motor_init()函数用于初始化电机控制引脚；motor_forward()函数用于使电机向前转动；motor_backward()函数用于使电机向后转动；motor_stop()函数用于停止电机转动。

三、传感器采集在智能车中，我们需要使用传感器来采集环境信息，例如测量距离和检测黑线等。在本例中，我们使用超声波传感器测量距离，使用光电传感器检测黑线。

超声波传感器超声波传感器（Ultrasonic Sensor）可以用来测量离传感器的障碍物的距离。它通过发送超声波脉冲，并通过接收超声波反射来计算距离。以下是使用STM32的HAL库进行超声波传感器采集的代码示例：

#include "stm32f4xx.h"

#define TRIG_PIN GPIO_PIN_4
#define ECHO_PIN GPIO_PIN_5

volatile uint32_t distance = 0;

void ultrasonic_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    // Enable GPIO and EXTI clock
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();
    
    // Configure trigger pin as output
    GPIO_InitStructure.Pin = TRIG_PIN;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // Configure echo pin as input
    GPIO_InitStructure.Pin = ECHO_PIN;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // Configure EXTI line for echo pin
    __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();
    EXTI_InitStructure.Line = EXTI_LINE_5;
    EXTI_InitStructure.Mode = EXTI_MODE_INTERRUPT;
    EXTI_InitStructure.Trigger = EXTI_TRIGGER_FALLING;
    EXTI_InitStructure.LineCmd = ENABLE;
    HAL_EXTI_SetConfigLine(&EXTI_InitStructure);
    
    // Enable EXTI interrupt
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x00;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn);
}

void ultrasonic_trigger(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(10);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(ECHO_PIN) != RESET)
    {
        HAL_GPIO_EXTI_ClearITPendingBit(ECHO_PIN);
        distance = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    }
}

以上代码中，ultrasonic_init()函数用于初始化超声波传感器的引脚和中断；ultrasonic_trigger()函数用于触发超声波传感器测量；EXTI9_5_IRQHandler()函数用于处理超声波传感器的回调中断。

光电传感器光电传感器（Photosensor）可以用来检测黑线。它通过检测光强度的变化来判断是否经过黑线。以下是使用STM32的HAL库进行光电传感器采集的代码示例：

#include "stm32f4xx.h"

#define LINE_SENSOR_PIN GPIO_PIN_6

uint8_t line_sensor_read(void)
{
    return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, LINE_SENSOR_PIN);
}

以上代码中，line_sensor_read()函数用于读取光电传感器的值。

四、运动控制智能车的运动控制是基于传感器采集的结果和预设的决策算法来实现的。在本例中，我们使用超声波传感器的距离来检测障碍物，并使用光电传感器检测黑线。

以下是一个简单的运动控制示例代码：

#include "stm32f4xx.h"

void motion_control(void)
{
    // Read ultrasonic sensor to detect obstacles
    ultrasonic_trigger();
    if (distance < 20)
    {
        // Obstacle detected, stop and change direction
        motor_stop();
        HAL_Delay(1000);
        motor_backward();
        HAL_Delay(1000);
        motor_stop();
        HAL_Delay(1000);
        motor_forward();
    }
    
    // Read line sensor to detect black line
    if (line_sensor_read() == 0)
    {
        // Black line detected, turn left
        motor_stop();
        HAL_Delay(1000);
        motor_backward();
        HAL_Delay(1000);
        motor_stop();
        HAL_Delay(1000);
        motor_forward();
    }
}

以上代码中，motion_control()函数用于实现智能车的运动控制逻辑。当超声波传感器检测到障碍物时，智能车会停下

作者：xiaoalla