一種多功能的數字智能化小車

孫李生

摘要：隨著科學技術的發展和生活水平的提高，近幾年無人駕駛逐漸火熱，而無人駕駛汽車是智能小車的一種。本設計是基于STM32F429IGT6開發板制作的數字智能化小車，主要功能有：紅外尋跡、超聲波避障、WIFI和藍牙通信、WPM占空比控制IO口電流輸出和周圍溫度監測。采用模塊化，結合具體實際情況，具有擴展性好、操作便捷、傳輸安全和控制簡單等優點。

關鍵詞：stm32；智能小車；傳感器；無線通信

一、引言

智能汽車作為一種全新的汽車概念和汽車產品，在不久的將來會成為汽車生產和汽車市場的主流產品。因此，為了規范智能汽車的研究設計開發生產和銷售，避免將來可能發生的混亂局面和減少不必要的損失，應該在智能汽車出現之初，就抓緊相關標準的研究制定工作。本文就是這一背景下提出對智能小車的研究，并取得了一定的成果。

二、整體系統框架

本系統所設計的智能小車系統主要由以Cortex-M4為架構STM32F429IGT6為主要控制芯片，其中結合采用了超聲波測距模塊， 紅外傳感器、電機驅動模塊，溫度傳感器、無線通信模塊、攝像頭、按鍵和蜂鳴器及相應外圍電路組成，可由手機端的app控制小車。通過按鍵可選擇小車工作模式， 紅外傳感器采集道路信息及測量車速， 通過電機驅動模塊驅動電機，小車根據賽道狀況結合車輪轉速， 完成特定軌跡。通過超聲波測距，當小車遇到障礙物時蜂鳴器會發出警報并自行避開。系統框圖如圖1所示。

（一）系統的硬件設計

1.超聲波避障模塊

采用的超聲波模塊是HC-SR04，模塊的工作方式如下：

當觸發信號發出10μs的高電平之后，模塊自動發出8個40Khz的方波，并自動檢測是否有信號返回；通過程序算法計算小車與障礙物之間的距離，但距離大于10cm時不做警報；當距離小于10cm時，此時蜂鳴器響起，紅色的LED發出警報色，同時采用了pwm電脈沖，蜂鳴器響應的頻率和LED閃爍的頻率將隨著距離的縮小而線性地去提高。

2.紅外尋跡模塊

由紅外線發射和接收管、LM339電壓比較器及其周圍其他元器件組成；一般的尋跡模塊只是單限比較器，沒有加入遲滯電路，輸出電壓會隨著輸入電壓的干擾，最終導致小車實際的機動性能不夠靈活。

3.電機驅動模塊

采用的是L298N電機驅動模塊和28BYJ-48步進電機，其中L298電機驅動模塊可驅動電壓在+5-+35V之間。

4.溫度與時間模塊

由溫度傳感器DS18B20和STM32F429IGT6內部的TIM（定時器）組成，實時監測周圍環境的溫度，對實際車輛進行仿真，避免了小車電機和控制器運行出現意外事件。

5.無線通信模塊及攝像頭

通信采用的是基于SDIO接口，符合wifi無線網絡標準的SDIO-Wifi模塊，有傳輸數據快，兼容SD、MMC接口等特點。攝像頭方面用的是500萬像素的高清攝像頭OV5640，彩色，2592*1944分辨率。

當然，為了進一步保證系統的穩定性，還啟動了備用通信方式——藍牙。

采用的是BH-HC05藍牙串口模塊，支持的頻率范圍在4800-1382400之間，本項目采用的是9600的波特率。在安卓手機app上配對相對應的藍牙設備即可。

（二）系統的軟件設計

該系統選用了STM32F429IGT6作為主控芯片，工作頻率高達180多MHZ，具有17TIM，3個ADC通道。

下圖為系統的執行流程：

當通上電源，系統初始化后可通過無線通信方式開啟小車。當然，可以通過小車上的按鍵去打開L298N驅動去驅動車輪進行特定的軌跡行駛，也可以通過手機上的app進行控制。

此時，我們事先在app上設定了小車的左右轉、前后進、緊急停止、關閉警報裝置（LED和蜂鳴器）和控制小車攝像頭的開關；通過app上的頁面也可以實時監測到小車的周圍溫度和與障礙物之間的距離。

以下為小車的尋跡行駛：

當我們手動或者通過無線通信方式啟動小車之后，小車的紅外尋跡模塊會實時收到從外界返回來的數據，通過高低電平去判斷走的路線是否為黑線，并通過多個傳感器返回的電平數值去判斷是否要進行拐彎操作。

三、結語

本文研究了一種通過無線通信方式，實現移動終端與智能小車之間實現實時傳輸圖像，超聲波避障、紅外尋跡、實時報警、通過手機的app去控制小車的行動；從而達到了通過小車可實時監測周圍環境、自我保護、實用簡單便捷穩定的目的，體現了小車的多功能和智能性。

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