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，將實驗室中實現的功能轉化到實際生活中，造福未來社會，實現自動駕駛、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了一款根據采集所需環境自主搭載所需各種探測設備的智能車系統，該系統的總體結構是以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域或危險區域實現數據采集并進行對應操作等。

關鍵詞：STM32? 傳感器? 控制系統

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

隨著我國社會經濟的全面發展，智能探測車[1]在探測領域已經逐漸取代人工探測，為人們的生活提供了極大的方便。在現實生活中，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、地震等事故頻繁發生，人民生命受到威脅，經濟財產受到了巨大的損失。每當事故發生，事故現場勘察階段在救護過程中是最危險但也是最為重要的環節。現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，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損失，現有設備局限太多，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據通信模塊組成。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送模式進行數據的接收和發送。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。控制部分采用芯片STM32F103ZET6進行數據數據處理及其運算。

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。在進行多數據交互時，可采用高頻通信設備，與PC端進行數據通信，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，PID控制是目前在控制領域應用最為廣泛的閉環自動反饋系統，其結構簡單、控制參數容易設置，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，需要給電機驅動發送8個觸發信號，實現小車的前進、后退、左轉和右轉功能。其功能實現的程序發射端程序流程如圖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端進行數據監控。

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，該設計以nRF24L01模塊進行遠程控制，PC端上位機進行數據監測，經測試表明，系統穩定，制造成本低，數據采集精確且針對各種環境能及時搭建所需設備，大大節省平臺搭建時間，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.嵌入式系統設計與實例開發：基于ARM微處理器與μC/OS-II實時操作系統[M].2版.北京：清華大學出版社，2003.

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