STM32智能小车课程设计

​ 《STM32智能小车课程设计》

教学内容主要围绕如下几个方面展开：掌握项目开发的完整流程；掌握高效的项目概要框架设计方法，会进行科学的技术模块设计；掌握缜密的项目详细技术设计思想，根据数据流设计完善的程序接口；掌握项目开发的核心调试方法，能快速定位缺陷并及时修复；掌握前沿的嵌入式开发技术，将学过的知识灵活实践在项目开发用中；掌握KEIL4的使用，能对市场上大部分的单片机进行编程调试开发；灵活运用GPIO、中断、总线、网络通信等技术为智能小车系统提供稳定高效的功能；掌握传感器的外设使用，学会看时序图，帮助文档等参考资料；掌握主流无线通信技术，实现远程智能小车控制。

STM32智能小车开发环境搭建

1.1 STM32CubeIDE 介绍

STM32CubeIDE集成了STM32CubeMX的STM32配置与项目创建功能，以便提供一体化工具体验，并节省安装与开发时间。用户可以通过所选板卡或示例选择一个空的STM32 MCU或MPU，或者预配置微控制器或微处理器之后，将创建项目并生成初始化代码。在开发过程的任何时间，用户均可返回外设或中间件的初始化和配置阶段，并重新生成初始化代码，期间不会影响用户代码
。

STM32CubeIDE包含相关构建和堆栈分析仪，能够为用户提供有关项目状态和内存要求的有用信息。它还具有标准和高级调试功能，其中包括CPU内核寄存器、存储器和外设寄存器以及实时变量查看、串行线传输监测器接口或故障分析器的视图。所有功能都可通过STM32CubeMX来集成服务：STM32微控制器、微处理器、开发平台和示例项目选择引脚排列、时钟、外设和中间件配置项目创建和初始化代码生成。

STM32CubeIDE支持集成数以百计的现有插件，正是这些插件使Eclipse/CDT的功能趋于完整。它还包括STM32MP1系列支持OpenSTLinux项目、Linux支持、其他高级调试功能包括CPU内核、外设寄存器和内存视图实时变量查看视图系统分析与实时跟踪(SWV)CPU故障分析工具支持RTOS感知调试，包括Azure和ST-LINK(意法半导体)和J-Link (SEGGER)调试探头。

总之，STM32CubeIDE是一款功能强大的开发工具，可以帮助开发人员快速有效地开发STM32系列微控制器应用程序。

1.2 STM32CubeIDE下载及安装

STM32CubeIDE下载

官网https://www.st.com/zh/development-tools/stm32cubeide.html#documentation下载STM32CubeIDE

STM32CubeIDE安装：

1.选择自己系统对应的软件安装包，解压完成之后进行安装，注意选择的安装路径不能带有中文名称，否则有可能导致安装失败

图 1.2.1选择安装路径

2.点击下一步，此时会出现是否选择安装烧写器驱动，第一个选项为 J-LINK，第二个为 ST-LINK，用户可以根据自己的烧写器进行选择，建议全部勾选上，单击install完成安装

图1.2.2 勾选烧写驱动

图1.2.3完成安装

1.3创建STM32工程：

1.创建工作空间

2.点击File->New->STM32 Project程序会自动打开内置的目标选择器

图1.3.1新建工程

3.在 Part Number 中输入 STM32F103C，芯片列表会自动筛选出符合条件的芯片，选择 STM32F103C8

4.点击 Next，将工程名字命名为 test_STM32F103C8，目标语言为 C 语言

5.然后点击 Next，进入包选择页面，一般选择最新的包即可，然后代产生选项选择只拷贝必要的库，点击Finish

6.在.ioc文件界面，点击 System Core 中的 SYS 选项，Debug 中选择 Serial Wire 选项，点击“generate code”选项，就会生成基础配置的代码，完成工程创建

1.4使用JFlash烧写.hex文件入小车芯片：

1.将主机与STM32F103C8智能小车相连

2.打开JFlash选择Options ->project settings…

图1.4.1JFlash工程设置

target interface选择SWD并选择Auto seletions

图1.4.2 选择SWD接口

CPC选择STM32F103C8

图1.4.3 选择CPU

3.打开文件选择烧写的.hex文件

图1.4.4 选择.hex文件

4.在Target选项卡中先点击connect连接USB，再点击Auto将文件烧写入芯片

STM32智能小车硬件及原理图分析

STM32智能小车硬件分析

基于STM32F103C8芯片的智能小车硬件设计主要包括以下几个部分：

1.电源模块：STM32F103C8芯片内置了一个内部电源模块，可以为芯片内部的各个部件提供稳定的电压和电流。同时，该芯片还具有外部电源接口，可以通过外部电源为小车提供电能。

图2.1.1 电源模块

2.传感器模块：小车上安装了多个传感器，用于感知周围环境，如速度传感器、角速度传感器、加速度传感器等。这些传感器可以通过STM32F103C8芯片内置的ADC接口进行采样，并将采样数据传输到芯片内部进行处理。

图2.1.2 传感模块

3.控制模块：STM32F103C8芯片内置了多个外设，如PWM、定时器、ADC等，可以实现对小车的控制。同时，该芯片还具有USB接口和串口，可以通过外部设备对小车进行控制。

4.通信模块：STM32F103C8芯片内置了蓝牙、WiFi、Zigbee等通信模块，可以实现小车与外部设备的通信。同时，该芯片还具有UART接口，可以通过串口与外部设备进行通信。

图2.1.3 通信模块

5.硬件电路设计：小车的硬件电路设计主要包括电源线、数据线、控制线等，需要根据实际需求进行设计。

综上所述，基于STM32F103C8芯片的智能小车硬件设计相对比较简单，主要包括电源模块、传感器模块、控制模块和通信模块等部分。通过这些模块的协同工作，可以实现小车的智能控制和感知功能。

2.2STM32芯片原理图

图2.2.1 STM32F103C8T6核心板原理图

图2.2.2 母板模块及接口标注：

STM32智能小车手机蓝牙无线操控

3.1实验器材

硬件：

stm32模块、蓝牙模块、智能小车

软件：

手机APP或小程序：蓝牙串口工具

3.2 实验目的及原理

实验目的：

使用STM32模组实现手机APP通过蓝牙控制小车前后左右停止功能。

实验原理：

基于蓝牙通信，STM32PWM输出控制电机

电机供电由MVEN脚控制，MVEN脚为STM32的PB5引脚，使用电机时需将PB5引脚置高电平。电机信号脚M1+、M1-、M2+、M2-分别接在STM32的PB8、PB9、PB7、PB6引脚，这些脚分别为STM32定时器4的1、2、3、4通道。

原理图（部分）

图3.2.1 电机供电

图3.2.2 双路电机驱动

图3.2.3 核心板座子

3.3关键代码

void Deal_Data_BLE()//**蓝牙接收处理函数**
 {
 BLE_send(BLE_receivce_buff,BLE_receive_size);
 switch(BLE_receivce_buff[0])//通过蓝牙接收数据对小车进行控制
 {
 case ‘A’:
 Motor_Control_Up(80);//电机控制
 break;
 case ‘B’:
 Motor_Control_Down(80);
 break;
 case ‘C’:
 Motor_Control_Left(80);
 break;
 case ‘D’:
 Motor_Control_Right(80);
 break;
 case ‘F’:
 Motor_Control_Stop(80);
 break;
 }
 }

3.4烧写并观察实验结果

在编写完所有代码后，编译工程，编译无误后将程序下载进开发板，然后观察实验现象

打开手机APP，连接蓝牙，然后在APP上可通过蓝牙控制小车状态

STM32智能小车超声波定距避障

4.1实验器材

硬件：stm32 模块、蓝牙模块、智能小车

软件：手机 APP 或小程序：蓝牙串口工具

4.2实验任务

使用 STM32 模组实现小车定距功能。

4.3实验背景、资料

1．模拟电路、数字电路相关知识回顾；

2．STM32F103_数据手册（中文）；

3．C 语言程序设计；

4．STM32HAL 库函数手册；

4.4实验原理图

图4.4 超声波接口及核心板

4.5****实验步骤

1.关键代码

在 main 函数中进行超声波判断，设定距离为 10cm，大于则前进，小于则后退，等于则

停止。

图4.5.1 关键代码

2.STM32CubeIDE 代码编写

在图形化配置界面中配置超声波引脚，将PB11即TRIG引脚设置为输出模式将PB12即ECHO引脚设置为外部中断边沿触发模式并开启中断，如下图所示

图4.5.2 引脚设置

配置好工程后打开 main.c，在 main 函数中编写图4.5.1代码.

3.执行文件烧写

在编写完所有代码后，编译工程，编译无误后将程序下载进开发板，然后观察实验现象。

4.实验结果

程序运行后小车与前方障碍物始终保持 10cm 左右距离。

STM32智能小车红外寻迹

5.1实验器材

硬件：stm32 模块、蓝牙模块、智能小车

软件：手机 APP 或小程序：蓝牙串口工具

5.2实验任务

使用 STM32 模组实现黑线循迹功能。

5.3实验背景、资料

1．模拟电路、数字电路相关知识回顾；

2．STM32F103_数据手册（中文）；

3．C 语言程序设计；

4．STM32HAL 库函数手册；

5.4实验步骤

1.原理图

图5.2.1 寻迹原理图

2.在tracing.c和tracing.h中编写红外检测功能函数。

图5.2.2 关键代码

 //在 main.c 中定义红外循迹时小车的速度：

 #define HIGH_SPEED   100//默认的高速(实际上的全速运行)
 #define DEFAULT_SPEED 80//默认速度为 196
 #define TRACING_UP_DEFAULT  75//默认的寻迹模式下直走速度
 #define MAX_TURN_SPEED  70
 #define MIN_TURN_SPEED  65
 /* USER CODE END PD */
 

//在 main 函数中编写循迹算法：

 /* Infinite loop */
 /* USER CODE BEGIN WHILE */
 BLE_Init();
 Steering_Init();
 Motor_Control_Init();

BLE_send((uint8_t *)"start",5);
 uint8_t tracing_info_now;
 //当前寻迹的四个红外状态，使用低四位
 while (1)
 {
 tracing_info_now = Get_State_Infrared(); //读取寻迹的四个红外的状态
 switch(tracing_info_now)
 //根据当前的状态选择控制
 {
 case 6: //中间两条检测到
 Motor_Control_Up(TRACING_UP_DEFAULT);
 //直走
 break;
 case 1: //加快右转
 Motor_Control_Right(MIN_TURN_SPEED);
 break;
 case 2: //右转
 Motor_Control_All(TRACING_UP_DEFAULT,0,MAX_TURN_SPEED,0);
 break;
 case 8: //加快左转
 Motor_Control_Left(MIN_TURN_SPEED);
 break;
 case 4: //右转
 Motor_Control_All(MAX_TURN_SPEED,0,TRACING_UP_DEFAULT,0);
 break;
 default:
 break;
 }
 /* USER CODE END WHILE */
 /* USER CODE BEGIN 3 */
 }
 /* USER CODE END 3 */
    
   

3.STM32CubeIDE 代码编写

1）在工程新建一个文件夹用于存放自己编写的代码并命名为 My_Code.

2），在 My_Code 文件加下新建一个专门存放头文件的文件夹 Inc，和专门存放.c 文件

的文件加 Src。

3）然后右建 Inc 文件夹新建 tracking.h，在 Src 文件夹新建 tracking.c 文件，然后编写我们

的红外检测代码。

4）按下 ALT+ENTER 快捷键进入工程配置界面，然后选择 Paths and Symbols，添加刚

刚新建的存放头文件的路径。

4.执行文件烧写

5.实验结果

将小车放在黑线中，小车跟随黑线轨迹行驶

实训总结

首先，要进行智能小车的开发，需要有一定的电子技术基础和STM32F103C8开发板的硬件设计能力。在开发过程中，需要熟悉STM32F103C8开发板的硬件原理图和电路设计，了解各个硬件模块的功能和连接方式。同时，还需要学习智能小车的控制算法和通信协议，以便实现小车的智能控制和通信功能。

其次，智能小车的开发需要使用相应的开发工具和调试环境。开发工具包括STM32F103C8开发板的IDE和烧写器，以及调试环境包括实时操作系统和仿真器等。在开发过程中，需要熟悉开发工具的使用方法，并进行调试和测试，以确保小车的功能和性能达到预期。

最后，智能小车的开发需要注重硬件设计的可靠性和稳定性，以及软件设计的灵活性和可扩展性。在开发过程中，需要考虑到硬件的耐久性和可维护性，以及软件的可扩展性和可维护性，以确保小车的稳定运行和长期可靠性。总之，STM32F103C8智能小车的开发需要有一定的电子技术基础和开发能力，需要使用相应的开发工具和调试环境，并注重硬件设计的可靠性和稳定性，以及软件设计的灵活性和可扩展性。

附件：项目硬件及代码

7.1 项目硬件（附图及说明）

图1 .STM32F103C8芯片智能小车

图2. 蓝牙模块

图3.STM32F103C8芯片

图4.超声波模块

7.2****函数流程图

图5. 主函数流程图

图6.寻迹模式流程图

7.3 项目代码

#include "total.h"

uint8_t car_mode = Bluetooth_Mode;		//默认蓝牙控制模式
uint8_t bluetooth_cmd = BT_Car_Stop;	//蓝牙控制指令

//蓝牙控制模式功能函数
void Bluetooth_Fun(void)
{
	switch(bluetooth_cmd)
	{
	case BT_Car_Stop:			//停止
		Motor_Control_Stop();
		break;
	case BT_Car_Go:				//前进
		Motor_Control_Up(80);
		break;
	case BT_Car_Back:			//后退
		Motor_Control_Down(80);
		break;
	case BT_Car_Left:			//左转
		Motor_Control_Left(80);
		break;
	case BT_Car_Right:			//右转
		Motor_Control_Right(80);
		break;
	}
}
//定距模式功能函数
void Distance_Fun(void)
{
	int DestDistance = 100;	//目标距离10cm
	int difference=0;		//与目标距离的差值
	Steering_Change_angle(ANGLE_DEFAULT);	//转到90度
	Distance_Send_Start();	//测量正前方距离.
	difference = DestDistance - (int)distance_mm;
	if(difference >= 0 && difference <= 1)
	{
	  Motor_Control_Stop();
	}
	else if(difference<0)	//远了，要前进
	{
	  Motor_Control_Up(3*(uint16_t)difference+57);		//简单的算法，离目标越近速度越慢
	}
	else if(difference>1)	//近了，要后退
	{
	  Motor_Control_Down(3*(uint16_t)difference+57);	//简单的算法，离目标越近速度越慢
	}
}

//循迹模式功能函数
void Tracing_Fun(void)
{
	uint8_t tracing_info_now;	//当前寻迹的四个红外状态，使用低四位
	tracing_info_now = Get_State_Infrared();	//读取寻迹的四个红外的状态
	switch(tracing_info_now)	//根据当前的状态选择控制
	{
	case 6:	//中间两条检测到
		Motor_Control_Up(TRACING_UP_DEFAULT);	//直走
		break;
	case 1:	//加快右转
		Motor_Control_Right(MIN_TURN_SPEED);
		break;
	case 2:	//右转
		Motor_Control_All(TRACING_UP_DEFAULT,0,MAX_TURN_SPEED,0);
		break;
	case 8:	//加快左转
		Motor_Control_Left(MIN_TURN_SPEED);
		break;
	case 4:	//右转
		Motor_Control_All(MAX_TURN_SPEED,0,TRACING_UP_DEFAULT,0);
		break;
	default:
		break;
	}
}
//避障模式功能函数
void ObstacleAvoidance_Fun(void)
{
	uint8_t L_State=0,R_State=0;	//左右两边红外标志
	  Steering_Change_angle(ANGLE_DEFAULT);	//转到90度
	  Distance_Send_Start();	//测量正前方距离.
	  HAL_Delay(10);
	  L_State = HAL_GPIO_ReadPin(LH_GPIO_Port, LH_Pin);	//左红外检测，0代表有阻
	  R_State = HAL_GPIO_ReadPin(RH_GPIO_Port, RH_Pin);	//右红外检测，0代表有阻
	  if(L_State!=0 && R_State!=0 && distance_mm>120)	//两边没有阻挡时且正前方障碍距离大于8cm
	  {
		  Motor_Control_Up(CarSpeed);	//前进
		  return;
	  }

	  if(L_State==0 && R_State==0)		//两侧有障碍后退
	  {
		  Motor_Control_Down(CarSpeed);	//后退后检测左右两边障碍距离
		  HAL_Delay(250);
		  CheckLeftRight(0);
		  return;
	  }

	  if(L_State==0 && R_State!=0)		//左边有阻
	  {
		  Motor_Control_Right(CarSpeed);	//右转后进行下次判
		  HAL_Delay(80);
		  Motor_Control_Stop();	//小车停止
		  return;
	  }
	  if(L_State!=0 && R_State==0)		//右边有阻
	  {
		  Motor_Control_Left(CarSpeed);	//左转后进行下次判
		  HAL_Delay(80);
		  Motor_Control_Stop();	//小车停止
		  return;
	  }

	  if(distance_mm<=120 && L_State!=0 && R_State!=0)
	  {
		  Motor_Control_Stop();
		  CheckLeftRight(1);
	  }
}

//避障模式检测左右两侧超声距离
void CheckLeftRight(uint8_t mode)
{
	uint32_t L_Dis=0,R_Dis=0;		//超声波传感器测的左右两边障碍物距
check:
	Motor_Control_Stop();	//小车停止
	Steering_Change_angle(130);	//转到130度测量左边有无障
	HAL_Delay(350);
	Distance_Send_Start();	//测量次正前方距离
	HAL_Delay(150);
	L_Dis=distance_mm;

	Steering_Change_angle(50);	//转到50度测量右边有无障
	HAL_Delay(350);
	Distance_Send_Start();	//测量次正前方距离
	HAL_Delay(150);
	R_Dis=distance_mm;

	Steering_Change_angle(ANGLE_DEFAULT);	//转到90
	HAL_Delay(50);
	if(L_Dis<60 && R_Dis<60)	//左右两边均不能走
	{
		Motor_Control_Down(CarSpeed);	//后段距离后进行下一次判
		HAL_Delay(250);
		goto check;		//重新判断左右两边障碍物距离
	}
	else
	{
		if(L_Dis>R_Dis)	//左边障碍物距离远
		{
			if(mode == 1)
			{
				Motor_Control_Left(CarSpeed);	//左转后进行下次判
				if(L_Dis>50)
				  HAL_Delay(200);
				else if(L_Dis>40 && L_Dis<=50)
				  HAL_Delay(300);
				else
				  HAL_Delay(400);
			}
			else
			{
				Motor_Control_Left(CarSpeed);	//左转后进行下次判
				if(L_Dis>100)
				  HAL_Delay(400);
				else
				  HAL_Delay(500);
			}
		}
		else
		{
			if(mode==1)
			{
				Motor_Control_Right(CarSpeed);	//右转后进行下次判
				if(R_Dis>50)
					  HAL_Delay(200);
				  else if(R_Dis>40 && R_Dis<=50)
					  HAL_Delay(300);
				  else
					  HAL_Delay(400);
			}
			else
			{
				Motor_Control_Right(CarSpeed);	//左转后进行下次判
				if(R_Dis>100)
				  HAL_Delay(400);
				else
				  HAL_Delay(500);
			}
		}
	}
	Motor_Control_Stop();	//小车停止
}