CN107656528A - 一种基于stm32的两轮无线遥控智能小车 - Google Patents

一种基于stm32的两轮无线遥控智能小车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车，包括小车本体、主控制器、电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的直流电机；两个自带编码器的直流电机分别用于驱动小车本体的两个车轮，其自带的编码器分别用于测量小车本体的两个车轮的转速；蓝牙模块用于接收外界控制命令并将其传递给主控制器；主控制器分别和电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块相连，用于根据测距模块、路迹识别模块、姿态读取模块的感应数据控制直流电机驱动模块工作。本发明结构简单，使用方便，能够实现自主避障、黑线循迹。

Description

一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车
技术领域
本发明涉及两轮小车平衡控制领域，尤其涉及一种带避障和循迹的基于STM32的两轮无线遥控智能小车。
背景技术
现阶段市面上有种类繁多的遥控小车，通过一个专用的遥控手柄实现小车的控制。但现有的小车存在遥控手柄易损坏、体积大不易携带和小车功能模式单一的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，包括小车本体、主控制器、电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的直流电机；
所述小车本体为两轮直立小车，包含左车轮和右车轮；
所述测距模块用于感测小车与前方障碍物的距离，并将其传递给所述主控制器；
所述路迹识别模块用于识别地面上预先设定的黑色路迹，并将其传递给所述主控制器；
所述姿态读取模块用于实时测量小车的姿态数据，并将其传递给所述主控制器；
所述两个自带编码器的直流电机分别用于驱动小车本体的左车轮和右车轮，其自带的编码器分别用于测量小车本体的左车轮和右车轮的转速、并将其传递给所述主控制器；
所述直流电机驱动模块用于根据主控制器的命令驱动所述两个自带编码器的直流电机工作；
所述电源模块用于供电；
所述蓝牙模块用于和外界无线连接，接收外界控制命令并将其传递给所述主控制器；
所述主控制器分别和电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块相连，用于根据测距模块、路迹识别模块、姿态读取模块的感应数据控制直流电机驱动模块工作，实现小车的平衡与运动。
作为本发明一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车进一步的优化方案，所述主控制器采用32位的STM32F103C8T6芯片。
作为本发明一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车进一步的优化方案，所述电源模块采用的稳压芯片是LM2940和ASM1117。
作为本发明一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车进一步的优化方案，所述测距模块采用HC-SR04型超声波测距电子模块，包含超声波发射器、接收器与控制电路。
作为本发明一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车进一步的优化方案，所述路迹识别模块采用喵呜六路寻线电子模块，包含6个发射接收一体的红外对管探头、2个用于设置检测距离的可调电位器与LM339比较器。
作为本发明一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车进一步的优化方案，所述姿态读取模块采用MPU6050芯片，包含3轴陀螺仪与3轴加速度传感器。
作为本发明一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车进一步的优化方案，所述直流电机驱动模块采用TB6612FNG电机驱动芯片。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 结构简单，使用方便；
2. 摈弃遥控装置，通过手机app与小车控制***中的蓝牙模块进行数据传递从而操控小车；
3. 采用MPU6050姿态平衡模块，轻松实现两轮小车的自平衡；
4. 能够实现自主避障和黑线循迹。
附图说明
图1是本发明的前视图；
图2是本发明的整体***结构示意图；
图3是本发明中***电源的原理图；
图4是本发明中MPU6050的电路原理图；
图5是本发明中直流电机驱动模块的电路原理图；
图6是本发明中蓝牙模块的电路原理图；
图7是本发明中测距模块的电路原理图；
图8是本发明中路迹识别模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车，包括小车本体、主控制器、电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的直流电机；
所述小车本体为两轮直立小车，包含左车轮和右车轮；
所述测距模块用于感测小车与前方障碍物的距离，并将其传递给所述主控制器；
所述路迹识别模块用于识别地面上预先设定的黑色路迹，并将其传递给所述主控制器；
所述姿态读取模块用于实时测量小车的姿态数据，并将其传递给所述主控制器；
所述两个自带编码器的直流电机分别用于驱动小车本体的左车轮和右车轮，其自带的编码器分别用于测量小车本体的左车轮和右车轮的转速、并将其传递给所述主控制器；
所述直流电机驱动模块用于根据主控制器的命令驱动所述两个自带编码器的直流电机工作；
所述电源模块用于供电；
所述蓝牙模块用于和外界无线连接，接收外界控制命令并将其传递给所述主控制器；
所述主控制器分别和电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块相连，用于根据测距模块、路迹识别模块、姿态读取模块的感应数据控制直流电机驱动模块工作，实现小车的平衡与运动。
采用蓝牙模块与安卓手机相连，这样就可以通过安卓手机与小车的控制器进行数据传输了。主控制器分别与电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块连接。电源模块为各电器部件供电。
所述主控制器采用32位的STM32F103C8T6芯片。
所述测距模块采用HC-SR04型超声波测距电子模块，包含超声波发射器、接收器与控制电路。
所述路迹识别模块采用喵呜六路寻线电子模块，包含6个发射接收一体的红外对管探头、2个用于设置检测距离的可调电位器与LM339比较器。
所述姿态读取模块采用InvenSense 公司的MPU6050芯片，包含3轴陀螺仪与3轴加速度传感器，自带DMP，结合 InvenSense 公司提供的运动处理资料库，能够很方便的得到小车的实时姿态数据。
所述直流电机驱动模块采用TB6612FNG电机驱动芯片。
如图2所示，电源模块给测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的直流电机供电，图中的左电机、右电机即两个自带编码器的直流电机。主控制器对来自外部的各传感器的数据进行处理从而实现自平衡、避障和循迹。同时手机作为遥控终端可以通过小车控制***的蓝牙模块设置小车处于遥控模式、避障模式和循迹模式。当小车处于遥控模式下时，可以通过手机app控制小车前后左右运动。当小车处于避障模式下时，小车自主前进，当前方遇到障碍物时自主改变运动方向。当小车处于循迹模式下时，小车按照预先规划好的黑色轨迹线前进。
如图3所示，平衡小车采用的动力源是2S大电流航模锂电池，电池组充满电压达8.4V。而***的部分芯片需要5V供电，部分芯片需要3.3V供电，所以需要电源转换电路，采用的是芯片LM2940-5.0和ASM1117-3.3，为了单独给传感器MPU-6050提供稳定干净的电源，特意单独使用XC6206给MPU-6050供电。
如图4所示，两轮小车与常规的四轮小车或者带有万向轮的三轮小车不同，首要解决的问题便是平衡问题。采用集陀螺仪和加速度计于一体的MPU6050芯片，为了得到更为精确的小车倾角需要对从陀螺仪和加速度计中读出的数据进行卡尔曼滤波处理，再通过PID控制算法控制小车的前进后退从而实现小车的平衡。
如图5所示，两个直流电机选用了内置两组H桥电路的TB6612FNG驱动芯片。其中PWMA、PWMB接STM32F10C8T6的PWM输出引脚，一般10KHZ的PWM即可，通过调节PWM的占空比实现电机的调速。AO1、AO2、BO1、BO2接两个直流电机的正负极。AIN1、AIN2、BIN1、BIN2引脚控制两个直流电机的正反转。
如图6所示，蓝牙模块为主从一体模块，该模块支持接口丰富，支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低，体积小，收发灵敏性高，使用简单等优点。
如图7所示，HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。模块有四个引脚分别为VCC、Trig、Echo、GND。其电路连接为VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。测距的基本原理为：给Trig引脚一个持续10us以上的高电平，超声波模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回，通过ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。通过STM32的输入捕获得到ECHO引脚高电平的持续时间，则得到距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
如图8所示，包含LM339和红外对管的路迹识别模块。利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地板时发生漫反射，反射光被装载小车上的接收管就收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车的接收管接收不到红外光。如用电平的高低来描述上面两种现象就会出现高低电平之分，也就是会出现所谓的0和1两种状态，此时再将此送到主控芯片的I/O口，单片机就可以判断是黑白路面，进而完成相应的循迹功能。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，包括小车本体、主控制器、电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的直流电机；
所述小车本体为两轮直立小车，包含左车轮和右车轮；
所述测距模块用于感测小车与前方障碍物的距离，并将其传递给所述主控制器；
所述路迹识别模块用于识别地面上预先设定的黑色路迹，并将其传递给所述主控制器；
所述姿态读取模块用于实时测量小车的姿态数据，并将其传递给所述主控制器；
所述两个自带编码器的直流电机分别用于驱动小车本体的左车轮和右车轮，其自带的编码器分别用于测量小车本体的左车轮和右车轮的转速、并将其传递给所述主控制器；
所述直流电机驱动模块用于根据主控制器的命令驱动所述两个自带编码器的直流电机工作；
所述电源模块用于供电；
所述蓝牙模块用于和外界无线连接，接收外界控制命令并将其传递给所述主控制器；
所述主控制器分别和电源模块、测距模块、蓝牙模块、路迹识别模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块相连，用于根据测距模块、路迹识别模块、姿态读取模块的感应数据控制直流电机驱动模块工作，实现小车的平衡与运动。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，所述主控制器采用32位的STM32F103C8T6芯片。
3.根据权利要求1所述的基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，所述电源模块采用的稳压芯片是LM2940和ASM1117。
4.根据权利要求1所述的基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，所述测距模块采用HC-SR04型超声波测距电子模块，包含超声波发射器、接收器与控制电路。
5.根据权利要求1所述的基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，所述路迹识别模块采用喵呜六路寻线电子模块，包含6个发射接收一体的红外对管探头、2个用于设置检测距离的可调电位器与LM339比较器。
6.根据权利要求1所述的基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，所述姿态读取模块采用MPU6050芯片，包含3轴陀螺仪与3轴加速度传感器。
7.根据权利要求1所述的基于STM32的两轮无线遥控智能小车，其特征在于，所述直流电机驱动模块采用TB6612FNG电机驱动芯片。
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