智能車(chē)輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是許多高新技術(shù)綜合集成的載體。它體現(xiàn)了車(chē)輛工程、人工智能、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。本文提出了一個(gè)基于STM32F103芯片為控制核心，附以紅外傳感器采集外界信息和檢測(cè)障礙物的智能小車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。充分利用該芯片高速運(yùn)算、處理能力，來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線按跡行走、躲避障礙物，并且通過(guò)LCD顯示器實(shí)時(shí)顯示小車(chē)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使用芯片自帶的PWM輸出功能，步進(jìn)調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)模糊控制和PWM脈寬調(diào)制技術(shù)的結(jié)合，提高了對(duì)車(chē)位置控制精度。

　　1、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　根據(jù)題目中的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由主控單片機(jī)模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、黑線檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊以及電源模塊構(gòu)成。本系統(tǒng)的方框圖如圖1所示。

　　1.1主控單片機(jī)模塊

　　控制器主要用于控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，黑線的檢測(cè)以及相關(guān)信息的顯示。本設(shè)計(jì)采用STM32作為控制器，其性能優(yōu)良，移植性好，提高了對(duì)直流電機(jī)的控制效率，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，有利于智能小車(chē)的功能擴(kuò)展和升級(jí)。本系統(tǒng)的核心控制板是STM32F103的最小系統(tǒng)，它由電源電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、系統(tǒng)時(shí)鐘電路、JTAG接口電路、復(fù)位電路、用戶LED和按鍵電路、串口電路等組成。

　　本小車(chē)由于需要倒車(chē)，為了倒車(chē)的準(zhǔn)確性在小車(chē)的前后兩端分別安裝了兩個(gè)紅外傳感器，小車(chē)前端兩個(gè)紅外傳感器檢測(cè)的到的信號(hào)輸入單片機(jī)GPIOB12、GPIOB13，而后端兩個(gè)紅外傳感器檢測(cè)的到的信號(hào)輸入單片機(jī)GPIOB12、GPIOB13，單機(jī)片經(jīng)處理后通過(guò)GPIOE3-GPIOE6驅(qū)動(dòng)電路控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向；顯示模塊以2.4寸tft為核心，對(duì)記錄的結(jié)果進(jìn)行顯示。

　　1.2路面黑線檢測(cè)模塊

　　該智能小車(chē)在貼有黑線的白紙“路面”上行駛，因此本模塊設(shè)計(jì)需要檢測(cè)鋪在行駛區(qū)的黑膠帶，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路”———黑線。本文采用的是簡(jiǎn)單實(shí)用的檢測(cè)方法，即紅外探測(cè)法。采用紅外線控制的反射式紅外對(duì)管，紅外對(duì)管只對(duì)紅外線具有較高靈敏度，從而避免了外界光線的干擾；跑道黑帶能夠吸收紅外線，而白色跑道能夠反射紅外線，從而檢測(cè)到跑道黑帶。

　　采用反射式光電開(kāi)關(guān)來(lái)識(shí)別軌跡上的黑線標(biāo)記信號(hào)，這種光電開(kāi)關(guān)的紅外發(fā)射管和接收管位于同一側(cè)［3］，光敏三極管只能接收反射回的紅外光。當(dāng)車(chē)身下面是黑線時(shí)，由于黑線吸收部分光，光敏三極管接收到的紅外光不能使光敏三極管導(dǎo)通，光電開(kāi)關(guān)輸出高電平，經(jīng)非門(mén)輸出低電平。反之，當(dāng)車(chē)身下面是白色的地面時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)射的光經(jīng)其反射后，被接收管接受，光電開(kāi)關(guān)輸出低電平，經(jīng)非門(mén)整形后輸出高電平。將非門(mén)的輸出接至單片機(jī)IO口。車(chē)在前進(jìn)和后退過(guò)程中，小車(chē)每過(guò)一道黑線，便產(chǎn)生一次電平變化，主程序從而調(diào)用相應(yīng)的子程序，隨著小車(chē)的不斷行駛，相應(yīng)的程序依次被調(diào)用執(zhí)行，使小車(chē)在跑道上按設(shè)計(jì)要求時(shí)快、時(shí)慢、時(shí)前進(jìn)、時(shí)后退。

　　1.3電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　采用雙H橋驅(qū)動(dòng)芯片L298。其內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。控制芯片的驅(qū)動(dòng)使能端就可以控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度。L298芯片采用5V（VSS）與12V（VS）直流供電，ENA和ENB分別用STM32F103主控芯片的TIM3_CH3和PB1/ADC_IN9/TIM3_CH4控制，產(chǎn)生PWM1和PWM2兩路PWM波輸出，IN1-IN4分別用PE3-PE6實(shí)現(xiàn)I/O輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在L298與電機(jī)之間加入二極管，以保護(hù)電路。

　　其基本電路圖如圖3所示。

　　如圖2所示，小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過(guò)電機(jī)A和B的不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電機(jī)有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止3種狀態(tài)，每個(gè)電機(jī)由一對(duì)I/O口進(jìn)行控制。表1是I/O端口狀態(tài)與電機(jī)制動(dòng)對(duì)照表。

　　1.4液晶顯示模塊

　　液晶顯示模塊使用2.4寸TFT觸摸屏，由STM32的FSMC接口通過(guò)ILI9325驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)觸摸屏。該驅(qū)動(dòng)芯片支持240RGB×320像素，可以顯示262144真色彩。支持MVA（Multi_domainVerticalAligement多范圍垂直隊(duì)列）寬視角顯示，組合720通道源極驅(qū)動(dòng)和320通道門(mén)極驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)部集成172800字節(jié)的GRAM（圖形內(nèi)存），以及高速內(nèi)存脈沖寫(xiě)功能等功能。

　　1.5電源電路設(shè)計(jì)

　　由于各電路模塊所需電壓不同，本設(shè)計(jì)需多種電源供電。STM32F103主控芯片采用3.3V供電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用5V與12V，紅外收發(fā)檢測(cè)電路采用5V，液晶顯示與觸角傳感電路均采用3.3V供電。外部電源采用12V的直流電壓，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。

　　1）采用KA7805芯片實(shí)現(xiàn)12V到5V的轉(zhuǎn)換。KA7805的作用是輸入大于5V的直流電壓，輸出5V的直流電壓，且管腳較少，易于連接和實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性高。圖4為KA7805芯片引腳接線圖。

　　2）本設(shè)計(jì)采用LM1117-3.3芯片將5V轉(zhuǎn)換為3.3V，具體電路設(shè)計(jì)如圖5所示。

　　2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)PWM輸出模塊和普通I/O模塊，根據(jù)系統(tǒng)需求，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化配置，以實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能。主程序流程如圖6所示。

　　3、結(jié)論

　　文中根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求，制定了設(shè)計(jì)方案，并逐步完成了硬件和軟件部分的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)以STM32為主控芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的控制，完成各部分電路設(shè)計(jì)并使用PROTEL畫(huà)出電路設(shè)計(jì)原理圖；軟件部分在STM32集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IAREWARM5.3下編寫(xiě)各模塊程序，包PWM波輸出模塊、液晶顯示模塊自由行走避障模塊和紅外循跡模塊，并通過(guò)主控制程序?qū)⒏髂K融合一起。整個(gè)設(shè)計(jì)將硬件與軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的控制，使小車(chē)能夠做出前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作，并通過(guò)液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示小車(chē)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，及對(duì)小車(chē)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且能夠在不同模式下通過(guò)傳感檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的避障和循跡功能，在本次設(shè)計(jì)中將PWM波占空比控制在1/2以下，使小車(chē)不會(huì)因速度過(guò)高而導(dǎo)

　　致轉(zhuǎn)彎過(guò)程中其方向不易控制。論文基本完成了硬件和軟件的設(shè)計(jì)，并使之符合設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，利用高性能的STM32F103芯片，輔以各種傳感器來(lái)檢測(cè)路面、障礙物等周?chē)h(huán)境，通過(guò)高可靠性的軟件設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)小型電動(dòng)車(chē)的智能控制，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。