一种多功能的数字智能化小车
2018-04-08孙李生
孙李生
摘要:随着科学技术的发展和生活水平的提高,近几年无人驾驶逐渐火热,而无人驾驶汽车是智能小车的一种。本设计是基于STM32F429IGT6开发板制作的数字智能化小车,主要功能有:红外寻迹、超声波避障、WIFI和蓝牙通信、WPM占空比控制IO口电流输出和周围温度监测。采用模块化,结合具体实际情况,具有扩展性好、操作便捷、传输安全和控制简单等优点。
关键词:stm32;智能小车;传感器;无线通信
一、引言
智能汽车作为一种全新的汽车概念和汽车产品,在不久的将来会成为汽车生产和汽车市场的主流产品。因此,为了规范智能汽车的研究设计开发生产和销售,避免将来可能发生的混乱局面和减少不必要的损失,应该在智能汽车出现之初,就抓紧相关标准的研究制定工作。本文就是这一背景下提出对智能小车的研究,并取得了一定的成果。
二、整体系统框架
本系统所设计的智能小车系统主要由以Cortex-M4为架构STM32F429IGT6为主要控制芯片,其中结合采用了超声波测距模块, 红外传感器、电机驱动模块,温度传感器、无线通信模块、摄像头、按键和蜂鸣器及相应外围电路组成,可由手机端的app控制小车。通过按键可选择小车工作模式, 红外传感器采集道路信息及测量车速, 通过电机驱动模块驱动电机,小车根据赛道状况结合车轮转速, 完成特定轨迹。通过超声波测距,当小车遇到障碍物时蜂鸣器会发出警报并自行避开。系统框图如图1所示。
(一)系统的硬件设计
1.超声波避障模块
采用的超声波模块是HC-SR04,模块的工作方式如下:
当触发信号发出10μs的高电平之后,模块自动发出8个40Khz的方波,并自动检测是否有信号返回;通过程序算法计算小车与障碍物之间的距离,但距离大于10cm时不做警报;当距离小于10cm时,此时蜂鸣器响起,红色的LED发出警报色,同时采用了pwm电脉冲,蜂鸣器响应的频率和LED闪烁的频率将随着距离的缩小而线性地去提高。
2.红外寻迹模块
由红外线发射和接收管、LM339电压比较器及其周围其他元器件组成;一般的寻迹模块只是单限比较器,没有加入迟滞电路,输出电压会随着输入电压的干扰,最终导致小车实际的机动性能不够灵活。
3.电机驱动模块
采用的是L298N电机驱动模块和28BYJ-48步进电机,其中L298电机驱动模块可驱动电压在+5-+35V之间。
4.温度与时间模块
由温度传感器DS18B20和STM32F429IGT6内部的TIM(定时器)组成,实时监测周围环境的温度,对实际车辆进行仿真,避免了小车电机和控制器运行出现意外事件。
5.无线通信模块及摄像头
通信采用的是基于SDIO接口,符合wifi无线网络标准的SDIO-Wifi模块,有传输数据快,兼容SD、MMC接口等特点。摄像头方面用的是500万像素的高清摄像头OV5640,彩色,2592*1944分辨率。
当然,为了进一步保证系统的稳定性,还启动了备用通信方式——蓝牙。
采用的是BH-HC05蓝牙串口模块,支持的频率范围在4800-1382400之间,本项目采用的是9600的波特率。在安卓手机app上配对相对应的蓝牙设备即可。
(二)系统的软件设计
该系统选用了STM32F429IGT6作为主控芯片,工作频率高达180多MHZ,具有17TIM,3个ADC通道。
下图为系统的执行流程:
当通上电源,系统初始化后可通过无线通信方式开启小车。当然,可以通过小车上的按键去打开L298N驱动去驱动车轮进行特定的轨迹行驶,也可以通过手机上的app进行控制。
此时,我们事先在app上设定了小车的左右转、前后进、紧急停止、关闭警报装置(LED和蜂鸣器)和控制小车摄像头的开关;通过app上的页面也可以实时监测到小车的周围温度和与障碍物之间的距离。
以下为小车的寻迹行驶:
当我们手动或者通过无线通信方式启动小车之后,小车的红外寻迹模块会实时收到从外界返回来的数据,通过高低电平去判断走的路线是否为黑线,并通过多个传感器返回的电平数值去判断是否要进行拐弯操作。
三、结语
本文研究了一种通过无线通信方式,实现移动终端与智能小车之间实现实时传输图像,超声波避障、红外寻迹、实时报警、通过手机的app去控制小车的行动;从而达到了通过小车可实时监测周围环境、自我保护、实用简单便捷稳定的目的,体现了小车的多功能和智能性。
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