基于STM32的探测车平台设计

刘升 刘红

摘  要：智能车是智能交通的重要组成部分，在实验室和实际生活中扮演着承上启下的作用，将实验室中实现的功能转化到实际生活中，造福未来社会，实现自动驾驶、自动避障、道路自主识别等功能。同时，在信息采集及危险区域操作方面也能做出突出贡献，避免不必要的人员伤亡。文中设计利用嵌入式技术实现了一款根据采集所需环境自主搭载所需各种探测设备的智能车系统，该系统的总体结构是以STM32F10x系列芯片为核心，结合L298N电机驱动、图传设备及探测设备插接口驱动的软、硬件设计。智能车能够进入未知区域或危险区域实现数据采集并进行对应操作等。

关键词：STM32  传感器  控制系统

中图分类号：TP242    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（c）-0056-02

随着我国社会经济的全面发展，智能探测车[1]在探测领域已经逐渐取代人工探测，为人们的生活提供了极大的方便。在现实生活中，由于对未知空间的探索和侦察会存在一定的危险性，如果需要通过相关工作人员亲身实地去进行实地侦察，可能会造成不必要的损失，甚至危及到生命的安全，因此文中设计了一款无线探测车进行远程操作，对未知进行实时侦察和功能操作，从而把工程成本和可能受到的危险降至最低。此外近年来，我国火灾、矿难、地震等事故频繁发生，人民生命受到威胁，经济财产受到了巨大的损失。每当事故发生，事故现场勘察阶段在救护过程中是最危险但也是最为重要的环节。现有的救援设备体积庞大、受自身的限制根本进入不了坍塌造成狭窄的地区，若强行进入，救援就可能会适得其反，导致更多的人员伤亡和财产损失，现有设备局限太多，需进化升级。与其相比，小型的探测车成本更低，运动更加灵活，并可以在狭小的环境中工作。

1  智能车平台的总体设计

1.1 硬件构成

该文设计的智能车主要由电机、电机驱动、主控芯片[2]、设备连接驱动端口和无线数据通信模块组成。该文设计采用nRF24L01无线模块进行智能车的运动控制。nRF24L01无线模块功能强大，是一款新型单片射频收发器件，在该设计中使用了两个工作nRF24L01无线模块，分别安装在控制端和智能车上，由单片机上电配置成接收模式和发送模式进行数据的接收和发送。驱动部分采用L298n驱动，L298n是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5～48V，逻辑部分5V供电，接受5vTTL电平。控制部分采用芯片STM32F103ZET6进行数据数据处理及其运算。

1.2 无线控制

控制部分[3]采用nRF24L01和STM32F103ZET6进行信息交互，在进行智能车控制的运动外，同时进行采集设备的动作控制。在进行多数据交互时，可采用高频通信设备，与PC端进行数据通信，在PC端搭建上位机，由上位机显示所采集的信息，同时也可利用上位机对小车的实时PID调节，PID控制是目前在控制领域应用最为广泛的闭环自动反馈系统，其结构简单、控制参数容易设置，比其他控制器更为成熟。

2  智能车的硬件电路设计

2.1 MCU的最小系统原理图

该课题设计主控芯片采用STM32F103ZET6芯片，让STM32F103ZET6芯片正常工作还需要一些外围电路，主要是电源电路和外部时钟电路。该课题设计采用5V供电;外部时钟晶振电路采用8MHz晶振，后使用软件倍频至72MHz。

2.2 电机驱动电路

该设计采用四轮驱动，使用到了2个L298n驱动，分别控制两个对应的电机，双H桥设计，通过输入脉冲信号来进行控制，输出PWM波进行电机调速和正反转。

2.3 设备采集端口

在芯片中提前烧入待组配的设备程序，在组装对应设备时直接调用该程序，将其控制芯片端口引出，封装成块，作为待定设备使用端口，极大地丰富了设备多样性。

3  四轴飞行器的程序设计

3.1 智能车控制设计

智能车采用四轮驱动，需要给电机驱动发送8个触发信号，实现小车的前进、后退、左转和右转功能。其功能实现的程序发射端程序流程如图1所示。

3.2 智能车平台设备控制设计

设备操作是设计的上层应用层，该设计采用匿名数传模块进行设备和PC端上位机之间信息交互，在PC端进行数据监控。

4  结语

该文研究并设计了以STM32F103为控制核心的智能探测车平台，以此平台为探测平台基础，搭建信息采集系统，该设计以nRF24L01模块进行远程控制，PC端上位机进行数据监测，经测试表明，系统稳定，制造成本低，数据采集精确且针对各种环境能及时搭建所需设备，大大节省平台搭建时间，针对性强，同时相较于固定不可拆卸的智能车平台在针对不同环境时大大减轻了不必要的负载，最大化利用了智能车平台的有限空间，使之更好地运行探测采集工作。

参考文献

[1] 周柱.基于STM32的智能小车研究[D].西南交通大学，2011.

[2] 王田苗.嵌入式系統设计与实例开发：基于ARM微处理器与μC/OS-II实时操作系统[M].2版.北京：清华大学出版社，2003.

[3] 勾慧兰，刘光超.基于STM32的最小系统及串口通信的实现[J].工业控制计算机，2012，25（9）：30-32.