一種多功能的數(shù)字智能化小車

孫李生

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，近幾年無(wú)人駕駛逐漸火熱，而無(wú)人駕駛汽車是智能小車的一種。本設(shè)計(jì)是基于STM32F429IGT6開(kāi)發(fā)板制作的數(shù)字智能化小車，主要功能有：紅外尋跡、超聲波避障、WIFI和藍(lán)牙通信、WPM占空比控制IO口電流輸出和周圍溫度監(jiān)測(cè)。采用模塊化，結(jié)合具體實(shí)際情況，具有擴(kuò)展性好、操作便捷、傳輸安全和控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：stm32；智能小車；傳感器；無(wú)線通信

一、引言

智能汽車作為一種全新的汽車概念和汽車產(chǎn)品，在不久的將來(lái)會(huì)成為汽車生產(chǎn)和汽車市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。因此，為了規(guī)范智能汽車的研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)和銷售，避免將來(lái)可能發(fā)生的混亂局面和減少不必要的損失，應(yīng)該在智能汽車出現(xiàn)之初，就抓緊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作。本文就是這一背景下提出對(duì)智能小車的研究，并取得了一定的成果。

二、整體系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的智能小車系統(tǒng)主要由以Cortex-M4為架構(gòu)STM32F429IGT6為主要控制芯片，其中結(jié)合采用了超聲波測(cè)距模塊， 紅外傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，溫度傳感器、無(wú)線通信模塊、攝像頭、按鍵和蜂鳴器及相應(yīng)外圍電路組成，可由手機(jī)端的app控制小車。通過(guò)按鍵可選擇小車工作模式， 紅外傳感器采集道路信息及測(cè)量車速， 通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，小車根據(jù)賽道狀況結(jié)合車輪轉(zhuǎn)速， 完成特定軌跡。通過(guò)超聲波測(cè)距，當(dāng)小車遇到障礙物時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)并自行避開(kāi)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

（一）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.超聲波避障模塊

采用的超聲波模塊是HC-SR04，模塊的工作方式如下：

當(dāng)觸發(fā)信號(hào)發(fā)出10μs的高電平之后，模塊自動(dòng)發(fā)出8個(gè)40Khz的方波，并自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；通過(guò)程序算法計(jì)算小車與障礙物之間的距離，但距離大于10cm時(shí)不做警報(bào)；當(dāng)距離小于10cm時(shí)，此時(shí)蜂鳴器響起，紅色的LED發(fā)出警報(bào)色，同時(shí)采用了pwm電脈沖，蜂鳴器響應(yīng)的頻率和LED閃爍的頻率將隨著距離的縮小而線性地去提高。

2.紅外尋跡模塊

由紅外線發(fā)射和接收管、LM339電壓比較器及其周圍其他元器件組成；一般的尋跡模塊只是單限比較器，沒(méi)有加入遲滯電路，輸出電壓會(huì)隨著輸入電壓的干擾，最終導(dǎo)致小車實(shí)際的機(jī)動(dòng)性能不夠靈活。

3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

采用的是L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)，其中L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可驅(qū)動(dòng)電壓在+5-+35V之間。

4.溫度與時(shí)間模塊

由溫度傳感器DS18B20和STM32F429IGT6內(nèi)部的TIM（定時(shí)器）組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境的溫度，對(duì)實(shí)際車輛進(jìn)行仿真，避免了小車電機(jī)和控制器運(yùn)行出現(xiàn)意外事件。

5.無(wú)線通信模塊及攝像頭

通信采用的是基于SDIO接口，符合wifi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的SDIO-Wifi模塊，有傳輸數(shù)據(jù)快，兼容SD、MMC接口等特點(diǎn)。攝像頭方面用的是500萬(wàn)像素的高清攝像頭OV5640，彩色，2592*1944分辨率。

當(dāng)然，為了進(jìn)一步保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還啟動(dòng)了備用通信方式——藍(lán)牙。

采用的是BH-HC05藍(lán)牙串口模塊，支持的頻率范圍在4800-1382400之間，本項(xiàng)目采用的是9600的波特率。在安卓手機(jī)app上配對(duì)相對(duì)應(yīng)的藍(lán)牙設(shè)備即可。

（二）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)選用了STM32F429IGT6作為主控芯片，工作頻率高達(dá)180多MHZ，具有17TIM，3個(gè)ADC通道。

下圖為系統(tǒng)的執(zhí)行流程：

當(dāng)通上電源，系統(tǒng)初始化后可通過(guò)無(wú)線通信方式開(kāi)啟小車。當(dāng)然，可以通過(guò)小車上的按鍵去打開(kāi)L298N驅(qū)動(dòng)去驅(qū)動(dòng)車輪進(jìn)行特定的軌跡行駛，也可以通過(guò)手機(jī)上的app進(jìn)行控制。

此時(shí)，我們事先在app上設(shè)定了小車的左右轉(zhuǎn)、前后進(jìn)、緊急停止、關(guān)閉警報(bào)裝置（LED和蜂鳴器）和控制小車攝像頭的開(kāi)關(guān)；通過(guò)app上的頁(yè)面也可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到小車的周圍溫度和與障礙物之間的距離。

以下為小車的尋跡行駛：

當(dāng)我們手動(dòng)或者通過(guò)無(wú)線通信方式啟動(dòng)小車之后，小車的紅外尋跡模塊會(huì)實(shí)時(shí)收到從外界返回來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)高低電平去判斷走的路線是否為黑線，并通過(guò)多個(gè)傳感器返回的電平數(shù)值去判斷是否要進(jìn)行拐彎操作。

三、結(jié)語(yǔ)

本文研究了一種通過(guò)無(wú)線通信方式，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端與智能小車之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸圖像，超聲波避障、紅外尋跡、實(shí)時(shí)報(bào)警、通過(guò)手機(jī)的app去控制小車的行動(dòng)；從而達(dá)到了通過(guò)小車可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境、自我保護(hù)、實(shí)用簡(jiǎn)單便捷穩(wěn)定的目的，體現(xiàn)了小車的多功能和智能性。

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