【联合实验室】基于STC32的小车|太原工业学院

研究背景、意义

研究背景

在现代社会生活中，机器人及其相关技术被广泛应用于机械、电子、交通、国防和农业等诸多领域。随着机器人研究广泛而又深入的开展，机器人不再仅仅局限于制造业，还被推广到采矿、救援和水电系统维修等非制造业领域，而移动机器人就是其中一个代表。WIFI无线通信具有覆盖面积大和传输速度快的优点，可以使机器人在一些危险的环境下工作。智能小车由于具有自动循迹、避障和可控行驶等诸多优点，可以满足多种环境、任务的要求，且其制造价格低廉，运行稳定，受到很多危险作业和工业场合的青睐。我国开始快速注重机器人事业的发展，建立了许多高水平的研究发展基地，为新世纪机器人发展的创新奠定了基础。智能小车以STC32G系列单片机作为控制核心，通过红外传感器获取外界环境信号，由电动机驱动模块驱动小车运行，摄像头采集视频信息。智能小车的设计框图，主要包括电源模块、避障模块、自动循迹、电动机驱动模块、摄像头、WIFI模块和单片机。

研究意义

通过对STC32G履带小车的研究，可以了解到智能小车可以在所处的环境中通过传感器自 行进行判断和分析，在无人操作的情况下自主完成任务。

需求分析

功能需求

1. 使用STC32G单片机，STC32G是一种常见的嵌入式系统控制器，具有较强的性能和灵活性。

2. 无线控制：通过WIFI对小车进行前进、后退以及左右自转。

3. 避障：通过超声波对物体进行检测，以达到避障效果。

4. 鸣响：通过有源蜂鸣器对高低电频的检测，实现鸣响。

5. 测距停车：通过NRF2401模块进行测距，实现停车。

设计约束（硬件、时间成本以及经济成本等）

硬件设计约束

1. 传感器选取：选用较高精度、低成本、高性能的传感器来实现对小车的控制以及数据的存取和传输。

2. 信号采集处理：设计合适的电路用于采集和处理传感器输出的模拟信号。 

3. MCU处理器选择：采用 STC32G12K128作为核心，与 51 单片机相比， STC32G可以搭载小型系统且速度更快。

4. PCB布局以及封装：在进行硬件设计时，需要对布局是否合理以及封装是否正确进行检查。

5. 电池管理：采用12V的电池提供电源，需要确保电源的稳定性和效率。

时间成本

1. 绘制PCB板时间：包括对原理图的设计、封装的导入、PCB板的绘制等。

2. 生产PCB板时间：利用嘉立创进行下单，收到货物订单需要一定的时间。

方案设计

硬件总方案设计

小车采用 STC32G12K128作为核心，与 51 单片机相比， STC32G可以搭载小型系统且速度更快。输出PWM控制电机； 检测障碍物， 检测距离为 15cm；串口通信， 需要通过串口对智能小车进行调试， 串口波特率设置为 115200；对接收到的命令进行处理和判断；连接WIFI 模块及控制 WIFI模块,使小车达到前进、后退、左右自转的功。

电机驱动

为了实现PC端能够控制小车的速度以及满足直流电机的驱动电压，本设计选用 L293DD 电机驱动芯片给直流电机供电 。

电机状态与STC32G输入如表图。电机驱动共有两个电源输入接口，一个是5V，另一个是12V，在使用时12V的接口输入电压要大于7V，5V的接口就可以向单片机供电

。

舵机

舵机的输入线共有三条， 红色中间， 是电源线， 一边黑色的是地线， 这两根线给舵机提供最基本的能源保证， 主要是电机的转动消耗。 电源有两种规格， 一是 4.8V， 一是 6.0V， 分别对应不同的转矩标准， 即输出力矩不同， 6.0V 对应的要大一些， 具体看应用条件； 另外一根线是控制信号线， Futaba 的一般为白色， JR 的一般为桔黄色。

PWM舵机控制

舵机的控制信号为周期是 20ms 的脉宽调制（ PWM） 信号， 其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms， 相对应舵盘的位置为 0－180 度， 呈线性变化。 也就是说， 给它提供一定的脉宽， 它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上， 无论外界转矩怎样改变， 直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号， 它才会改变输出角度到新的对应的位置上。

总结与展望

1. 超声波避障效果不佳。在超声波检测到物体时，部分情况下无法正常进行避障。

2. WIFI通信有时断联。在通信时，时常有连接不上或者出现不能接收1数据的情况，需要进行优化。

3. 外观有待优化。可以对外观进行进一步设计。