基于STM32的远距离遥控自动避障小车设计

引言

本项目基于STM32微控制器设计一个远距离遥控自动避障小车系统。该系统通过蓝牙或Wi-Fi模块实现远程控制，同时结合超声波传感器和红外传感器，实现自主避障功能。小车支持多种操作模式，包括手动遥控、自动避障和路径跟踪，适用于家庭娱乐、智能小车开发和机器人教育等场景。项目包含硬件设计、软件控制算法、避障策略和远程通信方案的实现，本文将详细介绍系统的设计思路和具体实现步骤。

环境准备

1. 硬件设备

STM32F103C8T6开发板（或其他 STM32 系列）：作为小车的控制核心。
电机驱动模块（如L298N或TB6612）：用于控制小车的直流电机，实现前进、后退和转向。
直流电机：小车的驱动电机，为小车提供动力。
超声波传感器（如HC-SR04）：用于前方障碍物检测，实现自动避障。
红外传感器模块：用于路径检测或防跌落检测。
蓝牙模块（如HC-05）或Wi-Fi模块（如ESP8266）：用于远程控制小车。
电源模块：为STM32和电机驱动模块供电。
舵机（可选）：用于旋转超声波传感器，扩大避障检测范围。

2. 软件工具

STM32CubeMX：用于配置STM32的外设并生成代码框架。
Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载代码。
ST-Link驱动程序：用于将程序下载到STM32开发板。
串口调试工具：用于调试远程控制和传感器数据。

项目实现

1. 硬件连接

电机驱动模块：将电机驱动模块的IN1、IN2引脚分别连接到STM32的GPIO引脚（如PA0和PA1），控制左电机的前进和后退。IN3、IN4引脚连接到其他GPIO引脚（如PA2和PA3），控制右电机的前进和后退。PWM引脚连接到STM32的PWM输出引脚，以调节电机速度。
超声波传感器：超声波传感器的触发引脚连接至STM32的GPIO引脚（如PA4），回声引脚连接至另一个GPIO引脚（如PA5），用于检测前方障碍物的距离。
红外传感器：用于检测路径和防跌落，连接到STM32的ADC引脚（如PA6），实时检测是否接近边缘或黑线。
蓝牙模块：蓝牙模块的TX和RX引脚连接至STM32的USART接口（如USART1），用于远程发送和接收控制命令。
舵机（可选）：连接至STM32的PWM输出引脚（如PA7），控制舵机旋转超声波传感器，以扫描不同方向的障碍物。

2. STM32CubeMX 配置

选择开发板型号：在STM32CubeMX中选择STM32F103C8T6。
配置系统时钟：设置系统时钟为HSI，确保系统稳定运行。
配置GPIO引脚：用于控制电机和超声波传感器的引脚配置为GPIO输出模式。
配置PWM：设置用于电机驱动和舵机控制的PWM输出。
配置ADC：设置用于红外传感器的引脚配置为ADC通道。
配置UART：用于蓝牙模块的通信。
生成代码：选择Keil或STM32CubeIDE作为工具链，生成代码框架。

3. 编写主程序

基于生成的代码框架，编写小车的远程控制、自动避障和路径检测的逻辑代码，以下为智能小车系统的核心代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义引脚
#define LEFT_MOTOR_IN1 GPIO_PIN_0
#define LEFT_MOTOR_IN2 GPIO_PIN_1
#define RIGHT_MOTOR_IN1 GPIO_PIN_2
#define RIGHT_MOTOR_IN2 GPIO_PIN_3
#define ULTRASONIC_TRIG_PIN GPIO_PIN_4
#define ULTRASONIC_ECHO_PIN GPIO_PIN_5
#define IR_SENSOR_PIN GPIO_PIN_6
#define SERVO_PWM_PIN GPIO_PIN_7
#define GPIO_PORT GPIOA

// 变量声明
uint8_t pwm_duty_cycle = 100;  // 电机速度
uint8_t mode = 1;  // 1:手动模式, 2:自动避障模式

// 函数声明
void Motor_Control(uint8_t leftSpeed, uint8_t rightSpeed, uint8_t direction);
uint32_t Ultrasonic_ReadDistance(void);
void IR_Sensor_Check(void);
void Bluetooth_Control(void);
void Auto_Avoidance(void);

// 电机控制函数
void Motor_Control(uint8_t leftSpeed, uint8_t rightSpeed, uint8_t direction) {
    if (direction == 1) { // 前进
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, LEFT_MOTOR_IN1, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, LEFT_MOTOR_IN2, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, RIGHT_MOTOR_IN1, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, RIGHT_MOTOR_IN2, GPIO_PIN_RESET);
    } else { // 后退
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, LEFT_MOTOR_IN1, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, LEFT_MOTOR_IN2, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, RIGHT_MOTOR_IN1, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, RIGHT_MOTOR_IN2, GPIO_PIN_SET);
    }
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, leftSpeed);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, rightSpeed);
}

// 读取超声波距离
uint32_t Ultrasonic_ReadDistance(void) {
    // 触发超声波测距
    HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, ULTRASONIC_TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(10);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, ULTRASONIC_TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
    // 计算距离
    uint32_t start = HAL_GetTick();
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, ULTRASONIC_ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
    start = HAL_GetTick();
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, ULTRASONIC_ECHO_PIN) == GPIO_PIN_SET);
    uint32_t end = HAL_GetTick();
    
    return (end - start) * 0.034 / 2;
}

// 蓝牙控制
void Bluetooth_Control(void) {
    uint8_t command;
    HAL_UART_Receive(&huart1, &command, 1, HAL_MAX_DELAY);
    switch (command) {
        case 'F': Motor_Control(pwm_duty_cycle, pwm_duty_cycle, 1); break; // 前进
        case 'B': Motor_Control(pwm_duty_cycle, pwm_duty_cycle, 0); break; // 后退
        case 'L': Motor_Control(pwm_duty_cycle / 2, pwm_duty_cycle, 1); break; // 左转
        case 'R': Motor_Control(pwm_duty_cycle, pwm_duty_cycle / 2, 1); break; // 右转
        case 'S': Motor_Control(0, 0, 1); break; // 停止
        case 'A': mode = 2; break; // 切换至自动避障模式
        case 'M': mode = 1; break; // 切换至手动模式
    }
}

// 自动避障功能
void Auto_Avoidance(void) {
    uint32_t distance = Ultrasonic_ReadDistance();
    if (distance < 20) {
        Motor_Control(0, 0, 1);  // 停止
        HAL_Delay(500);
        Motor_Control(pwm_duty_cycle, pwm_duty_cycle, 0);  // 后退
        HAL_Delay(1000);
        Motor_Control(pwm_duty_cycle / 2, pwm_duty_cycle, 1);  // 右转避障
        HAL_Delay(500);
    } else {
        Motor_Control(pwm_duty_cycle, pwm_duty_cycle, 1);  // 前进
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    MX_TIM1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); // 开启PWM

    while (1) {
        if (mode == 1) {
            Bluetooth_Control();  // 手动控制
        } else if (mode == 2) {
            Auto_Avoidance();  // 自动避障
        }
    }
}

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4. 自动避障功能

通过超声波传感器测量前方障碍物的距离，当距离小于一定阈值（如20 cm）时，小车后退并转向，以避开障碍物。可通过舵机旋转超声波传感器，扩大检测范围，实现多方向避障。

5. 遥控控制

蓝牙或Wi-Fi模块接收远程命令，控制小车的前进、后退、转向和停止。不同模式下，小车可以响应手动命令或自主切换到自动避障模式。

6. 路径检测

红外传感器检测路径或地面边缘，防止小车偏离既定路线或跌落。可在需要时切换为巡线模式，以沿预定路线行驶。

智能控制原理

手动遥控：通过蓝牙或Wi-Fi实现远程控制，可通过手机或电脑发送命令控制小车运动。
自动避障：超声波传感器实时测量前方障碍物的距离，结合转向和后退动作，自动避开障碍物。
路径检测：红外传感器实时监测路径，辅助避障和防跌落。
多模式切换：支持手动、自动避障和路径跟踪模式切换，适应不同使用需求。

常见问题与解决方法

小车行驶不稳定：
- 检查电机和电机驱动模块的连接，确保PWM信号稳定。
- 确认小车的电池供电充足。
蓝牙模块无法通信：
- 检查蓝牙模块的波特率是否与STM32 UART波特率一致。
- 确保手机端和蓝牙模块的配对和连接正常。
自动避障失灵：
- 检查超声波传感器的连接和工作状态，确保无干扰信号。
- 确保舵机（如使用）旋转顺畅，无卡顿。

结论

该远距离遥控自动避障小车系统基于STM32控制，通过蓝牙或Wi-Fi实现远程控制，并结合超声波和红外传感器，实现了自动避障功能。系统支持多种模式切换，适应不同的应用场景，为智能机器人控制提供了良好的实践基础。

标签：避障,HAL,PIN,引脚,遥控,STM32,GPIO,void
From： https://blog.csdn.net/stm32d1219/article/details/143521069